一種線路板和焊接組件的金屬鍍層表面防護封孔方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬表面防護技術領域，具體涉及一種線路板和焊接組件的金屬鍍層 表面防護封孔方法以及一種用于金屬鍍層表面防護封孔的處理液。
【背景技術】
[0002] 線路板和焊接組件的銅金屬面，在環境中容易受到腐蝕和氧化。目前，銅金屬常采 用鍍惰性金屬的工藝來增加其耐蝕性。一般來說，在線路板和焊接組件的制造中通常使用 的鍍惰性金屬工藝有下列幾種：鍍鎳/鍍金、鍍鎳/鍍鈀/鍍金、鍍鎳/鍍銀、鍍鎳/鍍鈀/ 鍍銀等。
[0003] 金/銀為惰性金屬，化學性能穩定，能有效抵抗大氣氣氛中有害物質（如H2S、SO2、 C02、N02、C02)的侵蝕，在惡劣環境中（如鹽霧、油霧、霉菌、潮濕的大氣和高溫條件等）也能 保存，不易腐蝕變色；同時金/銀電阻率低、易焊接，與銅、鎳、鈀等基體材料都有良好的附 著性。因此，金/銀被廣泛用作線路板和焊接組件的功能性鍍層。金/銀的鍍層必須連續 無微孔，表面不被氧化或腐蝕，才能有效地保護基底金屬。但在實際生產中，基體金屬的缺 陷，包括基體的準備過程和基體金屬的粗糙度，以及鍍層工藝過程中的不當行為均會引發 鍍層的結晶缺陷，主要表現為畸形結晶和鍍層微孔。這些結晶缺陷處的金屬晶體處于亞穩 態，容易成為外界腐蝕鍍層的起點；微孔里面較易殘留施鍍或浸的藥水或助劑等雜質，從而 導致嚴重的電化學腐蝕。因此，金/銀的鍍層很難表現出像金屬本身一致的高耐蝕性，所涉 及的產品也很難通過日益嚴苛的可靠性標準測試。常用的解決方法是增大惰性金屬層的厚 度，即采用厚金/銀工藝。因為隨厚度的增大，金屬層結晶晶核之間相互交錯，會堵塞微孔， 使孔隙率降低，從而減少金屬鍍層氧化腐蝕。但金/銀價格昂貴，加之近年來國際金/銀價 格不斷上漲，嚴重加劇了電子元器件企業的生產成本壓力。另外，厚金/銀工藝不能從根本 上解決由于結晶缺陷（特別是缺陷處殘留物）引起的鍍層氧化。因此，開發一種既可以使 線路板和焊接組件長期保持可焊性和可靠性，又可以節省金/銀鍍層用量的新技術或產品 刻不容緩。
[0004] 常用的金屬防護工藝包括發藍處理、涂層處理、磷化處理、封孔處理。（1)發藍處理 是將經過清洗的鋼在空氣、水蒸氣或含有Na0H、NaN03#氧化性介質中加熱至140°C左右，使 鋼表面生成一層致密的藍色或黑色氧化膜，以改善鋼的耐蝕性和外觀，這種工藝稱為發藍 處理。氧化膜有Fe3O4組成，厚度為0. 6~0. 8ym，結構致密、均勻，與金屬表面結合牢固， 可防大氣腐蝕。但是，線路板和焊接組件需要進行焊接加工，氧化膜是焊接加工中焊料潤濕 基材的最大阻力，顯然，發藍處理不適用于線路板或焊接組件的防護。（2)涂層處理是采用 將抵御外界化學腐蝕的聚合物高分子（即防護涂料）涂覆在金屬表面，依靠涂層對金屬進 行防護。但是，防護涂層同樣會影響線路板和焊劑組件的焊接加工，顯然，涂層處理也不適 用。（3)磷化處理，首先要進行金屬的磷化處理，S卩，將工件浸入磷酸鹽溶液中加熱，使其表 面獲得一層致密、不溶于水的灰黑色磷酸鹽薄膜。磷酸鹽薄膜（厚度5-15ym)與金屬基體 結合力很強，不易剝落，它對空氣、潤滑油、氣體燃料以及大部分氣體（除H2S)有良好的抗 蝕能力。但是，磷化處理產生含磷廢液，造成環境污染；且，磷酸鹽薄膜同樣是焊接加工中焊 料潤濕基材的阻礙物所以，磷化處理不適用于線路板或焊接組件的防護。（4)封孔處理常用 重鉻酸鉀對金屬表面進行鈍化，使之封閉金屬鍍層的針孔，防止空氣氧化。這是一種傳統的 行之有效的工藝，但是，這種封孔過程會產生含鉻廢液，造成環境污染，且由于其毒性問題， 已經被禁止使用在大部分工業制品中。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中金屬防腐加工工藝不利于線路板或焊接組件后續焊接加工使用 和容易造成環境污染的問題，本發明提出一種對后續焊接加工使用無影響的、環保的線路 板和焊接組件的金屬鍍層表面防護封孔的處理液以及使用方法。
