一种有机可焊性保护剂及有机铜配位聚合物膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种有机可焊性保护剂，其中选择咪唑化合物作为有机可焊性保护剂的主成膜物质，提高了后续形成的印制电路板有机铜配位聚合物膜的耐热性，能满足无铅焊接所需温度，减少了对环境的污染，经过多次回流焊处理后，有机铜配位聚合物膜的性能仍十分稳定，满足了PCB表面处理生产工艺的需要，就OSP溶液本身而言，其十分稳定，在PCB表面形成的膜能在一定时期内有效地防止铜被氧化，同时，在无铅回流温度焊接下，保持良好的可焊性，还有优异的铜金选择性。本发明提供的印制电路有机可焊性保护剂符合集成电路技术的进步与发展。此外，本发明还涉及一种有机铜配位聚合物膜的制备方法。

权利要求

1.一种有机可焊性保护剂，其特征在于，由咪唑化合物、小分子酸、长链酸、过渡金属离子、去离子水和pH调节剂组成，其中：咪唑化合物的浓度为1～10g/L，小分子酸的浓度为2～

10mol/L，长链酸的浓度为1～10g/L，过渡金属离子的浓度为0.1～1g/L；所述有机可焊性保护剂的pH值为2～4，所述咪唑化合物为2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑。

2.根据权利要求1所述的一种有机可焊性保护剂，其特征在于，所述小分子酸为甲酸、乙酸、丙酸、甲氧基乙酸中任一种或其任意组合；

和/或，所述过渡金属离子为铜离子、锌离子或铁离子；

和/或，所述长链酸为十六烷酸、十八烷酸、油酸、正辛酸、正庚酸中的任一种或者其任意组合。

3.根据权利要求1所述的一种有机可焊性保护剂，其特征在于，所述pH调节剂为氨水、甲酸或醋酸。

4.一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，基于权利要求1‑3任一项所述的一种有机可焊性保护剂实现，包括以下步骤：步骤A：采用酸性除油液浸泡印制电路板，进行脱脂除油处理，而后进行水洗；

步骤B：采用微蚀液对所述印制电路板进行微蚀处理，除去铜表面的氧化物，微蚀后进行水洗；

步骤C：采用预浸液对所述印制电路板进行预浸处理，以避免有机可焊性保护剂主液在金面上成膜，防止金面变色，而后进行水洗；

步骤D：采用所述有机可焊性保护剂对所述印制电路板进行OSP处理，使咪唑化合物与铜离子配合，在铜面形成有机铜配位聚合物膜。

5.根据权利要求4所述的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述有机铜配位聚合物膜的厚度为0.3μm～0.5μm。

6.根据权利要求4所述的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述酸性除油液包括硫酸、OP乳化剂和去离子水，其中，硫酸的体积百分比浓度为3％～10％，OP乳化剂的体积百分比浓度为3％～10％。

7.根据权利要求4所述的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述微蚀液包括过氧化氢、硫酸和稳定剂，其中过氧化氢体积百分比浓度为0.5～3％，硫酸的体积百分比浓度为2～8％，稳定剂的体积百分比浓度为2～8％。

8.根据权利要求4所述的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述预浸液包括苯并咪唑、三乙醇胺、醋酸铵和去离子水，其中，苯并咪唑的质量浓度为1～5g/L，三乙醇胺的质量浓度为1～5g/L，醋酸铵的质量浓度为0.2～1g/L。

9.根据权利要求4所述的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，其特征在于，所述脱脂除油处理的处理温度30～50℃，处理时间为1～5min；

和/或所述微蚀处理的处理温度为25～45℃，处理时间为1～5min；

和/或所述预浸处理的处理温度为30～50℃，处理时间为1～5min；

和/或所述OSP处理的处理温度为30℃～50℃，处理时间为1～5min。

说明书

一种有机可焊性保护剂及有机铜配位聚合物膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于印制线路板领域，具体涉及一种有机可焊性保护剂及有机铜配位聚合物膜的制备方法。

背景技术

[0002] 随着印制线路板(PCB)行业的不断发展，对表面处理技术的要求越来越高，这就使得早先使用的热风整平工艺已不能满足PCB的发展。常见的表面处理技术有很多，如无铅热
风整平、化学浸锡、化学浸银、化学沉镍/金(ENIG)、有机保焊剂(OSP)等，每种表面处理技术
都各有优劣，其中OSP具有工艺简单、操作方便、价格低廉、污染小等优点，因而在计算机、通
讯设备等电子器件集成电路的制造中得到广泛应用。

