专利名称：印刷电路板的表面处理方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在印刷电路板的导体图形外表面上形成保护性的水溶性预熔剂膜的方法和设备。
在印刷电路板中，在导体图形形成后并且在诸如衬底外观检查之类的最后检查之前，按惯例要在它的导体图形上形成预熔剂(pre-flux)膜。为了形成该预熔剂膜，使用溶解型预熔剂或水溶性预熔剂。
同时，由于溶解型预熔剂对导体图形有高的粘接力而能保证稳定的膜形成，而且还由于其优异的焊料浸润性，因此，它能保证预熔剂膜的质量稳定性，但是，溶解型预熔剂是使用大量的挥发性有机化合物(VOC)制备的，因此从环保的角度考虑，发展趋势是只能限量使用溶解型预熔剂。
另一方面，在不用VOC的水溶性预熔剂中，与溶解型预熔剂相比，不能实现足够的质量稳定性。例如，对导体图形的粘接力水溶剂预熔剂比溶解型预熔剂差，因此不能形成稳定的预熔剂膜。此外，水溶性预熔剂液体的焊料浸润性差。
因此，本发明的目的是提供印刷电路板的表面处理方法和设备，所述表面处理方法和设备能够用水溶性预熔剂在导体图形上形成质量稳定的预熔剂膜。
按照一个方面，本发明提供了一种用于印刷电路板的表面处理设备，包括蚀刻装置，用于蚀刻在印刷电路板的至少一个表面上形成的导体图形的表面；第一清洗装置，用于清洗其导体图形已用蚀刻装置蚀刻过的印刷电路板的表面；除气泡装置，用于去除附着到印刷电路板的表面上的气泡，所述气泡是由于将用第一清洗装置清洗过的印刷电路板浸入处理槽内的水溶性预熔剂液体中而产生的；预熔剂形成装置，用于使用设在处理槽内的预熔剂液体中的液体内喷射装置，在预熔剂液体中，在已用除气泡装置去除气泡的印刷电路板的导体图形上形成预熔剂膜；除液装置，用于去除带有预熔剂膜的印刷电路板的表面上的预熔剂液体；和第二清洗装置，用于清洗已用除液装置去除其表面上的预熔剂液体的印刷电路板的表面。
按照另一方面，本发明提供了一种用于印刷电路板的表面处理方法，包括以下步骤蚀刻在印刷电路板的至少一个表面上形成的导体图形的表面；清洗其导体图形已通过蚀刻步骤蚀刻过的印刷电路板的表面；去除附着在印刷电路板的表面上的气泡，所述气泡是由于将已通过第一清洗步骤清洗过的印刷电路板浸在处理槽内的预熔剂液体中而产生的；使用设在处理槽内的预熔剂液体中的液体内喷射装置，在预熔剂液体中，在已去除气泡的印刷电路板上的导体图形上形成预熔剂膜；去除带有预熔剂膜的并从处理槽中取出的印刷电路板的表面上的预熔剂液体；和清洗已通过除液步骤去除表面上的预熔剂液体的印刷电路板的表面。
按本发明，蚀刻印刷电路板上的导体图形以去除表面氧化物，从而提供平整的表面。之后，为形成预熔剂膜而清洗掉蚀刻液。因此，能提高预熔剂膜的粘接性，同时，预熔剂膜不受导体图形上的表面氧化物的影响，并因此具有平坦的表面。预熔剂膜用液体内喷射单元形成，因此膜厚均匀，也改善了焊料浸润性。
图1是印刷电路板的横截面图；图2A至2D显示出图1所示印刷电路板用的表面处理设备的结构；图3显示出设在除泡辊下面的下托盘；图4显示出在印刷电路板的焊点上形成预熔剂膜的一个步骤；图5是印刷电路板的主要部分的横截面图，显示出因焊点表面氧化形成凸起和凹坑的状态；图6是印刷电路板的横截面图，该印刷电路板的焊点表面通过软蚀刻和氧化处理后已经变得平整；图7是显示焊点表面上形成预熔剂膜的状态的横截面图。
下面将参见附图详细说明按本发明的印刷电路板表面处理方法和设备，所述方法和设备用于在带有多个导电图形的印刷电路板的上表面和下表面的焊点上形成预熔剂膜。
在说明处理方法和设备之前，先说明所用的印刷电路板。参见图1，印刷电路板1包括内层衬底2、3。内层衬底2包括在它的一个表面上作为第二层的导体图形2a和在它的相对表面上作为第三层的导体图形2b。内层衬底3包括在它的一个表面上作为第四层的导体图形3a和在它的相对表面上作为第五层的导线图形3b。内层衬底2、3压在一起，使作为第三层的导体图形2b面对作为第四层的导体图形3a，它们中间放置用环氧树脂浸渍的玻璃纤维制成的聚酯胶片(pre-preg)4。
在内层衬底2上形成有作为第一层的导体图形5a，内层衬底2与导体图形5a之间设有聚酯胶片构成的外层衬底5。在内层衬底3上形成有作为第一层的导体图形6a，导体图形6a与内层衬底3之间设置有聚酯胶片构成的外层衬底6。外层衬底5、内层衬底2、聚酯胶片4、内层衬底3和外层衬底6顺序层叠形成印刷电路板1，诸如采用钻，通过该印刷电路板钻出通孔7。诸如用电解镀铜法或化学镀铜法，在该通孔7的内壁表面上形成镀层7a，以在例如第一层导体图形5a与第二层导体图形2a之间提供电连接。在外层衬底5、6上形成防焊剂层8、8，并使作为导体图形5a、6a的一部分的焊点5b、6b面向外。这些焊点5b、6b上用于安装电子元件。在焊点5b、6b上形成主要用咪唑化合物构成的保护性的预熔剂膜9。
为了制备印刷电路板1，在内层衬底2的两侧形成导体图形2a、2b，而在内层衬底3的两侧形成导体图形3a、3b。在其一个表面上粘接有铜箔的外层衬底5、带有导体图形2a和2b的内层衬底2、聚酯胶片4、带有导体图形3a和3b的内层衬底3以及在其一个表面上粘附有铜箔的外层衬底6，在真空中热压在一起，构成一个整体结构。之后，钻出通孔7，并在通孔7的内壁表面上形成镀层7a，此后，在外层衬底5、6上形成导体图形5a、6a。随后，防焊剂层8、8加到印刷电路板1上，使焊点5b、6b面向外。然后，通过例如表面处理设备，在焊点5b、6b的每一个上形成预熔剂膜9。