[0006] 本發明的第一個方面是提供一種用于金屬鍍層表面防護封孔的處理液，其特征在 于，所述處理液包括預處理液和后處理液；按照質量百分比計，所述預處理液包括(^-(^的 端羥基烷基硫醇〇. 02-2%、非離子表面活性劑0. 01-5%和去離子水余量；所述后處理液為 硅烷化試劑。
[0007] 進一步地，所述金屬為金或銀。應當理解的是，所述處理液也可以適用于其他金屬 鍍層，如銅、鐵、鋅、鉬、鎳。
[0008] 進一步地，所述非離子表面活性劑的濁點為多50°C。
[0009] 更進一步地，所述非離子表面活性劑的濁點為50-80°C。
[0010] 更進一步地，所述非離子表面活性劑的HLB值為12-14。
[0011] 非離子表面活性劑可以是聚乙烯型，為環氧乙烷和含有活潑氫的化合物加成而 得，包括烷基酚聚氧乙烯醚（或酯）、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚（或酯）、聚丙二醇的環氧乙烷 加成物（酯）等。非離子表面活性劑可以是多元醇型，為乙二醇、甘油季戊四醇、失水山梨 醇和蔗糖等含有多個羥基的有機物與高級脂肪酸形成的酯，包括失水山梨醇酯、烷基醇酰 胺型等。
[0012] 進一步地，所述的硅烷化試劑為N，0-雙三甲基硅基三氟乙酰胺、N，0-雙三甲基硅 基乙酰胺、N-甲基-N-(叔丁基二甲硅烷基）三氟乙酰胺、N-甲基-N-(三甲基硅烷基）三 氟乙酰胺中的一種或多種。
[0013] 本發明的第二個方面是提供一種金屬鍍層表面防護封孔方法（即本發明第一個 方面所述的處理液的使用方法），用本發明第一個方面所述的處理液，按照下述步驟制備而 成：
[0014] 步驟1，將帶金屬鍍層的試件浸入預處理液進行預處理；
[0015] 步驟2,將預處理后的試件用去離子水清洗，干燥；
[0016] 步驟3,將干燥后的試件浸入硅烷化試劑中進行后處理。
[0017] 進一步地，步驟1中，預處理液的溫度為30-70°C，預處理時間為l-10min。
[0018] 進一步地，步驟2中，去離子水清洗溫度為30_50°C，清洗時間為10s-60s。
[0019] 進一步地，步驟3中，硅烷化試劑后處理溫度為30-70°C，后處理時間為l-10min。
[0020] 本發明采用一種端羥基烷基硫醇，中文同義詞端巰基烷基醇，分子式HO-(R) n-SH(n= 2-11)，將端羥基烷基硫醇和非離子表面活性劑配制成水溶液，對線路板和焊接組 件的金屬表面鍍層進行處理。硫醇中的巰基（-SH)對金屬鍍層中結晶缺陷處的亞穩態金屬 晶體進行自組裝，自組裝后的端羥基烷基硫醇將亞穩態金屬晶體和外界腐蝕作用隔絕，起 到緩蝕的作用；同時，預處理液中的非離子表面活性劑，對微孔里面殘留的施鍍藥水或助劑 等雜質起到乳化、分散、助溶等作用，使雜質被有效清洗去除，防止發生電化學腐蝕；另外， 通過硅烷化試劑和端羥基烷基硫醇的羥基發生反應，在金/銀鍍層的孔隙中形成強疏水性 的硅烷硫醇烷基膜，進一步加強了封孔的耐腐蝕效果。這種硅烷硫醇烷基膜，可在焊接溫度 的作用下發生分解而破壞，不影響線路板和焊接組件的后續焊接加工的使用。該封孔處理 液，使用環境保護法規無限制的環保原料，所用端羥基烷基硫醇水溶液中的活性成分濃度 低，生產所造成的廢液經簡單過濾處理即可達到直接排放的要求。