[0003] 有机保焊剂(OSP)，由有机唑类物质、低分子有机酸、水和助剂组成，它在一定条件下与二价铜离子在铜表面形成一种致密的配合物薄膜，该薄膜不仅能在PCB的铜表面与空
气间充当阻隔层，有效防止铜被氧化腐蚀，而且又可以在焊接前被稀酸或助焊剂迅速除去，
使PCB的裸铜面保持良好的可焊性。

[0004] OSP的发展了三大类材料：松香、活性树脂和唑类，目前使用最广的是唑类OSP。唑类OSP已经历经了五代，现今应用比较多的是第四代OSP烷基苯并咪唑(SBA)和第五代OSP烷
基芳基咪唑(API)，相比于前几代OSP产品，其热稳定性和抗氧化性能有了显著提高。

[0005] 现今，电子产品不断向着轻、薄、小型化发展，且功能更加多样，这就使得印制线路板也必须薄型化、多层化、小孔化，有更高的精密度。而电子电路表面组装技术(SMT)的应用
与发展，更是使印制线路板(PCB)产业面临一系列变革。自从2006年7月1日起，电子产品实
施“无铅化”(两个指令——RoHS和WEEE)以来，“无铅化”(特别是无铅化焊接条件)的要求使
得无铅回流焊接的峰温越来越高，常需经过高达260℃以上峰温的多次焊接。因此，为了满
足PCB表面处理生产工艺的需要，开发一种耐高温、多次可焊且兼具环保和经济效益的印制
电路有机可焊性保护剂势在必行。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种有机可焊性保护剂及有机铜配位聚合物膜的制备方法。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种有机可焊性保护剂，包括咪唑化合物、小分子酸、长链酸、过渡金属离子、去离子水和pH调节剂，其中：咪唑化合物的浓度为1～
10g/L，小分子酸的浓度为2～10mol/L，长链酸的浓度为1～10g/L，过渡金属离子的浓度为
0.1～1g/L；所述有机可焊性保护剂的pH值为2～4。

[0008] 本发明的有益效果是：本发明选择咪唑化合物作为有机可焊性保护剂的主成膜物质，提高了后续形成的印制电路板有机保焊膜层的耐热性，且在经过多次回流焊处理后仍
能保持稳定，能满足无铅焊接所需温度，减少了对环境的污染，满足了PCB表面处理生产工
艺的需要，就OSP溶液本身而言，其十分稳定，在PCB表面形成的膜能在一定时期内有效地防
止铜被氧化，同时，在无铅回流温度焊接下，保持良好的可焊性，还有优异的铜金选择性。其
中使用的小分子酸可以促进咪唑系有机物与水溶液的相溶性，促进后续配位保护膜的形
成，并有助于保持OSP处理液长时间的稳定，另外，长链酸对OSP膜的生成起促进作用。本发
明符合欧洲颁布的RoHS(关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质)指令、WEEE(消费
性产品中禁止特定有害物质)指令以及中国政府颁布的《电子信息产品污染防治管理办
法》。

[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0010] 进一步的，所述小分子酸为甲酸、乙酸、丙酸、甲氧基乙酸中任一种或其任意组合；

[0011] 和/或，所述过渡金属离子为铜离子、锌离子或铁离子；

[0012] 和/或，所述长链酸为十六烷酸、十八烷酸、油酸、正辛酸、正庚酸中的任一种或者其任意组合。

[0013] 对于添加的过渡金属离子，采用加入甲酸铜、乙酸铜、乙酸锌、乙酸铁中任一种或者其任意组合来实现。

[0014] 进一步的，所述pH调节剂为氨水、甲酸或醋酸。

[0015] 进一步的，所述咪唑化合物为2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑。

[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是：采用2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑作为咪唑化合物，该咪唑化合物中引入了氯苯基团，大幅提高了OSP处理液的耐热性。

[0017] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，基于前述的一种有机可焊性保护剂实现，包括以下步骤：

[0018] 步骤A：采用酸性除油液浸泡印制电路板，进行脱脂除油处理，而后进行水洗；

[0019] 步骤B：采用微蚀液对所述印制电路板进行微蚀处理，除去铜表面的氧化物，微蚀后进行水洗；

[0020] 步骤C：采用预浸液对所述印制电路板进行预浸处理，以避免有机可焊性保护剂主液在金面上成膜，防止金面变色，而后进行水洗；

[0021] 步骤D：采用所述有机可焊性保护剂对所述印制电路板进行OSP处理，使咪唑化合物与铜离子配合，在铜面形成有机铜配位聚合物膜。

[0022] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，在印制电路板的待焊裸铜面上形成一层薄而致密，且厚度均匀的有机铜配位聚合物膜，该膜层
具有优异的多次可焊性、抗氧化性、耐热性和铜金选择性能。此外，本发明采用预浸处理这
一步骤，在OSP处理前在铜的表面形成一层极薄的预浸膜层，当覆盖有预浸膜的铜面进入
OSP主液后，在酸性介质的作用下，预浸膜层迅速被褪除，仅可能在金属铜表面上残留一单
分子层的咪唑化合物‑铜有机膜，快速形成一层OSP膜，预浸的处理使得OSP成膜速率提高且
有了铜金选择性，即只在铜面成膜，金面不成膜。