在形成预熔剂膜9之前，用于形成预熔剂膜9的表面处理设备10对印刷电路板1的焊点5b、6b进行表面处理，此时的印刷电路板1即在外层衬底5、6的表面上带有防焊剂层8、8的印刷电路板1。参见图2，表面处理设备10包括清洗单元11，用于清洗涂有防焊剂层8、8的印刷电路板1；和蚀刻单元12，用于蚀刻作为导体图形5a、6a的一部分从防焊剂层8、8面向外(露出)的焊点5b、6b。表面处理设备10还包括清洗单元13，用于清洗其焊点5b、6b已被蚀刻单元12蚀刻过的印刷电路板1；和除泡单元14，用于去除当用清洗单元13清洗过的印刷电路板1浸入水溶性预熔剂液体中时附在印刷电路板1上的气泡。表面处理设备10还包括预熔剂形成单元15，用于在已用除泡单元14去除气泡的印刷电路板1的从防焊剂层8、8面向外(露出)的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9；和除液单元16，用于从其上已形成有预熔剂膜9的印刷电路板1的表面上去除预熔剂液体。表面处理设备10还包括清洗单元17，用于清洗带有预熔剂膜9并且已用除液单元16去除液体的印刷电路板1；干燥单元18，用于干燥用清洗单元17清洗过的印刷电路板1；和冷却单元19，用于冷却用干燥单元18干燥后的印刷电路板1。印刷电路板1以水平放置状态通过输送单元按图2中箭头所指方向以3米/分钟的速度连续输送，顺序经过清洗单元11、蚀刻单元12、清洗单元13、除泡单元14、预熔剂形成单元15、除液单元16、清洗单元17、干燥单元18和冷却单元19。如图2A所示，涂有防焊剂层8、8并进行了导电状态检验的印刷电路板1被输送到清洗单元11，清洗单元11包括输送单元21和喷射单元22，输送单元21用于按水平方向输送印刷电路板1，喷射单元22用于喷射清洗水。输送单元21由设在印刷电路板1上下两侧的多个辊构成，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元21按图2A中箭头A所指方向按例如3米/分钟的速度输送印刷电路板1，以有效地清洗印刷电路板1。至于喷射单元22，在输送到输送单元21的印刷电路板1的上表面侧和下表面侧(分别)设有两个喷射单元，因为要在印刷电路板1的两侧上形成预熔剂膜9，因此，印刷电路板1的两侧都要清洗。这些喷射单元22在不低于0.1MPa的喷射压力和环境温度下喷射井水(well water)。由此，清洗单元11去除附着在印刷电路板1表面上的杂质，诸如粉尘和污物。
蚀刻单元12用于蚀刻已用清洗单元11清洗过表面的印刷电路板1的焊点5b、6b，它包括内装蚀刻液24a的处理槽24和用于将印刷电路板1输送穿过蚀刻液24a的输送单元25。装在处理槽24中的蚀刻液24a可以(例如)主要由硫化水构成，诸如PRT-01(由MECK INC制造的一种产品的商品名)。输送单元25由设在印刷电路板1上下表面侧的多个辊构成，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元25按图2A中箭头A所指示的方向，以与清洗单元11的输送单元21相同的3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便经软蚀刻有效地去除焊点5b、6b表面上的氧化物。印刷电路板1浸入30℃的蚀刻液24a中(例如)30秒钟，以便作为导体图形5a、6a的一部分的焊点5b、6b被蚀刻例如1.5-2.5μm。焊点5b、6b的软蚀刻由以下的反应式表示。
这去除了附着在由从防焊剂层8、8外露的导体图形5a、6a所形成的焊点5b、6b上的氧化物。
参见图2A和2B，清洗单元13用于清洗其焊点5b、6b已用蚀刻单元12蚀刻过的印刷电路板1，它包括用于清洗其焊点5b、6b已蚀刻过的印刷电路板1的水洗单元27和用于酸洗已用水洗单元27水洗过的印刷电路板1的酸洗单元28。清洗单元13还包括用于水洗已用酸洗单元28酸洗过的印刷电路板1的水洗单元29；中压水洗单元30，用于在比水洗单元29中高的压力下水洗印刷电路板1；和富水清洗单元31，用于以很大的清洗水流来清洗印刷电路板1。清洗单元13还包括第二水洗单元32，用于再次清洗来自于富水清洗单元31的印刷电路板1；和喷气单元33，用于去除附在印刷电路板1的表面上的湿气。
参见图2A，水洗单元27用于水洗其焊点5b、6b已被蚀刻单元12蚀刻过的印刷电路板1，它包括用于按水平状态输送印刷电路板1用的输送单元35和用于喷射清洗水的喷射单元36。在印刷电路板1的上和下表面侧设置有多个输送单元35。输送单元35按图2A中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便用从喷射单元36喷射出的清洗水去除印刷电路板1的表面上附着的蚀刻液24a。至于喷射单元36，在用输送单元35输送的印刷电路板1的上和下表面侧分别设有三个喷射单元，以去除附着在印刷电路板1的两侧表面上的蚀刻液24a。这些喷射单元36在0.1MPa或更高的喷射压力下喷射环境温度的井水。这使得水洗单元27能去除印刷电路板1的表面上的蚀刻液24a。
酸洗单元28用于酸洗已用水洗单元27去除蚀刻液24a的印刷电路板1，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元38和用于喷射硫化水的喷射单元39。至于输送单元38，在印刷电路板1的上和下表面侧设有多个输送单元38，用于把输送的印刷电路板1夹置在水平位置。输送单元38按图2A中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便有效地去除印刷电路板1的焊点5b、6b上的氧化物。至于喷射单元39，在由输送单元35输送的印刷电路板1的上和下表面侧分别设四个喷射单元39，以便在焊点5b、6b的表面上有效地形成预熔剂膜9。这些喷射单元39在不低于0.2MPa的喷射压力和室温下喷射含5％硫酸的硫化水。这使得酸洗单元28能有效地去除作为印刷电路板1的部分表面的焊点5b、6b的氧化物。即，经蚀刻单元12的蚀刻和酸洗单元28的酸洗，有效地去除了焊点5b、6b上的氧化物，如图5和6所示。
