專利名稱：無氰浸金液及無氰浸金工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)鍍金的鍍液及鍍金工藝，尤其涉及一種印刷電路板的無氰浸金液及無氰浸金工藝。
背景技術(shù)：
在印制電路板(簡稱PCB)的制造工藝流程中，產(chǎn)品最終的表面可焊性處理，對最終產(chǎn)品的裝配和使用起著至關(guān)重要的作用。綜觀當(dāng)今國內(nèi)外，針對印制電路板最終表面可焊性涂覆表面處理的方式，主要包括以下幾種熱風(fēng)整平(有鉛、無鉛)、有機可焊性保護(hù)劑、化學(xué)沉鎳浸金、化學(xué)鍍銀、化學(xué)浸錫、化學(xué)沉鎳沉鈀浸金等。而隨著產(chǎn)品的無鉛化、高密度封裝技術(shù)的發(fā)展，對可焊性涂覆表面處理技術(shù)提出了更高的要求。這里的“表面”指的是PCB上為電子元器件或其他系統(tǒng)到PCB的電路之間提供電氣連接的連接點，如焊盤或接觸式連接的連接點。裸銅本身的可焊性很好，但是暴露在空氣中很容易氧化，而且容易受到污染。這也是PCB必須要進(jìn)行表面涂覆處理的原因。PCB制造的最終涂層工藝在近年來已經(jīng)經(jīng)歷重要變化。這些變化是對克服熱風(fēng)整平(hot air solder leveling, HASL)局限的不斷需求和HASL替代方法越來越多的結(jié)果。 最終涂層是用來保護(hù)電路銅箔的表面。銅是焊接元件的很好表面，但容易氧化，任何暴露的銅都將很快形成不可焊接的氧化銅，氧化銅阻礙焊錫的潤濕。由于金不會氧化，本可以使用金來覆蓋銅，但金與銅會迅速相互擴散滲透，從而影響焊接性能?？朔鹋c銅相互滲透的一個方法是使用鎳的“障礙層”，它可以防止金與銅之間的轉(zhuǎn)移，并為元件的裝配提供一個耐久的、導(dǎo)電性表面。因此，在銅面上進(jìn)行化學(xué)鍍鎳金(ENIG)作為表面涂覆層得到了廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍金可大致分為置換型和還原型兩大類。采用置換型時，被鍍表面全部被金覆蓋后，還原反應(yīng)即告停止，厚度也難以再增加，即化學(xué)鍍薄金工藝，又稱浸金，它直接沉積在化學(xué)鎳的基體上；而采用還原型時，析出厚度較厚，即化學(xué)鍍厚金工藝。目前，浸金所用的金鹽多為含氰的氰化金鉀，由于含氰的體系在浸金時，鍍液穩(wěn)定，生產(chǎn)過程易于控制，并且鍍層性能及外觀均優(yōu)于無氰體系，因此，盡管氰化金鉀是劇毒產(chǎn)品，廢棄鍍液難于處理，但其仍然得到廣泛應(yīng)用，是目前化學(xué)鍍金的主流技術(shù)。氰化物鍍金具有鍍液穩(wěn)定、鍍層性能優(yōu)異等優(yōu)點，是目前使用歷史最早、應(yīng)用最廣泛的鍍金技術(shù)。然而，氰化物鍍金液中含有劇毒氰化物，影響操作人員安全，產(chǎn)生環(huán)境污染。從科學(xué)發(fā)展的角度來看，氰化金鉀產(chǎn)品已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢，也不符合安全發(fā)展、綠色發(fā)展、和諧發(fā)展的理念。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，無氰化學(xué)鍍金已成為趨勢。無氰化學(xué)鍍金具有操作安全，與環(huán)境友好，工藝操作簡單，鍍層厚度均勻等性能， 從而在印刷線路板等微電子行業(yè)中得到應(yīng)用。以亞硫酸鹽與硫代硫酸鹽為復(fù)合配位劑的化學(xué)鍍金體系較為常見，但存在體系不穩(wěn)定，反應(yīng)溫度高，外觀色澤不佳等問題，因此，目前無氰化學(xué)鍍金還不能完全取代氰化物鍍金。正是基于上述存在的問題，開展了本發(fā)明的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無氰浸金液及無氰浸金工藝，滿足制品生產(chǎn)過程中浸金操作的安全性以及環(huán)境友好性的需求，迎合電子產(chǎn)品未來的技術(shù)發(fā)展趨勢。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種無氰浸金液，包含以下各組分及各組分含量為檸檬酸金鉀，以Au的含量計算為0. l_3g/L，絡(luò)合劑，l-200g/L，穩(wěn)定劑，0.01 5000mg/L，其余為去離子水，所述絡(luò)合劑為羥基羧酸、脂肪族羧酸、有機膦酸的一種或幾種的組合，所述穩(wěn)定劑為含鉛無機鹽、含硫有機物、胺類有機物的一種或幾種的組合。本發(fā)明無氰浸金液的優(yōu)選方案，所述各組分的含量為檸檬酸金鉀，以Au的含量計算為0. 3_2g/L，絡(luò)合劑，20_100g/L，穩(wěn)定劑，0.l-2000mg/L，其余為去離子水。其中，所述羥基羧酸為乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、檸檬酸、葡萄糖酸的一種或幾種。