專利名稱：浸鍍錫工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改良的浸鍍錫工藝，特別是指一種改善浸鍍錫時(shí)所產(chǎn)生的錫金屬層分布不均勻現(xiàn)象及減少有機(jī)添加劑的用量的浸鍍錫工藝。
背景技術(shù)：
浸鍍錫被廣泛地用來(lái)在物品的表面上形成錫金屬層，例如被應(yīng)用在印刷電路板(PCB)或連接器的表面鍍錫，以及其它電子或非電子的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的浸鍍錫技術(shù)發(fā)展幾乎都專注在藥液或配方的改良上，但往往會(huì)帶來(lái)污染或其它副作用。
圖1為傳統(tǒng)應(yīng)用于PCB的浸鍍錫工藝圖，其中前段表面處理程序10的主要目的在于潔凈PCB的表面，包括步驟12為脫脂，以洗去PCB表面的油脂，其操作溫度為30-80℃，步驟14為水洗，是用清水清洗PCB的表面，步驟16為微蝕，以去除PCB的銅表面上的氧化物，使銅面更為干凈，其操作溫度為20-50℃，步驟18為水洗，再用清水清洗PCB的表面。接著，步驟20為預(yù)浸，目的是活化PCB的銅面，同時(shí)防止在前段表面處理程序10所使用的藥液被帶入浸鍍錫主槽內(nèi)而污染錫浸鍍液，預(yù)浸20所使用的溶液不含錫，其操作溫度在20-70℃之間。步驟22為浸鍍錫，將預(yù)浸后的PCB放入浸鍍錫主槽，以便在PCB上浸鍍錫金屬，其操作溫度在40-80℃之間，優(yōu)選為50-70℃。最后，在步驟24中以溫水清洗PCB后再以純水清洗一次，即完成浸鍍錫工藝。其中，步驟22的錫浸鍍液配方包括甲基磺酸錫(Stannous methanesulfonate)約1-150g/L、硫尿(Thiourea)約1-150g/L、甲基磺酸(Methanesulfonic acid)約1-300ml/L、以及抗氧化劑(Antioxidant)0.1-110g/L，優(yōu)選地，甲基磺酸錫為20-120g/L、硫尿?yàn)?0-120g/L、甲基磺酸約50-200ml/L、以及抗氧化劑為1-100g/L。
在傳統(tǒng)的浸鍍錫工藝中，通常在錫浸鍍液內(nèi)添加有機(jī)物作為錫面整平劑或界面活性劑以抑制錫金屬成長(zhǎng)速率，進(jìn)而獲得平整的錫面，若不添加有機(jī)添加劑，則因?yàn)殄a的沉積速率過(guò)于激烈，將使得沉積的錫層的晶粒較大而且堆積松散不平整，因而錫面較灰暗且具有水紋(即，浸鍍不均勻的現(xiàn)象)出現(xiàn)，而且，有機(jī)添加劑會(huì)殘留在PCB上造成組件焊錫性變差及產(chǎn)生錫須(whisker)，再者，有機(jī)添加劑在浸鍍過(guò)程中逐漸消耗，所以難以控制其濃度，使得浸鍍液的管理更加困難。
因此，目前急需發(fā)展出一種可改善浸鍍錫時(shí)所產(chǎn)生的錫金屬層分布不均勻現(xiàn)象及減少有機(jī)添加劑的用量的浸鍍錫工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種減少或不需添加整平劑或界面活性劑等有機(jī)添加劑即可消除在浸鍍時(shí)所產(chǎn)生的錫金屬層分布不均勻現(xiàn)象的浸鍍錫工藝。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種改良的浸鍍錫工藝，其包括前段表面處理程序、狀態(tài)調(diào)節(jié)程序(conditioning)以及浸鍍錫程序。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其關(guān)鍵技術(shù)在于在所述浸鍍錫程序之前，先在待鍍表面上以較溫和的速率預(yù)鍍一均勻的錫薄層。