同时，如上所述，用硫化水来去除导体图形5a、6a表面上的氧化物，这样，如果该硫化水留在印刷电路板1的通孔7中，通孔7中形成的镀层7有被氧化和破裂的危险。所以，清洗单元13被设计成在形成预熔剂膜9之前，用水洗单元29、中压水洗单元30、富水清洗单元3 1和水洗单元32有效地去除硫化水。
水洗单元29用于水洗已用酸洗单元28酸洗过的印刷电路板1，它包括用于按水平状态输送印刷电路板1的输送单元41和用于喷射清洗水的喷射单元42。至于输送单元41，在印刷电路板1的上和下表面侧设有多个输送单元41。输送单元41按图2A中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便有效地清洗印刷电路板1。由于预熔剂膜9形成在印刷电路板1两侧的焊点5b、6b上，所以在用输送单元41输送的印刷电路板1的上和下表面侧分别设两个喷射单元42。这些喷射单元42在不低于0.1MPa的喷射压力下喷射35℃的纯(净)水。35℃的纯水用于提高水洗效果。若水温不低于35℃，导体图形5a、6a的表面会趋于氧化。所以，为了在形成预熔剂膜9之前清洗印刷电路板1，即用中压水洗单元30、富水清洗单元31和水洗单元32进行的清洗，这里用35℃的纯水。由此，水洗单元29去除印刷电路板1表面的硫化水。
中压水洗单元30用于进一步清洗用水洗单元29水洗过的印刷电路板1，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元44和用于喷射清洗水的喷射单元45。至于输送单元44，在印刷电路板1的上和下表面侧设有多个输送单元44，以支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元44按图2B中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以将硫化水从印刷电路板1上清洗掉。为了从印刷电路板1上清洗掉硫化水，在由输送单元44输送的印刷电路板1的上侧和下侧分别设四个喷射单元45。喷射单元45在比水洗单元29用的压力高的压力下，例如在不低于0.5MPa的喷射压力下，喷射35℃的纯水。这允许中压水洗单元30从印刷电路板1的表面上去除硫化水。
富水清洗单元31用于进一步清洗已用中压水洗单元30水洗过的印刷电路板1，它包括用于按水平状态输送印刷电路板1的输送单元47和用于喷射清洗水的喷射单元48。在用输送单元44输送的印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元47。输送单元47按图2B中箭头B所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便能清洗印刷电路板1。在用输送单元47输送的印刷电路板1的上侧和下侧各设两个喷射单元48，以便有效地从印刷电路板1两侧清洗掉硫化水。这些喷射单元45用比水洗单元29的喷射单元42的水流量大的水流量，例如不小于5升/cm2的水流量，喷射35℃的纯水。这允许富水清洗单元3 1从印刷电路板1的表面清洗掉硫化水。
水洗单元32用于进一步清洗已用富水清洗单元31水洗过的印刷电路板1，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元50和用于喷射清洗水的喷射单元51。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元50，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。在用输送单元50输送的印刷电路板1的上下侧各设两个喷射单元51，以便有效地从印刷电路板1的两侧清洗掉硫化水。这些喷射单元51在不低于0.1MPa的喷射压力下喷射新鲜(fresh)水(淡水)。这允许水洗单元29去除印刷电路板1的表面上的硫化水。这里用新纯(newpure)水即新鲜水作为喷射水。因此，水洗单元32能防止附着在印刷电路板1上的处理液即硫化水被带到下一步骤。
吹气单元33用于去除在经水洗单元32水洗过的印刷电路板1上附着的水，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元53和用于向印刷电路板1的上侧和下侧吹空气的喷气单元54。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元53，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元53按图2B中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以有效地去除附着在印刷电路板1的上侧和下侧的湿气。在印刷电路板1的上侧和下侧均设有吹风机54，用于向用输送单元53输送的印刷电路板1的上侧和下侧吹空气，以去除附在印刷电路板1上的湿气。在形成预熔剂膜9之前，吹气单元33能有效地去除印刷电路板1的上侧和下侧的湿气。
用蚀刻单元12和酸洗单元28有效地去除了焊点5b、6b的表面氧化物的印刷电路板1在条件不同的四个步骤中被水洗，这四个步骤分别使用水洗单元29、中压水洗单元30、富水清洗单元31和第二水洗单元32，因此能可靠地去除残留在印刷电路板1的表面上特别是残留在通孔7中的硫化水。而且，中压水洗单元30在高于普通水洗单元27或29的压力的压力条件下在印刷电路板1的上侧和下侧喷射纯水，同时，富水清洗单元31按比普通水洗单元27或29的水流量大的水流量喷射纯水，因此能可靠地去除印刷电路板1上的硫化水。此外，在用纯水清洗时，用35℃的纯水能提高水洗效果，同时，能防止焊点5b、6b表面氧化。因此，对于印刷电路板1，能防止硫化水留在焊点5b、6b上，从而防止焊点5b、6b氧化和变粗糙，同时，能防止通孔7中的镀层7a氧化和破裂。