其中，所述脂肪族羧酸為丁二酸、己二酸、乙酸、丙酸、草酸的一種或幾種。其中，所述有機膦酸為甲叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸、1-羥基乙叉-1，1-二膦酸、 乙二胺四甲叉膦酸的一種或幾種。其中，所述含鉛無機鹽為乙酸鉛。其中，所述含硫有機物為2-巰基苯并噻唑。其中，所述胺類有機物為乙二胺四乙酸、三乙醇胺的一種或幾種。上述無氰浸金液的無氰浸金工藝為浸金時，浸金液的溫度為60-95°C，浸金液的PH為4_6，浸金時間為4-12min。本發(fā)明無氰浸金工藝的優(yōu)選方案為浸金時，浸金液的溫度為70-85°C，浸金液的PH為4. 5-5. 5，浸金時間為6-lOmin。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是本發(fā)明無氰浸金液及無氰浸金工藝，實現(xiàn)了各類制品，尤其是印刷電路板的無氰化鍍金，可在鍍件基體表面形成附著性良好、厚度小且分布均勻的浸金鍍層，由于不使用氰鹽類物質(zhì)，安全無公害，成本低，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
具體實施例方式本發(fā)明無氰浸金液使用不含氰的水溶性金化合物檸檬酸金鉀作為浸金液的金源， 在使用過程中因消耗要不斷補充。浸金液中金離子濃度為0. l-3g/L，最好為0.3-2g/L。如果金離子濃度低于0. lg/L，就難以在鍍件基體表面鍍覆附著性良好的浸金鍍層。浸金液中加入絡(luò)合劑旨在與置換反應(yīng)時溶于浸金液中的金屬成分形成絡(luò)合物，用于維持浸金液沉積速度，穩(wěn)定浸金液，還可以起到緩沖劑的作用，抑制浸金液PH值的變化，同時改善金層的外觀色澤。根據(jù)鍍件基體與浸金液的要求選用適宜的絡(luò)合劑，比如在含鎳 (Ni)的鍍件基體上浸金時最好使用與鎳(Ni)形成絡(luò)合物的絡(luò)合劑。本發(fā)明無氰浸金液使用的絡(luò)合劑包括羥基羧酸如乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、檸檬酸、葡萄糖酸及其鹽等；脂肪族羧酸如丁二酸、己二酸、乙酸、丙酸、草酸及其鹽等；有機膦酸如甲叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸(ATMP)U-羥基乙叉-1，1-二膦酸(HEDP)和乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)等。它們可以單獨或者混合使用。絡(luò)合劑濃度為l_200g/L，最好為20-100g/ L0浸金液中加入少量穩(wěn)定劑旨在保持金離子及浸金液的穩(wěn)定性。本發(fā)明無氰浸金液使用的穩(wěn)定劑包括含鉛的無機鹽如乙酸鉛，含硫的有機物如 2-巰基苯并噻唑，胺類有機物如EDTA(乙二胺四乙酸)、三乙醇胺。它們可以單獨或者混合使用。穩(wěn)定劑濃度為0. 01 5000mg/L，最好為0. l_2000mg/L。本發(fā)明無氰浸金液的浸金工藝為浸金液的溫度為60_95°C，最好為70-85°C ；浸金液的PH為4-6，最好為4. 5-5. 5 ；浸金時間為4-12min，最好為6-lOmin。調(diào)整無氰浸金液的PH值的方法為降低pH值使用濃度為20 %的硫酸溶液，升高pH值使用濃度為10 % 的KOH溶液。適宜的鍍件基體應(yīng)該是電位比金低的，可以與金發(fā)生置換反應(yīng)的Ni、Ni合金、 Pd、Pd合金等金屬，它們包括化學(xué)鍍Ni-P合金(鎳磷合金)，電鍍Ni的印刷電路板等電子部件，尤其適用于在化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層上形成附著性良好的浸金鍍層。為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下提供具體實施例和對比例，并結(jié)合附表詳予說明。實施例中的無氰浸金工藝和對比例中的浸金工藝是在印刷電路板經(jīng)過化學(xué)鍍鎳后，在Ni-P基底上進(jìn)行浸金，Ni-P層的厚度工藝上控制為2-8 μ m,通常為3-5 μ m，P含量為 6-10% (重量比)。表1所示為以下實施例與對比例的鎳金鍍層的測試結(jié)果。實施例1，本發(fā)明無氰浸金液的各組分及含量為檸檬酸金鉀以Au的含量計算，2g/L，檸檬酸15g/L，乳酸20g/L，丁二酸鈉10g/L，EDTA :lg/L,其余為去離子水。無氰浸金工藝為浸金液溫度為80°C，浸金液pH為4. 70，浸金時間為lOmin。浸金工藝完畢，對實施例1的鎳金鍍層進(jìn)行測試。對比例1，氰化物浸金液的各組分及含量為氰化金鉀2g/L，檸檬酸15g/L，乳酸20g/L，丁二酸鈉10g/L，EDTA :lg/L,其余為去離子水。
