[发明专利]金属表面处理剂及施用该处理剂形成保护膜的印刷线路板

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面的处理剂，特别涉及一种用于保护金属表面免受氧化并增强它的可焊性的、为印刷电路板(PCB)的铜表面提供保护性涂层的金属表面处理剂。本发明还涉及施用该处理剂形成保护膜的印刷线路板。

背景技术

近年来广泛采用高密度的表面安装技术，这种工艺需对PCB进行多次焊接，使PCB经受多次高温，这加速了PCB中部分的铜或铜合金表面的氧化膜的形成，因而不能保持表面良好的可焊性。为保护PCB的铜线路部分不被空气氧化，通常使用表面处理剂在线路上形成保护性的化学层。典型的保护性成形剂是咪唑或苯并咪唑衍生物，涂层通常命名为有机可焊性保护(OSP)涂层。

由于铅对人类的危害，防止铅污染已成世界潮流。随着锡-铅焊料的禁止使用，主流使用的无铅焊料(锡银铜系列，熔点217-230℃)的熔点温度比锡铅焊料(熔点187℃)约高20-50℃，因而希望PCB铜表面上形成具有更为优良耐热性的OSP涂层。OSP膜主要由咪唑或苯并咪唑衍生物与金属形成的有机金属聚合物和在沉积过程中夹带有机小分子组成，如脂肪酸和唑类化合物。有机金属聚合物提供必须的抗腐蚀性、铜表面粘附性和OSP的表面硬度。有机金属聚合物的降解温度必须高于无铅焊料的熔点才能经受无铅制程(制程最高温度可达到250-260℃)处理。否则，OSP膜会在经过无铅制程处理后降解。

OSP膜的降解温度很大程度上取决于有机金属聚合物的耐热性。提高OSP的耐热性，也即是提高OSP的抗氧化性能。提高材料的抗氧化性能的通常作法是加入一定比例的抗氧化添加剂。一般常用的抗氧化剂有丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、没食子酸丙酯(PG)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)，1，3，5-三(3，5叔丁基-4-羟基苄基)三甲基苯(TBM)，四(β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(抗氧剂1010)，β(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯(抗氧剂1076)，4，4’-二叔辛基二苯胺(DOD)，2，2’-甲撑双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(抗氧剂2246B)，硫代二丙酸二月桂酯，二亚磷酸双十八酯季戊四醇酯(DPD)，三(壬基代苯基)亚磷酸酯(TNP)，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(TBP)等。但由于这些传统的氧化剂不能与金属离子(如铜离子)、咪唑化合物络合，无法一起沉积到有机金属聚合物薄膜(OSP)中，因而无法在PCB随后的焊接制程中加强裸露的铜表面的抗氧化性能。所以现有的此类金属表面处理剂中一般不加入抗氧化物质。

目前提高OSP的抗氧化性能的研究主要集中在对咪唑或苯并咪唑衍生物的结构改造上。中国专利CN1964949(A)公开了苯基萘基咪唑类化合物，如2-苯基-4-(1-萘基)咪唑；中国专利CN1761773(A)公开了2-苯基-4-苯基咪唑类化合物，如2-(2，3-二氯)苯基4-苯基-5-甲基咪唑；中国专利CN1391618(B)公开了取代的苯并咪唑类化合物，优选2位被取代的苯并咪唑类化合物。但此类OSP膜在经过多次高温焊接过程后(指未焊接的连接盘上OSP膜)会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性。因此仍然需要是对OSP组成进行持续的改进，继续提高OSP的抗氧化性能，以进一步扩大OSP膜在PCB中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的金属表面处理剂(OSP)，其克服了传统氧化剂不能与金属离子(如铜离子)、咪唑化合物络合，无法一起沉积到有机金属聚合物薄膜(OSP)中，因而无法在PCB随后的焊接制程中加强裸露的铜表面的抗氧化性能的缺点，使形成的有机金属聚合物薄膜中镶嵌有一定比例的抗氧化的物质(非夹带)，从而无需对现有的咪唑或苯并咪唑衍生物的结构进行改造，就能够提高相应OSP膜的耐热温度与耐热性能，达到在PCB随后的焊接制程中要求的标准。

本发明的另一目的在于提供一种施用该处理剂形成了保护膜的印刷线路板，该线路板上的OSP膜的耐热温度与耐热性能较高，能够达到在焊接制程中要求的标准。

本发明的技术方案是：一种金属表面处理剂，其基本组成是含有咪唑类化合物、有机酸、铜化合物、锌化合物、铁化合物和具有抗氧作用的化合物的水溶液。所述具有抗氧作用的化合物是能够与金属离子(如铜离子)和(或)咪唑化合物络合的化合物。

所述具有抗氧作用的化合物为结构如下图的杯芳烃化合物或/和硫代杯芳烃化合物，可使用其中一种化合物，也可使用两种以上化合物的混合物，其用量为0.001％-10％。

R₁＝SO₃^-或COO^-或叔丁基