为了在已用吹气单元33去除表面水的印刷电路板1的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9，印刷电路板1浸入装在处理槽56中的预熔剂液体9a中，如图2c所示。印刷电路板1被输送到除泡单元14并输送到预熔剂形成单元15。
除泡单元14去除在印刷电路板1浸入处理槽56的预熔剂液体9a中时印刷电路板1的表面上产生的气泡58，该除泡单元14包括内装预熔剂液体9a的处理槽56和除泡辊57，除泡辊57既作为输送单元用于按水平位置输送印刷电路板1通过预熔剂液体9a，又作为除泡单元用于去除印刷电路板1浸入预熔剂液体9a时在印刷电路板1的表面上产生的气泡58。储存在处理槽56中的预熔剂液体9a是主要用乙酸和咪唑构成的水溶型预熔剂，诸如SHIKOKU KASEICO.LTD制造的商品名为TERFACE F2的预熔剂。
在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个除泡辊57，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。除泡辊57按图2C中箭头A指示的方向，以与其它输送单元21、25、38、41、44、47、50和53相同的3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1。这些除泡辊57由例如氯磺化聚乙烯形成为海绵状辊。除泡辊57与印刷电路板1接触并且转动，从而去除附在印刷电路板1的表面上的气泡，并能在下一步骤中在焊点5b、6b上形成厚度均匀的预熔剂膜9。
预熔剂形成单元15用于在浸入预熔剂液体9a中并用除泡单元14去除表面气泡58的印刷电路板1的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9，它包括内装预熔剂液体9a的处理槽56；输送单元60，用于将按水平位置输送的印刷电路板1输送通过预熔剂液体9a；和用于喷射预熔剂液体9a的液体内喷射单元61，如图2C所示。
输送单元60由设在印刷电路板1的上侧和下侧的多个辊子构成，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。设在印刷电路板1的上侧和下侧的辊子之间的间隙C要大于放在辊子之间的印刷电路板1的厚度t，并且这样设计减小施加到印刷电路板1上的辊压，并且在预熔剂膜9的形成过程中不在预熔剂膜9上留下辊痕，以使预熔剂膜9能形成均匀的厚度。例如，间隙C设定为0.5mm或更大，最好是2mm。当印刷电路板1浸入水溶型预熔剂液体9a中时，输送单元60按图2C中箭头A所指的方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1。印刷电路板1在处理槽56的水溶性预熔剂液体9a中浸泡例如120秒钟。
为了在印刷电路板1的每个表面上形成膜厚均匀的预熔剂膜9，在用输送单元60输送的印刷电路板1的上侧和下侧各设10个液体内喷射单元61。这些液体内喷射单元61用扁平喷咀构成，辐射角约为90度，以使水溶性预熔剂液体9a喷射到宽的范围上。这些液体内喷射单元61在不小于0.1MPa的喷射压力下把35℃的水溶性预熔剂液体9a喷到印刷电路板1的上侧和下侧。由于用液体内喷射单元61在预熔剂液体9a中把预熔剂液体9a喷到印刷电路板1上，所以在焊点5b、6b上形成0.2至0.3μm的均匀膜厚度的预熔剂膜9。在由铜箔制成的焊点5b、6b上所形成的预熔剂膜9主要用咪唑化合物构成，并且根据化学式1形成见原文19页化学式在上述的工艺中，焊点5b、6b用蚀刻单元12软蚀刻后，用酸洗单元28进一步酸洗，以去除表面氧化物，并且有效地去除硫化水，由此形成平的表面。这样，预熔剂膜9紧紧地粘附到焊点5b、6b上，并且仍是平的表面。因此，预熔剂膜9有效地粘附到焊点5b、6b上并具有优异的焊料浸润性。
当用预熔剂形成单元15在焊点5b、6b上已形成预熔剂膜9时，从处理槽56中取出印刷电路板1。从处理槽56中取出的印刷电路板1被输送到除液单元16，去除附在它表面上的液体。该除液单元16用作一个输送单元，用于按水平位置输送从处理槽56取出的印刷电路板1，除液单元16包括用于去除附在电路板1表面上的液体的上和下除液辊62和设在下除液辊62下面的下托盘63，如图2C和图3所示。
在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个除液辊62，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。除液辊62按图2C和图3中箭头A指示的方向，以与其它输送单元21、25、38、41、44、47、50、53、57和60相同的输送速度(例如3米/分钟)来输送印刷电路板1。除液辊62是用例如氯磺化聚乙烯制成的吸水海绵辊，并设计成用它的自重力加到印刷电路板1上。
在用除液辊62输送的印刷电路板1的下侧，设有例如用氯乙烯制成的下托盘63，用于大体上支承除液辊62的下半部。该下托盘63是预熔剂液体9a的一个存储部分，其内水溶性预熔剂液体9a按5至10升/分钟的速度循环。这使除液辊始终浸在新的水溶性预熔剂液体9a中，以防止浸渍除液辊62的水溶性预熔剂液体氧化而导致预熔剂膜9a剥落。
通过海绵状除液辊62去除印刷电路板1从处理槽56中取出时附在印刷电路板1的表面上的多余的预熔剂液体9a，上述的除液单元16能够使预熔剂膜9的表面形成为平面形状。尤其是，下除液辊62是海绵状的，而且被其中装有循环的预熔剂液体9a的下托盘63部分覆盖。因此，可以防止浸渍除液辊62的液体成分氧化，从而防止预熔剂膜9剥落。