[0023] 进一步的，所述有机铜配位聚合物膜的厚度为0.3μm～0.5μm。

[0024] 进一步的，所述酸性除油液包括硫酸、OP乳化剂和去离子水，其中，硫酸的体积百分比浓度为3％～10％，OP乳化剂的体积百分比浓度为3％～10％。

[0025] 进一步的，所述微蚀液包括过氧化氢、硫酸和稳定剂，其中过氧化氢体积百分比浓度为0.5～3％，硫酸的体积百分比浓度为2～8％，稳定剂的体积百分比浓度为2～8％。

[0026] 进一步的，所述预浸液包括苯并咪唑、三乙醇胺、醋酸铵和去离子水，其中，苯并咪唑的质量浓度为1～5g/L，三乙醇胺的质量浓度为1～5g/L，醋酸铵的质量浓度为0.2～1g/
L。

[0027] 进一步的，所述脱脂除油处理的处理温度30～50℃，处理时间为1～5min；

[0028] 和/或所述微蚀处理的处理温度为25～45℃，处理时间为1～5min；

[0029] 和/或所述预浸处理的处理温度为30～50℃，处理时间为1～5min；

[0030] 和/或所述OSP处理的处理温度为30℃～50℃，处理时间为1～5min。

附图说明

[0031] 图1为本发明实施例的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法的工艺流程图；

[0032] 图2为经有机可焊性保护剂工艺处理后样品的切面FIB‑SEM(聚焦离子束系统)图。

具体实施方式

[0033] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0034] 本发明第一实施例提供的一种有机可焊性保护剂，包括咪唑化合物、小分子酸、长链酸、过渡金属离子、去离子水和pH调节剂，其中：咪唑化合物的浓度为1～10g/L，小分子酸
的浓度为2～10mol/L，长链酸的浓度为1～10g/L，过渡金属离子的浓度为0.1～1g/L；所述
有机可焊性保护剂的pH值为2～4。

[0035] 上述实施例中，选择咪唑化合物作为有机可焊性保护剂的主成膜物质，提高了后续形成的印制电路板有机保焊膜层的耐热性，且在经过多次回流焊处理后仍能保持稳定，
能满足无铅焊接所需温度，减少了对环境的污染。本发明符合欧洲颁布的RoHS(关于在电子
电器设备中禁止使用某些有害物质)指令、WEEE(消费性产品中禁止特定有害物质)指令以
及中国政府颁布的《电子信息产品污染防治管理办法》。

[0036] 可选地，所述小分子酸为甲酸、乙酸、丙酸、甲氧基乙酸中任一种或其任意组合；

[0037] 和/或，所述过渡金属离子为铜离子、锌离子或铁离子；

[0038] 和/或，所述长链酸为十六烷酸、十八烷酸、油酸、正辛酸、正庚酸中的任一种或者其任意组合。

[0039] 上述实施例中，对于添加的过渡金属离子，采用加入甲酸铜、乙酸铜、乙酸锌、乙酸铁中任一种或者其任意组合来实现。

[0040] 可选地，所述pH调节剂为氨水、甲酸或醋酸。

[0041] 可选地，所述咪唑化合物为2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑。

[0042] 上述实施例中，采用2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑作为咪唑化合物，该咪唑化合物中引入了氯苯基团，大幅提高了OSP处理液的耐热性。

[0043] 可选地，所述有机可焊性保护剂包括2.5g 2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑、10.5g乙酸、0.15g正庚酸、0.025g乙酸锌、去离子水和氨水，所述有机可焊性保护剂的PH
值为3。

[0044] 上述实施例中，所述有机可焊性保护剂的制备方法为：称取2.5g 2‑[(2，4二氯苯基)甲基]‑1H‑苯并咪唑置于烧杯中，再称取10.5g乙酸和咪唑混合搅拌溶解，再依次加入
0.15g正庚酸和0.025g乙酸锌于该烧杯中，加去离子水至50ml，然后加入氨水调节pH为3，加
热至45℃恒温待用。

