TW201425568A - 感光防焊劑前處理用脫脂劑及應用其之脫脂方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種感光防焊劑前處理用脫脂劑，其除了不會降低印刷基板與感光防焊劑(Photo Solder Resist，PSR)油墨之接合性以外，並因具有優良的洗淨力而可以顯著地減少露銅缺陷、防焊劑(Solder Resist，SR)雜質缺陷及現有的硫酸使用量，且能夠對印刷基板進行脫脂、對環境友善。本發明之感光防焊劑前處理用脫脂劑係包括二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑及水。

Description

感光防焊劑前處理用脫脂劑及應用其之脫脂方法
本發明係關於感光防焊劑(Photo Solder Resist， PSR)前處理用脫脂劑及應用其之脫脂方法。在本說明書中，用語「防焊劑(Solder Resist，SR)」與感光防焊劑實質上為相同的意思，而在以下不特別加以區分使用。
印刷基板，特別是製造晶片貼板(Board On Chip，BOC)封裝時經常使用感光防焊劑。使用感光防焊劑的目的係防止電路圖案之間的短路(short)，並支持銲珠(solder ball)。在銲料膠(solder paste)使導線架附著在基板之情形下，導線架(lead frame)型感光防焊劑係扮演用以防止電路圖案間的短路之絕緣角色，而球閘陣列封裝(Ball Grid Array，BGA)型感光防焊劑則扮演能將銲珠附著在基板上的位置之角色，以及在回焊(reflow)時擔任防止相鄰的銲珠與銲料膠所引起的短路之角色。
然而，在印刷基板上形成感光防焊劑時，會持續 地發生由膠帶的糊或乾膜(Dry film，D/F)等的丙烯酸酯系雜質 所造成之防焊劑雜質缺陷(亦即，因雜質致使防焊劑未良好地附著或被形成於印刷基板之現象)。此外，在防焊劑外觀缺陷之中，也顯示出因防焊劑雜質所造成的缺陷最常發生。採集防焊劑雜質缺陷的試料來進行成分分析的結果，分析認為是由於糊性雜質所引起的外觀缺陷。雜質之產生主要是在感光防焊劑步驟前，於電路顯影蝕刻剝離(DES)步驟及/或電路形成(AOI)檢查步驟之時，自無塵膠帶、清潔墊(Clean Pad)、膠帶(Adhesive Tape)等轉移而來之雜質所引起的。雜質成分分析的結果，丙烯酸酯成分之佔有率達50%以上。
此種丙烯酸酯成分，可在感光防焊劑前處理前的 外觀檢查時被確認，由於它在進行感光防焊劑前處理時沒有被去除，因而在防焊劑塗布時與油墨混合而產生露銅(亦即，銅電路圖案上，因雜質而金屬鍍敷未形成金屬鍍敷，以致銅露出而可以目視看見銅的現象)、或者產生防焊劑雜質等之缺陷。
為了去除此種丙烯酸酯成分，因而在現有的感光 防焊劑前處理時所使用之藥品皆使用硫酸及硫酸-過氧化氫等表面氧化去除型的，但是以硫酸系藥品無法去除丙烯酸酯成分等高黏著性雜質。另一方面，在專利文獻1中，雖然揭示了可以N-甲基吡咯啶酮及二甲基甲醯胺為主成分之組成物來去除丙烯酸類成分，但它不僅不是感光防焊劑前處理用的，而且也有使洗淨力變差的傾向。
因為以感光防焊劑前處理藥品進行感光防焊劑 前處理之藥品處理裝置，其長度為在約1公尺以內，且藥品處 理時間為不超過約20秒的水準，故要求開發出一種高反應性洗淨藥品。又，可適用於感光防焊劑前處理之鹼性洗淨藥品，由於是鹼性成分，因而不會降低印刷基板與感光防焊劑油墨的接合性。然而，現況為尚未開發出感光防焊劑前處理專用的鹼性藥品。
〔專利文獻1〕韓國公開專利第2006-0098100號說明書
因此，本案發明人成功開發出可解決上述問題之包按胺-醚(amine-ether)化合物之新穎的鹼系脫脂劑組成物，並基於它而完成本發明。
因此，本發明之目的係提供一種感光防焊劑前處理用脫脂劑，其除了不會降低印刷基板與感光防焊劑油墨之接合性以外，而且洗淨力優良，並可以顯著地減少露銅缺陷及防焊劑雜質缺陷。