具體地說(shuō)，本發(fā)明所提供的以在待鍍物上形成錫金屬層的浸鍍錫工藝，包括下列步驟對(duì)待鍍物的待鍍表面施予前段表面處理程序；對(duì)所述待鍍表面施予狀態(tài)調(diào)節(jié)程序，該狀態(tài)調(diào)節(jié)程序包括一次或一次以上預(yù)鍍，使在該待鍍表面上預(yù)先形成均勻的錫薄層，所述一次或一次以上預(yù)鍍包括至少一次使用含有錫的溶液，該預(yù)鍍使用的溶液包括甲基磺酸錫0.1-120g/L、硫尿10-120g/L、甲基磺酸40-200ml/L、以及抗氧化劑0.5-100g/L；以及浸鍍錫程序；其中，所述預(yù)鍍的操作溫度不大于所述浸鍍錫程序的操作溫度，且所使用溶液的錫濃度不高于浸鍍錫程序使用溶液的錫濃度，所述均勻的錫薄層是以低于所述浸鍍錫程序中沉積錫的速率沉積而形成。
在本發(fā)明的浸鍍錫工藝中，由于所述預(yù)鍍錫的沉積速率較慢，所以沉積在所述表面上的錫的晶粒(grain)較小，且該錫薄層堆積致密且平整，因此，經(jīng)預(yù)鍍后的表面再經(jīng)浸鍍錫時(shí)，不僅可在浸鍍錫沉積后的表面獲得一均勻的錫金屬表面，而且對(duì)于添加于錫浸鍍液的界面活性劑或錫面整平劑等有機(jī)添加劑可因而減量，甚至到不需添加，從而使產(chǎn)品質(zhì)量較高。


圖1為傳統(tǒng)的浸鍍錫工藝示意圖；圖2為本發(fā)明的改良的浸鍍錫工藝示意圖；圖3顯示使用傳統(tǒng)浸鍍錫工藝于PCB表面所形成的錫層；圖4是利用電子顯微鏡觀察圖3中的錫層的微觀狀態(tài)示意圖；圖5顯示使用本發(fā)明的浸鍍錫工藝于PCB表面所形成的錫層；圖6是利用電子顯微鏡觀察圖5中的錫層的微觀狀態(tài)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明10前段表面處理程序12脫脂14水洗 16微蝕18水洗20預(yù)浸22浸鍍錫24溫水洗26狀態(tài)調(diào)節(jié)程序28預(yù)浸30預(yù)鍍 32浸鍍錫具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加明顯，使本發(fā)明的技術(shù)特征更易了解，現(xiàn)配合附圖并列舉一具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的浸鍍錫工藝示意圖，如同傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明的改良的浸鍍錫工藝也包括前段表面處理程序10，其含有脫脂12、水洗14、微蝕16、以及水洗18等步驟，在此不再重復(fù)詳細(xì)描述。在潔凈待鍍物(例如PCB)后，接著對(duì)待鍍面進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)程序26，在一優(yōu)選實(shí)施例中，其含有預(yù)浸28及預(yù)鍍30兩個(gè)步驟，這兩個(gè)步驟可以在同一溶液中完成，或分別在各自的溶液中完成。同樣地，預(yù)浸28的目的是為活化PCB的銅面，同時(shí)防止在前段表面處理程序10所使用的藥液帶入浸鍍錫主槽內(nèi)而污染浸鍍錫鍍液，其操作溫度也在20-70℃之間，不過(guò)，在此預(yù)浸28中所使用的溶液可以含錫，也可以不含錫。