[0045] 如图1所示，本发明第二实施例提供的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，包括以下步骤：

[0046] 步骤A：采用酸性除油液浸泡印制电路板，进行脱脂除油处理，而后进行水洗；

[0047] 步骤B：采用微蚀液对所述印制电路板进行微蚀处理，除去铜表面的氧化物，微蚀后进行水洗；

[0048] 步骤C：采用预浸液对所述印制电路板进行预浸处理，以避免有机可焊性保护剂主液在金面上成膜，防止金面变色，而后进行水洗；

[0049] 步骤D：采用所述有机可焊性保护剂对所述印制电路板进行OSP处理，使咪唑化合物与铜离子配合，在铜面形成有机铜配位聚合物膜。

[0050] 上述实施例提供的一种有机铜配位聚合物膜的制备方法，在印制电路板的待焊裸铜面上形成一层薄而致密，且厚度均匀的有机铜配位聚合物膜，该膜层具有优异的多次可
焊性、抗氧化性、耐热性和铜金选择性能，且制备成本低廉、性能良好。此外，本发明采用微
蚀处理，除去铜表面的氧化物，使铜表面完全暴露出洁净和纯净的铜，采用预浸处理，在OSP
处理前在铜的表面形成一层极薄的预浸膜层，当覆盖有预浸膜的铜面进入OSP主液后，在酸
性介质的作用下，预浸膜层迅速被褪除，仅可能在金属铜表面上残留一单分子层的咪唑化
合物‑铜有机膜，快速形成一层OSP膜，预浸的处理使得OSP成膜速率提高且有了铜金选择
性，即只在铜面成膜，金面不成膜。

[0051] 上述实施例中，优选采用去离子水进行水洗。

[0052] 可选地，所述有机铜配位聚合物膜的厚度为0.3μm～0.5μm。

[0053] 可选地，所述酸性除油液包括硫酸、OP乳化剂和去离子水，其中，硫酸的体积百分比浓度为3％～10％，OP乳化剂的体积百分比浓度为3％～10％。

[0054] 例如，按照体积百分比浓度为5％的浓硫酸和体积百分比浓度为5％的OP乳化剂配制成200ml酸性清洁溶液，加热至35℃恒温待用。本发明对酸性除油液的成分不做限制，除
了上述实施方式外，本发明使用的酸性除油液的成分并不局限于此。

[0055] 可选地，所述微蚀液包括过氧化氢、硫酸和稳定剂，其中过氧化氢体积百分比浓度为0.5～3％，硫酸的体积百分比浓度为2～8％，稳定剂的体积百分比浓度为2～8％。

[0056] 例如，称取过氧化氢、硫酸和一定量的稳定剂，按一定的比例配制而成，其中过氧化氢体积百分比浓度0.5～3％，硫酸的体积百分比浓度为2～8％，稳定剂的体积百分比浓
度为2～8％，加热至35℃恒温待用。本发明对微蚀液的成分不做限制，除了上述实施方式
外，本发明使用的微蚀液的成分并不局限于此。

[0057] 可选地，所述预浸液包括苯并咪唑、三乙醇胺、醋酸铵和去离子水，其中，苯并咪唑的质量浓度为1～5g/L，三乙醇胺的质量浓度为1～5g/L，醋酸铵的质量浓度为0.2～1g/L。

[0058] 例如，预浸液由苯并咪唑、三乙醇胺、醋酸铵和去离子水混合配制而成，其中，苯并咪唑质量浓度为1～5g/L，三乙醇胺的质量浓度为1～5g/L，醋酸铵的质量浓度为0.2～1g/
L，加热至35℃恒温待用。本发明对预浸液的成分不做限制，除了上述实施方式外，本发明使
用的预浸液的成分并不局限于此。

[0059] 可选地，所述脱脂除油处理的处理温度30～50℃，处理时间为1～5min；

[0060] 和/或所述微蚀处理的处理温度为25～45℃，处理时间为1～5min；

[0061] 和/或所述预浸处理的处理温度为30～50℃，处理时间为1～5min；

[0062] 和/或所述OSP处理的处理温度为30℃～50℃，处理时间为1～5min。

[0063] 上述实施例中，脱脂除油处理的处理时间优选为2min，微蚀处理的处理时间优选为3min，预浸处理的处理时间优选为1min，OSP处理的处理时间优选为1min。

[0064] 图2示出的为先在样品(即OSP处理上膜后的样品)上镀一层铂，然后用聚焦离子束切割样品，得到的样品横截面，从图2可以看出，本发明实施例制备的有机铜配位聚合物膜
的膜层厚度均匀，成膜效果良好。

[0065] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0066] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。