清洗单元17用于清洗已用除液单元16去除了表面上的预熔剂液体9a的印刷电路板1和用于清洗带有预熔剂膜9的印刷电路板1，它包括用于清洗带有预熔剂膜9的印刷电路板1的水洗单元66；用于进一步水洗已用水洗单元66水洗过的印刷电路板1的水洗单元67；和用于去除附在印刷电路板1的表面上的湿气的吹气单元68，如图2D所示。
清洗单元66用于清洗带有预熔剂膜9的印刷电路板1，它包括用于输送按水平位置输送的印刷电路板1的输送单元71和用于喷射清洗水的喷射单元72，如图2D所示。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元71，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元71按图2D中箭头A所指方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以去除附在印刷电路板1的表面上的不需要的并且没被除液单元16去除的预熔剂液体9a。在用输送单元71输送的印刷电路板1的上侧和下侧分别设三个喷射单元72，用以去除附在印刷电路板1的表面上的预熔剂液体9a。这些喷射单元72在不低于0.1MPa的喷射压力下在环境温度下喷射新水(new water)，即新鲜的纯水。这就允许水洗单元66去除印刷电路板1的表面上的预熔剂液体9a。另一方向，用新鲜水可防止预熔剂液体9a被带入下一工艺步骤。
第二水洗单元67用于进一步水洗已用水洗单元66水洗过的印刷电路板1，它包括用于输送按水平位置输送的印刷电路板1的输送单元74和用于喷射清洗水的喷射单元75。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元74，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元74按图2D中箭头A指示的方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以去除附在印刷电路板1表面上的不需要的并且还没被水洗单元66去除的预熔剂液体9a。在用输送单元74输送的印刷电路板1的上侧和下侧各设两个喷射单元75，以去除附在印刷电路板1的表面上的预熔剂液体9a。这些喷射单元72在不小于0.1MPa的喷射压力下喷射环境温度下的新水，即，水洗单元67使用新的清洗水，即新鲜水，而不用水洗单元66中用过的清洗水，以防止处理液，即预熔剂液体9a被带入水洗单元67中而造成清洗水酸化导致预熔剂膜9剥离。这允许水洗单元67有效地去除印刷电路板1的表面上的预熔剂液体9a。
吹气单元68用于去除用水洗单元67水洗过的印刷电路板1的表面上附着的湿气，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元77和用于向印刷电路板1的上侧和下侧喷射空气的吹风机78。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元77，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元77按图2D中箭头A指示的方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以有效地去除附在印刷电路板1上的湿气。在印刷电路板1的上侧和下侧设多个吹风机78，以有效地向由输送单元77输送的印刷电路板1的上侧和下侧喷射空气。吹气单元68能有效地从带有预熔剂膜9的印刷电路板1的上侧和下侧去除湿气。
干燥单元18用于干燥通过水洗完全去除了不需要的预熔剂液体的印刷电路板1，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元81和用于加热印刷电路板1的上侧和下侧的加热器82。在印刷电路板1的上侧和下侧设有多个输送单元81。输送单元81按图2D中箭头A指示的方向，以例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，以便有效地去除印刷电路板1上所附的湿气。加热器82把处理室内部加热到约150℃。加热约30秒钟就能有效地干燥用输送单元81输送的印刷电路板1。
冷却单元19用于冷却来自干燥单元18的印刷电路板1，它包括用于按水平位置输送印刷电路板1的输送单元84。多个输送单元84安装在印刷电路板1的上侧和下侧，用于支撑按水平位置输送的印刷电路板1。输送单元84按例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，使印刷电路板1在环境温度下冷却约20秒钟。
现在，参见图2A到2D说明用有上述结构的表面处理设备10在焊点5b、6b上形成预熔剂膜9的方法。
首先，在步骤S1中，用输送单元(未示出)把涂有防焊剂层8、8并测试了当前的导电状态的印刷电路板1输送到清洗单元11。用输送单元21按例如3米/分钟的输送速度来输送印刷电路板1，并且通过分别设在印刷电路板1的上侧和下侧的两个喷射单元22，在不低于0.1MPa的喷射压力下喷射环境温度下的井水，清洗印刷电路板1。这能在形成预熔剂膜9之前去除沉积在印刷电路板1上的诸如灰尘和污物之类的异物。这样清洗过的印刷电路板1被从输送单元21输送到蚀刻单元12的输送单元25。
同时，焊点5b、6b因表面氧化而出现不均匀，如图5所示。若在图5所示状态的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9，预熔剂膜9对焊点5b、6b的粘接力差。而且，焊点5b、6b的不均匀影响预熔剂膜9，使预熔剂膜9的表面的焊料浸润性差。所以，要酸洗焊点5b、6b的表面，通过软蚀刻使其表面平整，从而去除表面的不均匀，即氧化物。