接著，預(yù)鍍30所使用的溶液可以使用與后續(xù)的浸鍍錫程序32所使用的溶液相同或不相同的配方，但是在狀態(tài)調(diào)節(jié)程序26時(shí)所使用的溶液中錫的濃度低于浸鍍錫程序32所使用的溶液中錫的濃度，例如，浸鍍錫程序32所使用的配方包括甲基磺酸錫約1-150g/L、硫尿約1-150g/L、甲基磺酸約1-300ml/L、以及抗氧化劑0.1-110g/L，優(yōu)選地，甲基磺酸錫為20-120g/L、硫尿?yàn)?0-120g/L、甲基磺酸為50-200ml/L、以及抗氧化劑為1-100g/L，而預(yù)鍍30所使用的配方包括甲基磺酸錫為0.1-120g/L、硫尿?yàn)?0-120g/L、甲基磺酸為40-200ml/L、以及抗氧化劑為0.5-100g/L。而且預(yù)鍍30的操作溫度也低于浸鍍錫程序32的操作溫度，例如，浸鍍錫程序32的操作溫度在室溫至80℃之間，優(yōu)選為50-70℃，而預(yù)鍍30的操作溫度約為室溫至55℃。同樣地，在浸鍍錫程序32后，也包括溫水洗步驟24。
預(yù)鍍30的目的在于以較溫和的速率在PCB的表面上沉積一均勻的錫金屬薄層。由于其沉積速率較慢，所以沉積在PCB表面上的錫晶粒較小，而且堆積致密且平整，因此，經(jīng)預(yù)鍍30后的PCB在浸鍍錫32時(shí)，不僅可在PCB的表面上沉積一均勻的錫金屬表面，使得鍍錫面沒(méi)有水紋出現(xiàn)，而且，由于錫浸鍍液可以減少甚至不需添加界面活性劑或錫面整平劑等有機(jī)添加劑，所以具有提高錫層純度及抑制錫須成長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，此外，由于減少或不需添加界面活性劑或錫面整平劑等有機(jī)添加劑，使得錫浸鍍液的組成更簡(jiǎn)單，因此，錫浸鍍的管理也更容易。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以輕易了解，浸鍍錫的配方或工藝有許多選擇及變化，而本發(fā)明的主要特點(diǎn)是在進(jìn)行浸鍍錫之前，先行預(yù)鍍一均勻的錫薄層，使得后續(xù)的浸鍍錫得到良好的品質(zhì)，因此，雖然上述實(shí)施例被設(shè)計(jì)為容易了解的方式以提供例示，然而，不論采用相同或其它的浸鍍錫工藝及配方，只要在進(jìn)行浸鍍錫之前，先行預(yù)鍍一均勻的錫薄層，仍未脫離本發(fā)明的精神。
為顯示本發(fā)明的效果，還提供了PCB試片的浸鍍錫成果的微觀圖片，使用的藥液及操作溫度與前述的內(nèi)容相同。圖3是使用傳統(tǒng)的浸鍍錫工藝，其表面出現(xiàn)不均勻的水紋現(xiàn)象；圖4是利用電子顯微鏡觀察圖3的錫層的微觀狀態(tài)顯示其晶粒較粗糙；圖5是使用本發(fā)明的結(jié)果，其表面均勻且平整；圖6是利用電子顯微鏡觀察圖5的錫層的微觀狀態(tài)，與圖4比較可清楚發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明浸鍍錫工藝所形成的晶粒較細(xì)致。從圖3至圖6的實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，證明本發(fā)明在功效上遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)。
以上對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所作的敘述僅為闡明的目的，而無(wú)意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的，實(shí)施例是為解說(shuō)本發(fā)明的原理以及讓熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種浸鍍錫工藝，在待鍍物上形成錫金屬層，該工藝包括下列步驟對(duì)待鍍物的待鍍表面施予前段表面處理