有机可焊性防腐剂和方法
【专利摘要】一种有机可焊性防腐剂溶液，包括抑制金属腐蚀的吡嗪衍生物。该溶液施用到电子设备元件的金属表面，以改善电子设备中元件之间电连接的可焊性。
【专利说明】有机可焊性防腐剂和方法
发明领域
[0001]本发明涉及有机可焊性防腐剂以及涂覆铜和铜合金表面的方法。更具体的，本发明涉及有机可焊性防腐剂以及涂覆铜和铜合金表面的方法，其中该有机可焊性防腐剂包含吡嗪衍生物。
[0002]发明背景
[0003]铜及其合金是电子应用中最常用的金属，例如为印刷电路板(PCB)提供导电电路通道。PCB需要通过焊接操作把电子元件连接到铜或铜合金表面衬垫或通孔上。可以把含铅元件插入通孔中，接着进行波动焊接，或者表面贴装技术(SMT)，通过向该表面施用焊料膏(例如通过丝网印刷)，然后把该元件放置到膏上，接着进行软熔焊接，把该元件连接到表面衬垫上。对于SMT组件，为了把元件同时连接到PCB的前面和后面，需要操作最少两个软熔循环。对于更复杂的组件可能需要额外的软熔操作来连接额外的元件或者执行修补操作。
[0004]元件贴装在PCB衬垫的铜表面，该表面一般用保护性金属或非金属修饰层涂覆。通过防止铜表面在PCB加工后的存储期间或者在暴露于焊接温度期间被氧化，这种保护性修饰层被设计用来保持良好的可焊性。
[0005]有几种把保护性修饰层施用到PCB的方法:通过电解法、无电镀法或金属从溶液的浸溃沉积法，或者通过浸溃处理，其或者在沉积保护性有机可焊性防腐剂(OSP)的溶液中，或者在已知为热空气(焊接)流平法(HAL / HASL)工艺中的软焊性合金浴中进行。
[0006]由于涂覆衬垫的优异的表面共面性，人们认为OSP是低成本的与SMT兼容的非金属表面抛光方法。用 于当前PCB工业的OSP主要基于吡咯化合物，例如咪唑类、苯并咪唑类及其衍生物。
[0007]所有这些N-杂环化合物通过与铜原子形成配位键吸附在铜表面上以及通过形成铜-N-杂环配合物能够形成更厚的膜。OSP膜形成优选为铜特异性的，在金或其他表面上具有低得多的膜形成速率，以防止在铜上膜形成工艺期间污染这些基底。一般来说，OSP涂层厚度为80-500nm。较薄涂层趋向于降低对铜表面氧化的防护性，而较厚涂层趋向于导致可焊性的恶化。
[0008]OSP工艺的能力代代持续发展，以满足由于合成的N-杂环化合物衍生物的多样性而增长的严格的性能需要。当前用于OSP工艺的吡咯化合物已经经历了至少五代。
[0009]在20世纪60年代Enthone铜防晦暗产品ENTEK⑶-56 (基于苯并三唑)首先用作 0SP。参见 Soldering and Surface Mount Technology, 7 (2), 6-9,1995。在铜上形成的苯并三唑膜的厚度很低，通常不到10nm。此外，苯并三唑-铜配合物的分解温度低，即大约750C以及该保护层一般仅耐单一的锡-铅热软熔循环。
[0010]在1977年提出采用取代咪唑类作为活性组分的第二代产品。参见US3，933，531。这些材料形成的OSP膜厚度为大约0.2微米，但是在较高温度下具有相对差的稳定性。
[0011]第三代OSP化合物采用其中苯环稠合到咪唑环上的苯并咪唑类，其于1990-1991年提出。参见US5，173，130。在PCB工业中很多公司的许多商业OSP产品中，苯并咪唑类已经广泛用作主要组分。苯并咪唑类与铜非常有效的形成配合物，膜厚度为10-100nm。通过把金属离子加入工作液中，该厚度可以进一步增加到500nm-600nm。然而,苯并咪唑类的沉积选择性还是很差并且在选择的无电镀镍浸溃金(ENIG)工艺中在金表面上形成了 OSP涂层。
[0012]由于复杂的面板设计技术，需要更多的软熔循环来连接额外的元件以及来执行再加工操作。因此，需要进一步改善OSP涂层的热稳定性。开发了第四代0SP。这些是取代苯并咪唑类，例如2-取代苯并咪唑类，并在1997年引入到工业中。通过向苯并咪唑环引入取代基，极大的改善了 OSP的耐热性。该有机铜配合物的分解温度显著更高，即大约350°C，在100-300nm厚度范围内在铜上获得极高的膜稳定性。
[0013]供应者已经采用了几种不同方法来减少金表面上的OSP膜形成。在2003年Wengenroth取得利用包含预浸组合物的苯并咪唑衍生物的专利权,该预浸组合物加快了随后的铜表面上的OSP膜形成。加快的膜形成使得可以在主OSP浴中采用较低浓度的活性材料，因此减少了金表面上的膜形成。已经发现基于对主浴形成改性的方法对基于采用铁添加剂的Shikoku商业化的几种产品也有效。
[0014]在PCB组件工业中向无铅焊接的转变在20世纪90年代出现于日本，2003年欧盟RoHS指令的要求加快了这种情况。这强迫焊接工艺中转变为使用无铅合金，无铅合金需要比锡铅合金高大约30°C的峰软熔(reflow)温度。受这种峰软熔温度提高的驱动，开发出采用芳基-苯基咪唑类作为活性组份的第五代0SP。这些OSP的热稳定性和沉积选择性都得到改善。虽然现在有广泛种类的基于吡咯化合物的OSP产品，例如咪唑类、苯并咪唑类及其衍生物，但是仍然需要改善OSP组合物的性能和方法。
发明概要
[0015]一种组合物，其包含:一种或多种金属离子源，所述金属离子源选自铜盐、锡盐、锌盐、银盐、镍盐、铅盐、钡盐、锰盐、`铁盐和钯盐，一种或多种酸以及一种或多种具有下式的化合物:
[0016]
【权利要求】
1.一种组合物，其包含:一种或多种金属离子源，选自铜盐、锡盐、锌盐、银盐、镍盐、铅盐、钡盐、锰盐、铁盐和钯盐，一种或多种酸以及一种或多种具有下式的化合物:
2.权利要求1的组合物，其中所述组合物包含0.5克/升-15克/升的所述一种或多种化合物。
3.权利要求1的组合物，其中所述组合物包含0.0Ol克/升-5克/升的所述一种或多种金属离子源。
4.一种方法，包括: a)提供包含铜或铜合金的基底；以及 b)用组合物接触所述基底以在基底的铜或铜合金上形成涂层，所述组合物包含:一种或多种金属离子源，所述金属离子源选自铜盐、锡盐、锌盐、银盐、镍盐、铅盐、钡盐、锰盐、铁盐和钯盐，一种或多种酸以及一种或多种具有下述结构的化合物:
5.权利要求4的方法，其中所述基底是印刷电路板。
【文档编号】H05K3/28GK103882417SQ201310757370
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】汤勤, 唐洁豪, 陈喆垚, M·W·贝叶斯 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司