專利名稱：：一種烷基磺酸化學鍍錫液及基于該化學鍍錫液的鍍錫工藝的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種化學鍍錫液及基于該化學鍍錫液的鍍錫工藝，尤其涉及一種烷基磺酸化學鍍錫液及基于該化學鍍錫液的鍍錫工藝。
背景技術：
：印制線路板及電子零部件為了保證在以后的裝配和使用中的可焊性能，對表面線路要進行可焊性鍍覆或處理，以確保其良好的焊接性能，熱風整平曾經在PCB表面處理工藝中處于主導地位。二十世紀八十年代，超過四分之三的PCB使用熱風整平工藝，熱風整平又名熱風焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。該工藝的特點是工藝簡單成熟，工藝條件容易控制，生產成本低廉，但是在PCB表面采用錫鉛焊料涂層，會從三方面造成危害1.加工過程會接觸到鉛容易造成傷害接觸鉛的工序有以錫鉛層作抗腐蝕時圖形電鍍中電鍍錫鉛工序，腐蝕后錫鉛退除工序，熱風整平焊錫工序，有的還有熱熔焊錫工序，盡管生產中有排風等勞防措施，長期接觸難免會受害；2.錫鉛電鍍等含鉛廢水，及熱風整平的含鉛氣體對環境帶來影響含鉛廢水來自電鍍清洗水和滴漏或報廢的錫鉛溶液，這方面廢水往往認為含量較少，水處理又較難，因而不作處理而放入大池中去排放了；3.印制板上含有錫鉛鍍/涂層，這類印制板報廢或所用電子設備報廢時其上面的含鉛物質尚無法回收處理，若作垃圾埋入地下，長年累月后這地下水中會含有鉛，對環境造成嚴重的污染。另外，在PCB裝配中采用錫鉛焊料進行波峰焊、再流焊或手工焊操作中都有鉛氣體存在，影響人體和環境，同時在PCB上留下更多的鉛含量。近年來隨著人們環保意識的增強和對于自身健康的關注，鉛污染越來越受到人們的重視，越來越多的研究表明，鉛對人類和環境構成了嚴重的威脅。2003年7月13日，歐盟正式頒布WEEE/RoHS法令，并明確要求其所有成員國必須在2004年8月13日以前將此指導法令納入其法律條文中。該法令嚴格要求在電子信息產品中不得含有鉛、汞、鎘、六價鉻，多溴聯苯(PBB)及多溴二苯醚(PBDE)。嚴格的禁鉛條例使電子封裝產業對無鉛材料提出了更高的要求，已經成熟的錫鉛合金必須被性能相近或更高的無鉛材料所替代。同時，隨著電子產品越來越小型化，其線徑和線間距也越來越小，在密度較高的PCB中，采用熱風整平會導致線路間短路。目前表面涂層除錫鉛合金外，已普遍采用的有有機防護涂層(0SP)，化學鍍鎳/金，化學鍍銀，以及采用鈀、銠或鉑等貴金屬。在實際應用中，一般消費類電子產品采用OSP表面涂飾適宜，性能滿足和價格便宜；耐用工業類電子產品較多采用鎳/金涂層，但相對加工過程復雜和成本高；鉑銠等貴金屬涂層只有特別要求的高性能電子產品中采用，性能好價格也特高。化學鍍錫，性能好成本適中，是替代錫鉛合金涂層的優良選擇。化學鍍錫工藝技術就是在這種情況下發展起來的，化學鍍錫的生產工藝過程比化學浸鎳/金簡單、成本低，同樣可焊性好和表面平整，并且使用無鉛焊錫時可靠性也高，工藝過程穩定可靠和制作細導線優勢明顯。
發明內容本發明的目的在于提供一種烷基磺酸化學鍍錫液，基于該化學鍍錫液的鍍錫工藝具有良好可焊性、較強的抗須晶生長能力、成本低、工藝穩定等特點。本發明的目的還在于提供一種具有良好可焊性、較強的抗須晶生長能力、成本低、工藝穩定的烷基磺酸化學鍍錫工藝，所獲得的可焊性鍍層具有良好的可焊性、延展性和光澤度。本發明第一個目的通過以下技術措施來實現一種烷基磺酸化學鍍錫液，包括以下含量:的組分有機磺酸錫鹽140g/l有機酸5250g/L絡合劑5300g/L還原劑20150g/L表面活性劑0.550g/L抗氧化劑0.125g/L貴金屬鹽1500mg/L光亮劑0.53g/L。所述的烷基磺酸化學鍍錫液的各組分的含量優選為有機磺酸錫鹽530g/L有機酸10200g/L絡合劑20200g/L還原劑50100g/L表面活性劑110g/L抗氧化劑0.510g/L貴金屬鹽2300mg/L光亮劑12g/L。所述的有機磺酸錫鹽為甲烷磺酸亞錫、乙烷磺酸亞錫、丙烷磺酸亞錫、2_丙烷磺酸亞錫、羥基甲烷磺酸亞錫、2-羥基乙基-1-磺酸亞錫或2-羥基丁基-1-磺酸亞錫等。所述的有機酸為烷基磺酸或烷醇基磺酸。所述的烷基磺酸包括甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、2-丙烷磺酸等。所述的烷醇基磺酸包括羥基甲烷磺酸、2-羥基乙基-l-磺酸和2-羥基丁基-l-磺酸等。所述的絡合劑為硫脲及其衍生物，或者是硫脲及其衍生物和有機羧酸的混合物。所述的硫脲衍生物包括硫代甲酰胺、硫代乙酰胺、乙撐硫脲、丙烯基硫脲、2-巰基苯并噻唑和EDTA等。所述的有機羧酸包括葡萄糖酸、酒石酸、富馬酸和檸檬酸等。所述的還原劑為次磷酸鈉、次磷酸鉀、次磷酸胺、有機硼烷、甲醛、聯氨、硼氫化鈉或胺基硼烷等。由于在鍍錫液中加入非離子表面活性劑旨在改善鍍液性能，有利于獲得平滑的錫鍍層。