程序；對(duì)所述待鍍表面施予狀態(tài)調(diào)節(jié)程序，該狀態(tài)調(diào)節(jié)程序包括一次或一次以上預(yù)鍍，使在該待鍍表面上預(yù)先形成均勻的錫薄層，所述一次或一次以上預(yù)鍍包括至少一次使用含有錫的溶液，該預(yù)鍍使用的溶液包括甲基磺酸錫0.1-120g/L、硫尿10-120g/L、甲基磺酸40-200ml/L、以及抗氧化劑0.5-100g/L；以及浸鍍錫程序；其中，所述預(yù)鍍的操作溫度不高于所述浸鍍錫程序的操作溫度，且所使用溶液的錫濃度不高于浸鍍錫程序使用溶液的錫濃度，所述均勻的錫薄層是以低于所述浸鍍錫程序中沉積錫的速率沉積而形成。
2.如權(quán)利要求1所述的浸鍍錫工藝，其中所述前段表面處理程序包括下列步驟對(duì)所述待鍍表面施予脫脂；水洗所述待鍍表面；微蝕所述待鍍表面；以及水洗所述待鍍表面。
3.如權(quán)利要求2所述的浸鍍錫工藝，其中所述脫脂是在30-80℃下實(shí)施。
4.如權(quán)利要求2所述的浸鍍錫工藝，其中所述微蝕是在20-50℃下實(shí)施。
5.如權(quán)利要求2所述的浸鍍錫工藝，其中所述微蝕包括去除所述待鍍表面的氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的浸鍍錫工藝，其中所述狀態(tài)調(diào)節(jié)程序更包括一次或一次以上預(yù)浸所述待鍍表面。
7.如權(quán)利要求6所述的浸鍍錫工藝，其中所述預(yù)浸與預(yù)鍍使用同一溶液。
8.如權(quán)利要求6所述的浸鍍錫工藝，其中所述預(yù)浸是在20-70℃下實(shí)施。
9.如權(quán)利要求6所述的浸鍍錫工藝，其中所述預(yù)浸使用含有錫的溶液。
10.如權(quán)利要求6所述的浸鍍錫工藝，其中所述預(yù)浸使用不含錫的溶液。
11.如權(quán)利要求1所述的浸鍍錫工藝，其中所述浸鍍錫程序使用的溶液包括甲基磺酸錫1-150g/L、硫尿1-150g/L、甲基磺酸1-300ml/L、以及抗氧化劑0.1-110g/L。
12.如權(quán)利要求11所述的浸鍍錫工藝，其中所述浸鍍錫程序使用的溶液包括甲基磺酸錫20-120g/L、硫尿20-120g/L、甲基磺酸50-200ml/L、以及抗氧化劑1-100g/L。
13.如權(quán)利要求1所述的浸鍍錫工藝，其中所述預(yù)鍍的操作溫度為室溫至55℃。
14.如權(quán)利要求13所述的浸鍍錫工藝，其中所述浸鍍錫程序的操作溫度為室溫至80℃。
15.如權(quán)利要求14所述的浸鍍錫工藝，其中所述浸鍍錫程序的操作溫度為50-70℃。
16.如權(quán)利要求1所述的浸鍍錫工藝，在所述浸鍍錫程序后更包括下列步驟以溫水清洗所述待鍍物；以及以純水清洗所述待鍍物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改良的浸鍍錫工藝，其是在浸鍍錫之前增加一預(yù)鍍步驟，以較溫和的速率在一待鍍表面上沉積一均勻的錫薄層，再進(jìn)入主槽中浸鍍錫。由于所述預(yù)鍍的沉積速率較慢，所以沉積在所述表面上的錫的晶粒較小，而且該錫薄層堆積致密且平整，因此，經(jīng)預(yù)鍍后的表面再經(jīng)浸鍍錫時(shí)，不僅可在浸鍍錫沉積后的表面獲得一均勻的錫金屬表面而且對(duì)于添加于錫浸鍍液的界面活性劑或錫面整平劑等有機(jī)添加劑可因而減量，甚至到不需添加。
文檔編號(hào)C23C2/08GK1704499SQ20041003839
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者張盛謙 申請(qǐng)人:國(guó)芳電子股份有限公司