即，在步骤S2中，用蚀刻单元12对其表面已清洗过的印刷电路板1的焊点5b、6b进行软蚀刻。具体地说，印刷电路板1按例如3米/分钟的输送速度经过处理槽24中的主要用硫化水制成的蚀刻液24a，由此把用铜箔制成的焊点5b、6b在30秒钟内蚀刻掉1.5至2.5μm。这能去除附着在焊点5b、6b上的氧化物。把焊点5b、6b已软蚀刻过的印刷电路板1从输送单元25输送到水洗单元27的输送单元35。
在步骤S3中，用水洗单元27去除用蚀刻单元12软蚀刻过焊点5b、6b的印刷电路板1的整个表面上的蚀刻液24a。即，随着输送单元35按例如3米/分钟的输送差速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的3个喷射单元36，在不低于0.1MPa的喷射压力下，喷射环境温度下的井水，由此去除附在印刷电路板1的表面上的多余的蚀刻液24a。用水洗单元27清洗过的印刷电路板1从输送单元35输送到酸洗单元28的输送单元38。
在步骤S4中，用酸洗单元28去除已用水洗单元27去除蚀刻24a的印刷电路板1的焊点5b、6b上的氧化物。具体地说，随着用输送单元38按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的4个喷射单元39，在不低于0.2MPa的喷射压力下向印刷电路板1的上侧和下侧喷射含5％的硫酸的环境温度的硫化水，由此有效地去除焊点5b、6b上的氧化物。
即，焊点5b、6b的表面在步骤S2中用蚀刻单元12软蚀刻，并且在步骤S4中用酸洗单元28酸洗。即，经两步氧化物去除工艺有效地去除了氧化物，使焊点5b、6b的表面平整了。这提高了预熔剂膜9与焊点5b、6b的粘接性，同时也改善了焊料浸润性。
同时，如上所述，用硫化水去除焊点5b、6b上的表面氧化物，所以，如果该硫化水留在印刷电路板1的通孔7中，通孔7中的镀层7a会被氧化和破裂。所以，在步骤S5中，用水洗单元38水洗焊点5b、6b已用酸洗单元28酸洗过并且已用输送单元38输送的印刷电路板1。即，随着用输送单元41按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的两个喷射单元42，在不低于0.1MPa的喷射压力下，喷射35℃的纯水。这能清洗掉附在印刷电路板1上的硫化水。用水洗单元29水洗过的印刷电路板1从输送单元38被输送到中压水洗单元30的输送单元44。
在步骤S6中，用中压水洗单元30的喷射单元45，在高喷射压力下水洗用水洗单元29水洗过的印刷电路板1。具体地说，用输送单元44按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，并且用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的4个喷射单元45，在不低于0.5MPa的喷射压力下对印刷电路板1的上侧和下侧喷射35℃的纯水。这能清洗掉印刷电路板1上的硫化水。用中压水洗单元30水洗过的印刷电路板从输送单元44被输送到富水清洗单元31的输送单元47。
在步骤S7中，用富水清洗单元31的喷射单元48，用充足的水流清洗用中压水洗单元30水洗过的印刷电路板1。具体地说，用输送单元47按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，并且用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的两个喷射单元，按不低于5升/厘米2的流量喷射35℃的纯水。这能清洗掉印刷电路板1上的硫化水。用富水清洗单元31水洗过的印刷电路板1从输送单元47被输送到水洗单元32的输送单元50。
在下一个步骤S8中，通过水洗单元32用新水清洗用富水清洗单元31水洗过的印刷电路板1。即，随着用输送单元50按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的两个喷射单元51，在不低于0.1MPa的喷射压力下，用35℃的新鲜水喷洗。这就完全去除了印刷电路板1上的硫化水。这里用是新纯水即新鲜水作为清洗水，以防止附在印刷电路板上的处理液即硫化水被带到下一工艺步骤。用水洗单元32水洗过的印刷电路板1从输送单元50被输送到吹气单元33的输送单元53。
在步骤S9中，用吹气单元33去除通过水洗单元32用新鲜水洗过的印刷电路板1的表面上附着的水。具体地说，随着用输送单元53按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用设在印刷电路板1的上侧和下侧的吹风机54给印刷电路板1的上侧和下侧喷射空气，以便在紧接着要形成预熔剂膜9之前，有效地去除印刷电路板1的上侧和下侧的湿气。
在步骤S5至S8中，用水洗单元29、中压水洗单元30、富水清洗单元31和第二水洗单元32，在不同条件下用4级水洗，能有效地去除残留在印刷电路板1的表面上的硫化水，特别是去除残留在通孔7中的硫化水。而且，在步骤S5至S8中用35℃的纯水清洗，能提高水洗效果，同时能防止焊点5b、6b表面氧化。在步骤S8中用新鲜水作清洗水，能防止附在印刷电路板1的处理液，即硫化水，被带到下一步骤。
因此，对于印刷电路板1，可以防止通过步骤S2的软蚀刻和步骤S4的酸洗得以平整的焊点5b、6b被氧化和由于残留在焊点5b、6b上的硫化水而再次表面变硬。而且，对于印刷电路板1，能防止通孔7中的镀层7a氧化和破裂。之后，在由此平整的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9。