因此，所述的表面活性劑為非離子表面活性劑，而適宜的非離子表面活性劑采用聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖醇酯、聚乙烯亞胺或和聚乙二醇等。它們可以單獨或者混合使用。由于在鍍錫液中加入防氧化劑旨在防止鍍液中的二價錫離子氧化成四價錫離子，保持鍍液和合金鍍層組成的穩定性。因此，所述的適宜的抗氧化劑有抗壞血酸及其Na+、K+等堿金屬鹽、鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、甲酚磺酸及其Na+、K+等堿金屬鹽、苯酚磺酸及其Na+、K+等堿金屬鹽、連苯三酚和均苯三酸等。它們可以單獨或者混合使用。所述的貴金屬鹽為銀、鉍、鎳、鋯或銅的烷基磺酸鹽或烷醇基磺酸鹽，例如甲烷磺酸鹽、乙烷磺酸鹽、丙烷磺酸鹽、2-丙烷磺酸鹽、羥基甲烷磺酸鹽、2-羥基乙基-l-磺酸鹽和2_羥基丁基-1-磺酸鹽等，它們可以單獨或混合使用。所述的光亮劑為吡啶衍生物或炔醇類化合物。所述的吡啶衍生物包括丙烷磺酸吡啶嗡鹽、羥基丙烷吡啶嗡鹽等；所述的炔醇類化合物包括己炔二醇、丁炔二醇和丙炔醇乙氧基化合物等。本發明的第二個目的通過以下技術措施來實現一種基于上述烷基磺酸化學鍍錫液的鍍錫工藝，包括以下步驟1)將銅或銅合金待鍍工件進行預處理，預處理包括除油、酸洗、微蝕和預鍍；2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫，鍍錫操作時，化學鍍錫浴槽溫度為5065°C，鍍液pH值為1.02.5，時間為15-30min;3)鍍錫后進行中和和防變色處理。步驟1)中所述的預鍍處理是在化學鍍錫之前，在銅或銅合金工件上置換一層薄而均勻的錫層，然后在該層上化學鍍錫，提高鍍層的結合力。所述步驟3)中采用現有技術中的方法進行中和和防變色處理即可。本發明采用預浸化學鍍兩步法鍍錫，鍍層光亮，厚度可達2.5iim/20min，無須晶生長，因此采用本發明在印制線路板或電子元器件表面化學鍍上的錫合金層，具有良好的可焊性，確保印制電路板表面具有良好的可焊性，保證接插件或表面貼裝件與電路所在位置達到牢固的結合。鍍液中不含對環境有害的鉛、鎘等重金屬、難處理的絡合劑和螯合劑，對助焊劑無攻擊性，本發明鍍錫液及其方法適宜于PCB版、IC引線架、連接器等無鉛可焊性鍍層的需求。具體實施例方式下面列舉一部分具體實施例對本發明進行說明，有必要在此指出的是以下具體實施例只用于對本發明作進一步說明，不代表對本發明保護范圍的限制。其他人根據本發明做出的一些非本質的修改和調整仍屬于本發明的保護范圍。實施例1烷基磺酸化學鍍錫工藝包括以下步驟1)預處理將銅或銅合金待鍍工件進行除油、酸洗、微蝕，然后采用常規方法在銅或銅合金工件表面上置換一層薄而均勻的錫層，即完成預鍍處理；2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；其中，化學鍍錫浴槽溫度T為50°C，鍍液pH值為1.5，時間t為20min;3)鍍錫后采用常規方法進行中和和防變色處理。步驟2)中烷基磺酸化學鍍錫液根據表一所列成分配制而成。所得錫層經干燥后進行性能測試，測試結果如下表所示。其中，錫含量使用電子能譜測試；零交時間按照日本標準JEITA-7401中的潤濕天平法測試；絕緣電阻按照IPCB-25B測試，梳形圖形，線寬85/85在100VDC下96h后的絕緣電阻值，500h后測試絕緣電阻變化值；老化狀況按照107t:、24h烘烤測試，錫層厚度變化，結果見表二。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2與實施例1不同的是步驟2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；其中，化學鍍錫浴槽溫度T為55°C，鍍液pH值為2.0，時間t為30min。步驟2)中烷基磺酸化學鍍錫液根據表三所列成分配制而成。經測試的結果見表四。表三<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3與實施例1不同的是步驟2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；其中，化學鍍錫浴槽溫度T為65t:，鍍液pH值為1.5，時間t為15min。步驟2)中烷基磺酸化學鍍錫液根據表五所列成分配制而成。經測試的結果見表六。表五<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表六<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4與實施例1不同的是步驟2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；其中，化學鍍錫浴槽溫度T為6(TC，鍍液pH值為1.0，時間t為18min。步驟2)中烷基磺酸化學鍍錫液根據表七所列成分配制而成。經測試的結果見表八。