精密电子线路PCB铜表面抗氧化工艺OSP配方研究(2)
铜是PCB大规模使用的导体材料。铜在潮湿、酸碱等环境下也容易被腐蚀。在PCB的制造过程中，由于裸露的铜表面与空气等介质接触极易氧化，从而影响其焊接、导电等性能。因此PCB铜表面的抗氧化处理，是PCB生产过程中的重要工序。传统的PCB表面铜抗氧化处理，大都采用HASL热风整平工艺，将铅覆盖于铜的表面，使之与空气等介质隔离，达到防止PCB铜表面氧化的目的[5-6]。但是随着科学技术的发展和环境保护的需要，2006年欧盟、日本和美国等国家制定法规，开始禁止在PCB的制造过程中使用铅[7]。为此这些PCB制造强国，在PCB的无铅化制造工艺与技术等方面进行了大量研究，取得了长远进展。近年来，我国也规划了相匹配的法规[8-9]，并在PCB制造过程的环保方面也有了积极的进步[10]。在PCB表面抗氧化处理过程中，除少量特种PCB的制造外，无铅热风整平代替了有铅的HASL，无铅的PCB表面抗氧化剂也得到了广泛应用。
我国从上世纪50年代末就开始单面印制电路板的研制，并形成了比较完整的研发、工程应用体系，有力地发展了我国科学技术。20世纪80年代以来，经过引进、吸收，我国的PCB生产技术水平得到了快速提高。迄今，我国已成为世界第一的制造大国，PCB产值占全球的25%。但是，我国在高精印制电路板的设计、制造工艺和设备、以及满足无铅化制造专用的PCB表面抗氧化剂等精细化学品的设计与制造水平等方面，还难以匹敌日韩美等国家，一些高端的制造检测设备、包括无铅焊膏和抗高温OSP等精细化学品还需大量进口。因此开展包括高精PCB设计、制造技术与设备、PCB表面抗氧化处理方法等关键技术的研究，自主掌握相关核心技术，对我国在成为PCB制造大国的同时，逐步发展成为PCB制造技术强国具有重要意义。
1.2 国内外研究进展
1.3 课题的研究目标及主要内容
1.3.1 课题的研究目标
PCB表面的抗氧化处理，是印制线路板封装过程中的最后工序，也是关键工序。PCB表面抗氧化处理的质量，可以决定PCB板的封装质量、成品率和PCB生产企业的效益。因此，历来受到世界各国的高度关注。
为此，本论文的研究目标是研制一种环保、可以耐多次峰温焊接、抗氧化时间长的PCB表面铜抗氧化处理方法。
1.3.2 研究的主要内容
基于苯并咪唑的OSP是目前应用最广泛的一种PCB抗氧化处理精细化学品。苯并咪唑很容易与铜离子络合形成致密的膜，与纯水存在较好亲和力，能较好地被有机酸、醇等溶解，所以，由其为成膜物质的OSP溶液稳定性好、使用简单方便，用于PCB处理抗氧化能力强、成本低。但是，苯并咪唑熔点低，其与铜形成的络合膜不能承受无铅焊接的多次峰温冲击。所以，本论文的主要研究内容如下：
1、基于苯并咪唑与铜络合抗氧化的原理，设计基于苯并咪唑OSP的基本配方。
2、通过实验分析苯并咪唑的溶解性能，优化OSP配方。
3、探索基于苯并咪唑OSP对PCB进行抗氧化处理的方法。研究OSP抗氧化处理的工艺，并对抗氧化性、耐温性、助焊性等性能进行测试分析。
2 PCB铜表面抗氧化剂配方的设计
20世纪90年代以来，在PCB制造过程开始逐步推广使用的OSP技术，是通过将裸铜印制电路板浸入含有唑类化合物的水溶液中，通过化学反应在铜表面形成极薄的厌水有机保护膜，防止其被氧化，有助焊功能。
2.1 Cu表面抗氧化的原理
由咪唑化合物为主成膜剂的OSP溶液中还含有机酸、水、助溶剂、铜离子以及其他添加剂。铜原子与四个咪唑环上的N形成配位键，构成稳定络合物，并以此为单位，不断延伸络合，铜原子与咪唑化合物分子不断络合，从而在裸铜表面形成有机铜配位聚合物膜[27]，如图2.1所示。咪唑化合物与二价铜离子在一定的条件下发生络合与交联反应[32]以及咪唑化合物的直连基团之间存在的氢键和范德华力，使得OSP溶液有选择地在PCB的焊垫与通孔的清洁铜面上形成一层络合物薄膜，这样就可以在焊接过程中保护铜不被氧化腐蚀。此外，薄膜具有一定微米级的厚度并且存在共轭结构，因此耐温性良好。
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