即，用吹气单元去除残留水的印刷电路板1从吹气单元33的输送单元53被输送到由除泡单元14的除泡辊57构成的输送单元，使印刷电路板1浸入装在处理槽56内的预熔剂液体9a中。这时，印刷电路板1的表面上产生气泡58。如果按此方式在产生气泡58时形成预熔剂膜9，则不能形成均匀厚度的预熔剂膜9。所以，用设在印刷电路板1的上侧和下侧的除泡辊57，按例如3米/分钟的输送速度输送表面上附有气泡58的印刷电路板1，以便去除气泡58。浸在处理槽56内的预熔剂液体9a中的无气泡58的印刷电路板1从由除泡辊57构成的输送单元被输送到预熔剂形成单元15的输送单元60。
在步骤S11中，用预熔剂膜形成单元15在表面已去除气泡58的印刷电路板1的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9。具体地说，随着用输送单元60按例如3米/分钟的输送速度把印刷电路板1输送通过处理槽56中主要用乙酸和咪唑制成的水溶性预熔剂液体9a，用在印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的10个液体内喷射单元61，在不低于0.1MPa的喷射压力下，在印刷电路板1的表面上喷射35℃的水溶性预熔剂液体9a。这就在焊点5b、6b上形成主要由咪唑化合物制成的0.2至0.3μm的均匀膜厚的预熔剂膜9。由于如上述的步骤那样已通过步骤S2的软蚀刻和步骤S4的酸洗，使这些焊点5b、6b变成平整表面，如图7所示，因此，预熔剂膜9紧紧地附着在焊点5b、6b上并形成平坦表面。这就使得预熔剂膜9对焊点5b、6b具有很好的粘接性和优异的焊料浸润性。构成输送单元60的成对的上辊和下辊之间的间隔大于印刷电路板1的厚度。所以，加到印刷电路板1上的辊压减小，从而可防止在形成的预熔剂膜9的表面上留下辊痕导致表面变粗糙。现在其焊点5b、6b上带有预熔剂膜9的印刷电路板1从输送单元60被输送到除液单元16。其间，印刷电路板1浸在处理槽56内的预剂液体9a中120秒钟。
在步骤S12中，现在带有预熔剂膜9的印刷电路板1被从处理槽56取出，并被输送到构成除液单元16的除液辊62，以去除多余的预熔剂液体9a。即，带有预熔剂液体9a的印刷电路板1通过海绵状除液辊62，由此去除预熔剂液体9a的不需要的部分。印刷电路板1下面的下除液辊62部分地潜藏在内装循环的预熔剂液体9a的下托盘63中。所以，新鲜的预熔剂液体9a始终在下托盘63中循环，从而防止浸渍除液辊62的预熔剂液体成分被氧化而引起预熔剂膜9剥离。去除表面预熔剂液体9a的印刷电路板1从也用作输送装置的除液辊62被输送到水洗单元66的输送单元71。
对于用除液单元16去除了表面预熔剂液体9a的印刷电路板1，在步骤S13中，用水洗单元66去除附在它表面上的预熔剂液体9a的多余部分。具体地说，随着用输送单元71按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的3个喷射单元72，按不低于0.1MPa的喷射压力，向印刷电路板1喷射环境温度的新水，即新鲜水。这能清洗掉印刷电路板1上的预熔剂液体。该步骤中用新鲜水作为清洗水，防止了预熔剂液体9a被带到下一步骤。用水洗单元66水洗过的印刷电路板1从输送单元71被输送到水洗单元67的输送单元74。
对于在步骤14中用水洗单元66水洗过的印刷电路板1，用水洗单元67去除附在印刷电路板1的表面上的多余的预熔剂液体9a。具体地说，随着用输送单元74按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用印刷电路板1的上侧和下侧分别设置的两个喷射单元75，按不低于0.1MPa的喷射压力，向印刷电路板1喷射环境温度的新水，即新鲜水。这完全清洗掉印刷电路板1上的预熔剂液体。该步骤中用新水进行水洗，以防止预熔剂液体9a带到下一步骤。用水洗单元67水洗过的印刷电路板1从输送单元74被输送到吹气单元68的输送单元77。
现在带有预熔剂膜9的印刷电路板1用水洗单元66、67两级水洗，由此，有效地去除附在它表面上的多余的预熔剂液体9a。在步骤S12和S13中，在去除附在印刷电路板1上的多余的预熔剂液体9a时，用新鲜水作为清洗水，以防止预熔剂液体9a被带到下一步骤。
用吹气单元68去除附着在通过水洗单元67用新水洗过的印刷电路板1的表面上的湿气。具体地说，随着用输送单元77按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用设在印刷电路板1的上侧和下侧的吹风机78对印刷电路板1喷射空气，用以有效地去除附在印刷电路板1的上侧和下侧的湿气。
在步骤S16中，用干燥单元18干燥通过吹气单元68去除多余湿气的印刷电路板1。即，随着用输送单元81按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，用加热器82干燥印刷电路板1约20秒钟。
在步骤S17中，用冷却单元19冷却来自干燥单元18的印刷电路板1。即，用输送单元84按例如3米/分钟的输送速度输送印刷电路板1，并在环境温度下冷却约20秒钟。
上述的表面处理方法中和用于在焊点5b、6b上形成水溶性预熔剂膜9的设备10中，在步骤S2中用蚀刻单元12软蚀刻焊点5b、6b，随后，用酸洗单元28酸洗，通过进行两级去氧化物步骤，能有效地去除氧化物，把焊点5b、6b处理成平坦表面，如图6所示。在步骤S5至S8中，用水洗单元29、中压水洗单元30、富水清洗单元31和第二水洗单元32，在不同条件下进行四级水洗，能有效地去除印刷电路板1的表面上，特别是通孔7中残留的硫化水。
所以，对于印刷电路板1，可以防止通过步骤S2中的软蚀刻和步骤S4中的酸洗变得平整的焊点5b、6b被残留的硫化水氧化和表面再次变粗糙。而且，对于印刷电路板1，能防止通孔7中的镀层7a被氧化和破裂。通过在处理成平整表面的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9，如图6所示，可形成对焊点5b、6b的粘接力提高了的预熔剂膜9，同时，能使预熔剂膜9平整，从而提高它的焊料浸润性。