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浸金工藝為浸金液溫度為80°C，浸金液pH為4. 70，浸金時間為lOmin。浸金工藝完畢，對對比例1的鎳金鍍層進(jìn)行測試。實施例2，本發(fā)明無氰浸金液的各組分及含量為檸檬酸金鉀2g/L，檸檬酸15g/L，乳酸20g/L，氨基三甲叉膦酸(ATMP) :10g/L,EDTA :lg/L,其余為去離子水。本發(fā)明無氰浸金工藝為浸金液溫度為601，浸金液？!1為4.70，浸金時間為 12min。浸金工藝完畢，對實施例2的鎳金鍍層進(jìn)行測試。對比例2，氰化物浸金液的各組分及含量為氰化金鉀2g/L，檸檬酸15g/L，乳酸20g/L，氨基三甲叉膦酸(ATMP) :10g/L,EDTA :lg/L,其余為去離子水。浸金工藝為浸金液溫度為60°C，浸金液pH為4. 70，浸金時間為12min。浸金工藝完畢，對對比例2的鎳金鍍層進(jìn)行測試。實施例3，本發(fā)明無氰浸金液的各組分及含量為檸檬酸金鉀2g/L，檸檬酸15g/L，丁二酸鈉20g/L，氨基三甲叉膦酸(ATMP) :10g/L,EDTA :lg/L,Pb2+ :lmg/L,其余為去離子水。本發(fā)明無氰浸金工藝為浸金液溫度為95°C，浸金液pH為6，浸金時間為％iin。浸金工藝完畢，對實施例3的鎳金鍍層進(jìn)行測試。對比例3，氰化物浸金液的各組分及含量為氰化金鉀2g/L，檸檬酸15g/L，丁二酸鈉20g/L，氨基三甲叉膦酸(ATMP) :10g/L,EDTA :lg/L,Pb2+ :lmg/L,其余為去離子水。
浸金工藝為浸金液溫度為95°C，浸金液pH為6，浸金時間為％iin。浸金工藝完畢，對對比例3的鎳金鍍層進(jìn)行測試。表 權(quán)利要求
1.一種無氰浸金液，其特征在于包含以下組分 檸檬酸金鉀，以Au的含量計算為0. l"3g/L ；絡(luò)合劑，l_200g/L ； 穩(wěn)定劑，0. 01 5000mg/L ； 其余為去離子水；所述絡(luò)合劑為羥基羧酸、脂肪族羧酸、有機膦酸的一種或幾種的組合； 所述穩(wěn)定劑為含鉛無機鹽、含硫有機物、胺類有機物的一種或幾種的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無氰浸金液，其特征在于所述各組分的含量為 檸檬酸金鉀，以Au的含量計算為0. 3-2g/L ；絡(luò)合劑，20-100g/L ； 穩(wěn)定劑，0. l-2000mg/L ； 其余為去離子水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述羥基羧酸為乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、檸檬酸、葡萄糖酸的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述脂肪族羧酸為丁二酸、己二酸、乙酸、丙酸、草酸的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述有機膦酸為甲叉二膦酸、 氨基三甲叉膦酸、1-羥基乙叉-1，1-二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述含鉛無機鹽為乙酸鉛。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述含硫有機物為2-巰基苯并噻唑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液，其特征在于所述胺類有機物為乙二胺四乙酸、三乙醇胺的一種或幾種。
9.一種無氰浸金工藝，其特征在于浸金時，浸金液的溫度為60-95°C，浸金液的pH為4-6，浸金時間為4-12min，浸金液采用如權(quán)利要求1或2所述的無氰浸金液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無氰浸金工藝，其特征在于浸金時，浸金液的溫度為70-85°C，浸金液的pH為4. 5-5. 5，浸金時間為6-lOmin。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無氰浸金液及無氰浸金工藝。無氰浸金液包含以下各組分及各組分含量為檸檬酸金鉀，以Au的含量計算為0.1-3g/L，絡(luò)合劑1-200g/L，穩(wěn)定劑0.01～5000mg/L，所述絡(luò)合劑為羥基羧酸、脂肪族羧酸、有機膦酸的一種或幾種的組合，所述穩(wěn)定劑為含鉛無機鹽、含硫有機物、胺類有機物的一種或幾種的組合。無氰浸金工藝為浸金時，浸金液的溫度為60-95℃，浸金液的pH為4-6，浸金時間為4-12min。本發(fā)明無氰浸金液及無氰浸金工藝，實現(xiàn)了各類制品，尤其是印刷電路板的無氰化鍍金，可在鍍件基體表面形成附著性良好、厚度小且分布均勻的浸金鍍層，由于不使用氰鹽類物質(zhì)，安全無公害，成本低，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號C23C18/42GK102212805SQ20111012132
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者陳兵 申請人:深圳市精誠達(dá)電路有限公司