表七乙烷磺酸亞錫40g/L丙烷磺酸250g/L丙烯基硫脲250g/L富馬酸20g/L甲醛150g/L聚氧乙烯烷基胺10g/L聚氧乙烯山梨糖醇酯10g/L苯酚磺酸25g/L丙烷磺酸鎳30mg/L丙烷磺酸吡啶嗡鹽3g/L表八外觀錫含量鍍層厚度零交時間絕緣電阻老化狀況光亮99.5%1.7um0.51s8X101CI，3.5X101CI變化小1.7um，1.00um實施例5與實施例1不同的是步驟2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；其中，化學鍍錫浴槽溫度T為55t:，鍍液pH值為2.5，時間t為25min。步驟2)中烷基磺酸化學鍍錫液根據表九所列成分配制而成。經測試的結果見表8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表十二<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求一種烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，包括以下含量的組分有機磺酸錫鹽1～40g/L有機酸5～250g/L絡合劑5～300g/L還原劑20～150g/L表面活性劑0.5～50g/L抗氧化劑0.1～25g/L貴金屬鹽1～500mg/L光亮劑0.5～3g/L。2.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的有機磺酸錫鹽為甲烷磺酸亞錫、乙烷磺酸亞錫、丙烷磺酸亞錫、2-丙烷磺酸亞錫、羥基甲烷磺酸亞錫、2-羥基乙基-1-磺酸亞錫或2-羥基丁基-1-磺酸亞錫。3.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的有機酸為烷基磺酸或烷醇基磺酸。4.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的絡合劑為硫脲及其衍生物，或者是硫脲及其衍生物和有機羧酸的混合物。5.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的還原劑為次磷酸鈉、次磷酸鉀、次磷酸胺、有機硼烷、甲醛、聯氨、硼氫化鈉或胺基硼烷。6.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的表面活性劑為聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯壬酚醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖酯、聚乙烯亞胺和聚乙二醇中的一種或幾種的混合物。7.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的抗氧化劑為抗壞血酸及其Na+或K+堿金屬鹽、鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚、甲酚磺酸及其Na+或K+堿金屬鹽、苯酚磺酸及其Na+或K+堿金屬鹽、連苯三酚和均苯三酸中的一種或幾種的混合物。8.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的貴金屬鹽為銀、鉍、鎳、鋯或銅的烷基磺酸鹽或烷醇基磺酸鹽。9.根據權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液，其特征是，所述的光亮劑為吡啶衍生物或炔醇類化合物。10.—種基于權利要求1所述的烷基磺酸化學鍍錫液的鍍錫工藝，其特征是，包括以下步驟1)將銅或銅合金待鍍工件進行預處理，預處理包括除油、酸洗、微蝕和預鍍；2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫，鍍錫操作時，化學鍍錫浴槽溫度為5065°C，鍍液pH值為1.02.5，時間為15-30min;3)鍍錫后進行中和和防變色處理。全文摘要本發明公開了一種烷基磺酸化學鍍錫液，其包括以下含量的組分有機磺酸錫鹽1～40g/L、有機酸5～250g/L、絡合劑5～300g/L、還原劑20～150g/L、表面活性劑0.5～50g/L、抗氧化劑0.1～25g/L、貴金屬鹽1～500mg/L、光亮劑0.5～3g/L。本發明還公開了一種基于上述烷基磺酸化學鍍錫液的鍍錫工藝，包括以下步驟1)將銅或銅合金待鍍工件進行預處理；2)將經預處理的銅或銅合金工件放入烷基磺酸化學鍍錫液中進行鍍錫；3)鍍錫后進行中和和防變色處理。本發明采用預浸、化學鍍兩步法在銅及其銅合金基體上沉積厚度達2.0μm的錫層，適用于印制電路板(PCB板)及集成電路等化學鍍錫工藝過程，具有良好可焊性，較強的抗須晶生長能力，成本低，工藝穩定等優點。文檔編號C23C18/52GK101705482SQ20091019399公開日2010年5月12日申請日期2009年11月19日優先權日2009年11月19日發明者韓文生,顧宇昕申請人:廣州電器科學研究院