[0021] 本發明防護的金屬鍍層對象主要是：對線路板和焊接組件的表面金屬有實際使用 價值的惰性金屬（即金/銀）鍍層。根據本發明所述作用機理和現有的研究文獻表明：本 發明處理液也可以適用于其他金屬鍍層，如銅、鐵、鋅、鉑、鎳。
【具體實施方式】
[0022] 針對現有技術中金屬防腐加工工藝不利于線路板或焊接組件后續焊接加工使用 和容易造成環境污染的問題，本發明提出一種對后續焊接加工使用無影響的、環保的線路 板和焊接組件的金屬鍍層表面防護封孔的處理液以及方法。所述處理液包括預處理液和后 處理液；按照質量百分比計，所述預處理液包括C2-C11的端羥基烷基硫醇0. 02-2%、非離子 表面活性劑0. 01-5%和去離子水余量；所述后處理液為硅烷化試劑。使用時，將帶金屬鍍 層的試件浸入預處理液進行預處理；將預處理后的試件用去離子水清洗，干燥；將干燥后 的試件浸入硅烷化試劑中進行后處理。
[0023] 烷基硫醇的巰基可以和金屬、金屬氧化物之間發生化學吸附，形成-SMe(Me指金 屬）和穩定有序的自組裝單分子薄膜。但是，烷基硫醇在金屬表面所形成單分子薄膜，只能 起到緩蝕的作用，長期耐腐蝕性不強，容易受到環境因素影響而破壞。本發明采用端羥基烷 基硫醇，在后續處理加入硅烷化試劑處理，有效地提高了烷基硫醇分子薄膜的耐腐蝕性。
[0024] 本發明采用硅烷化試劑，將硅烷基引入到端羥基烷基硫醇中，取代端羥基的活性 氫，活性氫被硅烷基取代后降低了整個化合物的極性，提高疏水性和穩定性，從而提高了耐 腐蝕性能。本發明中硅烷化試劑優選為為N，0-雙三甲基硅基三氟乙酰胺、N，0-雙三甲基 硅基乙酰胺、N-甲基叔丁基二甲基硅基三氟乙酰胺、N-甲基三甲基硅基三氟乙酰胺中的一 種或多種。
[0025] 本發明采用非離子表面活性劑，相比其他離子型或兩性型表面活性劑，就可溶化 性或分散性，溶解度，成本因素考慮，更加適用于封孔處理；此外，微孔里殘留施鍍的藥水或 助劑，大多含有金屬離子，容易和離子型和兩性型表面活性劑反應，導致活性劑失效，所以 非離子表面活性劑最合適。非離子表面活性劑可以是聚乙烯型，為環氧乙烷和含有活潑氫 的化合物加成而得，包括烷基酚聚氧乙烯醚（或酯）、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚（或酯）、聚丙 二醇的環氧乙烷加成物（酯）等。非離子表面活性劑可以是多元醇型，為乙二醇、甘油季戊 四醇、失水山梨醇和蔗糖等含有多個羥基的有機物與高級脂肪酸形成的酯，包括失水山梨 醇酯、烷基醇酰胺型等。根據可溶性、分散性、潤濕性、成本等因素考慮，優選為烷基酚聚氧 乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0026] 此外，非離子表面活性劑的添加濃度，預處理液中大致采用質量分數0.01-5%。非 離子表面活性劑可使用一種或多種添加。為使上述的C2-C11的端羥基烷基硫醇在水溶液 中能夠均勻分散或溶解，非離子性表面活性劑優選HLB值為12-14,濁點多50°C(更優選為 50-80°C)。"HLB"值是"親水親油平衡"的意思，親水基團和親油基團的比值，采用0-20的 數值來表示，離〇越近親油性越高，離20越近親水性越高。另外