专利名称：增加金属或金属合金表面的钎焊性和耐腐蚀性的溶液和方法
技术领域：
本发明涉及包含含磷化合物和任选的钎焊性增强化合物的溶液，和其在增加金属或金属合金表面的钎焊性和耐腐蚀性的方法中的应用。
背景技术：
金属涂层，特别是锡或其合金的金属涂层通常沉积在铜-和镍-基工件的表面上以防止铜或镍-基表面氧化或锈蚀并且增强钎焊性。在一些条件例如空气或其它氧化气氛中的升高温度下，例如电子引线框和电连接器的锡或其它金属涂覆的表面具有在运输以及生产与组装成电子器件之间的储存阶段期间形成氧化物膜的趋势。氧化物涂料使锡涂覆表面的表面脱色并且赋予黄色，许多消费者认为这是不可接受的。此外，氧化物可以使涂覆的电接线端的接触电阻劣化。无锈蚀的表面具有比氧化物涂覆的表面低的接触电阻和更好的钎焊性。锡-基层还用于集成电路(“IC”)制造的引线加工。作为用于无源部件例如电容器和晶体管的最后步骤，施加薄的锡或锡合金层。存在着决定良好的钎焊性的许多因素，其中三个最重要的是表面氧化物形成的程度(腐蚀)、共沉积的碳量，和金属间化合物形成的程度。表面氧化物形成是自然出现的过程，因为其是热力学有利的。表面氧化物的形成速率取决于温度和时间。温度越高并且暴露时间越长，则形成的表面氧化物越厚。在电镀的锡或锡合金涂料或者沉积物中，表面氧化物形成还取决于涂料或沉积的表面形态。当将纯的锡与例如锡合金涂料比较时，当所有其它条件相同时锡合金通常形成更少或更薄的表面氧化物。总的来说，目的是制备具有比氧化物涂覆的表面低的接触电阻和好的钎焊性的无锈蚀表面。Fuchs等在U. S.专利No. 5，853，797中公开了一种用于提供给涂覆的电接触表面腐蚀保护的方法和溶液，所述方法包括使该表面暴露于包含膦酸盐、润滑剂和各种挥发性有机溶剂的溶液中。该溶剂蒸发用于处理伴随着环境问题例如处理、工人的危险和废物处理到流中。Fan等在U. S.专利申请No. 2005/0268991A1中公开了一种用于增强工件上的锡基表面的耐腐蚀性的方法，其包括使锡基表面与包含膦酸化合物和水的组合物接触，从而在锡基涂层上形成磷基膜，由此抑制锡基表面腐蚀。包含膦酸的组合物具有至多约30vol. % 浓度的有机溶剂和水。然而，有机溶剂的使用是不利的，因为它们在加工条件下挥发并且通
常有害。Lau等在U. S.专利申请No. 2006/0237097A1中公开了一种通过用包含无机和有机磷酸例如烷基膦酸的组合物处理金属和金属合金而抑制它们腐蚀的方法，所述烷基膦酸防止氧化物在金属和金属合金上形成。EP0009247B涉及包含8_10个碳原子的烷基单膦酸以与表面活性剂的混合物作为对于金属在酸溶液中的腐蚀抑制剂的应用。金属选自铝和铝合金、铬镍钢、普通钢、黄铜和铜。EP1221497A2涉及在铝合金产品的外表面上抑制污点，尤其是水渍的形成的方法。 所述方法包括使这些产品，特别是由5000-6000系列铝合金制成的片材或板材产品、挤出件和/或锻件的外表面与有机膦酸或有机次膦酸衍生的材料接触。优选地，将该材料的液体形式加入醇或水-基载体溶液，然后喷射、浸渍、镀覆或辊压在平面片材或板材产品的表面上以增强它们的亮度。GB2331942A涉及用于处理各种金属表面以抑制腐蚀和改善涂料粘附性的包含至少一种有机膦酸盐或有机膦酸酯物质的组合物。所述组合物可以包括有机膦酸盐或有机膦酸酯物质例如乙烯基膦酸、亚乙烯基-1，1- 二膦酸或者苯基乙烯基膦酸的均聚物或共聚物。US专利No. 3，630，790描述了一种保护金属表面免于腐蚀的方法，其包括使金属与有机膦酸、亚膦酸或次膦酸接触。尽管上述方法全部涉及金属和金属合金表面的处理以保持它们关于钎焊性和外观的品质，但仍然需要提供改进的耐腐蚀性以及晶须抑制的环境友好的方法。发明概述本发明涉及包含含磷化合物和任选的如下文定义的钎焊性增强化合物的水溶液。另外，本发明涉及增加金属或金属合金表面的钎焊性和耐腐蚀性的方法，其中使表面与该水溶液接触。附图简述
图1表示镀覆和施加根据本发明的组合物的处理顺序。图2表示来自比较例1的没有任何后处理的未处理的镀锡样品上的水散布。图3表示用根据实施例2的组合物处理的镀锡样品的防水效果。图4表示用根据实施例3的组合物处理的镀锡样品的防水效果。图5表示用根据实施例4的组合物处理的镀锡样品的防水效果。发明详述本发明涉及用于增强金属或金属合金表面例如镍、铜、银、金、钯、钼、铑、钌、铟及其合金的耐腐蚀性的溶液和方法。优选地，金属或金属合金表面是锡或锡合金表面。锡合金表面的例子包括SnPb、SnCu, SnBi、SnAg和SnAgCu。出于说明的目的，一种这类工件是电子部件例如电子引线框、无源部件、晶片上的突起(bump)或者是电连接器。