尽管对其上侧和下侧形成有焊点5b、6b的多层印刷电路板做了以上说明，但是，本发明也能用于只在一个表面上带有导电层的印刷电路板的焊点上形成预熔剂膜9。
权利要求
1.一种用于印刷电路板的表面处理设备，包括蚀刻装置，用于蚀刻在印刷电路板的至少一个表面上形成的导体图形的表面；第一清洗装置，用于清洗其导体图形已用所述蚀刻装置蚀刻过的印刷电路板的表面；除气泡装置，用于去除附着到印刷电路板的表面上的气泡，所述气泡是由于将用所述第一清洗装置清洗过的印刷电路板浸入处理槽内的水溶性预熔剂液体中而产生的；预熔剂形成装置，用于使用设在所述处理槽内的所述预熔剂液体中的液体内喷射装置，在预熔剂液体中，在已用所述除气泡装置去除气泡的所述印刷电路板的所述导体图形上形成预熔剂膜；除液装置，用于去除带有所述预熔剂膜的所述印刷电路板的表面上的预熔剂液体；和第二清洗装置，用于清洗已用所述除液装置去除其表面上的预熔剂液体的印刷电路板的表面。
2.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述蚀刻装置把所述导体图形的表面去除1.5至2.5μm。
3.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述第一清洗装置清洗其导体图形已被用酸蚀刻过的印刷电路板的表面，随后在不低于0.5MPa/厘米2的条件下用水清洗已酸洗过的表面，接着在不低于5升/厘米2分钟的条件下用水清洗已水洗过的表面。
4.按权利要求3的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述的水洗是用不低于35℃的纯水。
5.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述预熔剂膜是主要用咪唑化合物构成的，并在所述导体图形上形成0.2至0.3μm的厚度。
6.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述除气泡装置是海绵状辊子。
7.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述的预熔剂形成装置用按相互间的间距大于印刷电路板厚度而设置的上辊和下辊组成的辊子对输送印刷电路板。
8.按权利要求1的用于印刷电路板的表面处理设备，其中，所述的除液装置包括海绵状辊子和其中装有循环的所述预熔剂液体的下托盘。
9.一种用于印刷电路板的表面处理方法，包括以下步骤蚀刻在印刷电路板的至少一个表面上形成的导体图形的表面；清洗其导体图形已通过所述蚀刻步骤蚀刻过的印刷电路板的表面；去除附着在印刷电路板的表面上的气泡，所述气泡是由于将已通过所述第一清洗步骤清洗过的印刷电路板浸在处理槽内的预熔剂液体中而产生的；使用设在所述处理槽内的所述预熔剂液体中的液体内喷射装置，在预熔剂液体中，在已去除气泡的所述印刷电路板上的所述导体图形上形成预熔剂膜；去除带有所述预熔剂膜的并从所述处理槽中取出的所述印刷电路板的表面上的预熔剂液体；清洗已通过除液步骤去除表面上的所述预熔剂液体的所述印刷电路板的表面。
10.按权利要求9的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述蚀刻步骤从所述导体图形的表面去除1.5至2.5μm。
11.按权利要求9的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述第一清洗步骤是清洗导体图形已被用酸蚀刻过的印刷电路板的表面，随后在不小于0.5MPa/厘米2的条件下，用水清洗已酸洗过的表面，接着在不低于5升/厘米2分钟的条件下用水清洗已水洗过的表面。
12.按权利要求11的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述水洗用不低于35℃的纯水。
13.按权利要求9的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述预熔剂膜主要是用咪唑化合物制成的，并在所述导体图形上形成0.2至0.3μm的厚度。
14.按权利要求9的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述除气泡步骤使用海绵状辊子。
15.按权利要求9的用于印刷电路板的表面处理方法，其中，所述预熔剂形成步骤用按相互间的间距大于印刷电路板厚度的上下成对的辊子输送所述印刷电路板。
16.按权利要求9的印刷电路板的表面处理方法，其中，所述除液步骤包括(使用)海绵状辊子和其中装有循环的所述预熔剂液体的下托盘。
全文摘要
一种印刷电路板具有导电图形,导电图形上用水溶性预熔剂液体形成有质量稳定的预熔剂膜。为此,所用的设备包括:用于蚀刻印刷电路板1上形成的焊点5b、6b的蚀刻单元12;用于清洗印刷电路板1的清洗单元13;用于去除在印刷电路板1上浸入处理槽56内的水溶性预熔剂液体9a中时附在印刷电路板1上的气泡58的除泡单元14;用于使用液体内喷射单元61在预熔剂液体9a中的印刷电路板1的焊点5b、6b上形成预熔剂膜9的预熔剂形成单元15;用于去除从处理槽56取出的印刷电路板1上的预熔剂液体9a的除液单元16;以及用于清洗印刷电路板1的清洗单元17。
文档编号H05K3/34GK1337844SQ0112339
公开日2002年2月27日 申请日期2001年5月31日 优先权日2000年5月31日
发明者浦辻淳广, 成田达俊, 八木正展, 请田芳幸 申请人:索尼公司