其它合适的金属表面包括锌、铝、铁或铜或者它们的合金基表面。根据本发明的溶液适用于任何金属表面，优选锡或锡合金表面，无论是工程、功能、装饰的电子器件的一部分还是其它。就用于电子器件的锡基表面而言，本方法增强了耐腐蚀性并且还在包括部分锡基表面软熔的钎焊操作之前在储存期间保持了锡或锡合金表面的钎焊性。本发明的溶液还适用于具有孔的非常薄的金属表面，例如金。这些孔可用本发明的溶液密封并且防止金层下面的例如镍、铜或锡层的氧化物形成。根据本发明，将金属基表面浸渍或以另外方式与包含含磷化合物、钎焊性增强化合物和水的组合物接触，从而在锡基表面上方形成磷基膜。该膜抑制了锡基表面的腐蚀，增加了润湿性和钎焊性，并且还令人惊奇地防止晶须形成。根据本发明的用于处理金属表面的水溶液包含(a)至少一种由下式表示的含磷化合物或其盐
权利要求
1. 一种用于处理金属表面的水溶液，包含 (a)至少一种由下式表示的含磷化合物或其盐
2.根据权利要求1的用于处理金属表面的水溶液，其进一步包含至少一种由下式表示的钎焊性增强化合物或其盐
3.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中含磷化合物I.的Rl选自H、0H、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正己基、异己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基、正壬基、异壬基、正癸基、异癸基、正十一烷基、异癸基、正十二烷基、异十二烷基。
4.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中含磷化合物I.的R2和R3独立地选自H或合适的抗衡离子例如钠或钾、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正己基、异己基、正庚基、异庚基、 正辛基、异辛基、正壬基、异壬基、正癸基、异癸基、正十一烷基、异癸基、正十二烷基、异十二焼基。
5.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中钎焊性增强化合物III.的Rl和R7独立地选自H、甲基、钠、钾、卤离子，硫酸根，磷酸根和磺酸根。
6.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中钎焊性增强化合物III.的R2、R3、R5和R6 独立地选自H、甲基、乙基、正丙基和异丙基。
7.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中钎焊性增强化合物III.的R4选自由下式表示的基团
8.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中钎焊性增强化合物III.选自下式
9.根据权利要求1的水溶液，其中至少一种由式I.-II.表示的含磷化合物(a)以 0. 0001-0. 05mol/l 的量使用。
10.根据权利要求2的水溶液，其中至少一种由式III.表示的钎焊性增强化合物(b) 以 0. 0001-0. lmol/1 的量使用。
11.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中PH值为2-5。
12.根据前述权利要求任一项的水溶液，其中含有选自甲酸/甲酸盐、酒石酸/酒石酸盐、柠檬酸/柠檬酸盐、乙酸/乙酸盐和草酸/草酸盐的缓冲体系。
13.一种用于增加具有金属表面的基材的钎焊性和耐腐蚀性的方法，其中用根据权利要求1的水溶液处理表面。
14.根据权利要求13的方法，其中金属表面是锡或锡合金表面。
15.根据权利要求14的方法，其中锡合金表面选自SnPb、SnCu,SnBi, SniVg和SnAgCu 表面。
16.根据权利要求12-15的方法，其进一步包括在用水溶液处理之前或之后使基材的锡或锡合金表面软熔。
17.一种基材，其具有用根据权利要求1的水溶液处理的锡或锡合金表面。
18.根据权利要求17的基材，其中所述基材是镀锡半成品，例如锡板或锡线或引线框、 连接器或印刷线路板。
全文摘要
描述了包含磷化合物和任选的钎焊性增强化合物的新溶液，和其在增加金属或金属合金表面的钎焊性和耐腐蚀性的方法中的应用。
文档编号C23C22/74GK102282294SQ201080004485
公开日2011年12月14日 申请日期2010年1月13日 优先权日2009年1月14日
发明者J·巴特尔米斯, J·布莱特菲尔德, O·科茨, R·鲁特尔 申请人:安美特德国有限公司