本發明之其他的目的係提供一種印刷基板脫脂之方法，其為藉由使用前述感光防焊劑前處理用脫脂劑，藉以顯著減少現有的硫酸之使用量，並可對環境友善。
依據本發明之某一觀點，可提供一種包括二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑、及水之感光防焊劑前處理用脫脂劑(以下稱為「第1發明」)。
第1發明之特徵為：前述脫脂劑係包括10~70重量%的二醇醚、1~25重量%的醇胺、10~70重量%的胺系界面活性劑，而剩餘部分為水。
第1發明之特徵為：前述二醇醚係乙二醇 (Ethylene glycol)、聚乙二醇單丁基醚(polyethylene glycol monobutyl ether)、或聚乙二醇單甲基醚(polyethylene glycol monomethyl ether)。
第1發明之特徵為：前述醇胺係甲基二乙醇胺 (Methyldiethanolamine)、或單乙醇胺(monoethanolamine)。
第1發明之特徵為：前述胺系界面活性劑係以化 學式R-NH2表示(式中，R係碳數11~18的烷基)之非離子性界面活性劑。
第1發明之特徵為：前述脫脂劑係更進一步包括 在0.1~5重量%之範圍的抗氧化劑、消泡劑或它們的混合物。
依據本發明之另一觀點，提供一種使用感光防焊 劑前處理用脫脂劑之脫脂方法，其係包括：在形成感光防焊劑前，將包含有二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑及水之脫脂劑塗布在殘留有雜質之印刷基板的表面之步驟；以Al2O3粒對以前述脫脂劑處理過的印刷基板之表面進行噴砂研磨之步驟；及以硫酸來處理經前述噴砂研磨處理過之印刷基板的表面之步驟(以下稱為「第2發明」)。。
第2發明之特徵為：前述脫脂劑係包括10~70重量 %的二醇醚、1~25重量%的醇胺、10~70重量%的胺系界面活性劑，而剩餘部分為水。
第2發明之特徵為：前述二醇醚係乙二醇、聚乙 二醇單丁基醚、或聚乙二醇單甲基醚。
第2發明之特徵為：前述醇胺係甲基二乙醇胺、 或單乙醇胺。
第2發明之特徵為：前述胺系界面活性劑係以化 學式R-NH2表示(式中，R係碳數11~18的烷基)之非離子性界面活性劑。
第2發明之特徵為：前述脫脂劑係更進一步包括 在0.1~5重量%之範圍的抗氧化劑、消泡劑或它們的混合物。
第2發明之特徵為：於前述脫脂劑的塗布步驟為 以1~2kgf之壓力進行噴霧噴射歷10~40秒鐘。
本發明之感光防焊劑前處理用脫脂劑，除了不會降低印刷基板與感光防焊劑油墨之接合性以外，由於具有優良的洗淨力，因而具有可以顯著地減少露銅缺陷、防焊劑雜質缺陷及現有的硫酸之使用量，並且可以對環境友善地使印刷基板脫脂之效果。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧印刷基板
20‧‧‧電路圖案
第1圖為顯示使用本發明的脫脂劑來去除雜質(膠帶的糊等)之原理的示意圖。
第2圖為顯示使用本發明的脫脂劑之脫脂方法的示意圖。
第3圖為比較本發明的較佳實施例之脫脂劑與現有的脫脂劑之洗淨效果的相片。
在進一步具體說明本發明之前，首先確立以下之 原則，即使用於本說明書及申請專利範圍之用語或單詞並未 限定於通常上的與辭典上的意思，可以是為了以最佳方法來說明發明而適切地定義用語的概念之原則，而解釋上則需符合本發明之技術思想的意思與概念。因此，記載於本說明書的實施例之構成，不過是本發明的較佳例之一，並非用以表達本發明之全部的技術思想。因此，應理解到本案申請當時之時點，存在有能夠代替它們之各種的等價物及變形例。
以下，以讓本發明所屬技術領域中具有通常知識者能容易地實施本發明之方式，而詳細地說明本發明之較佳實施例。另外，在說明本發明時，對於有可能讓本發明之要旨不清楚之公知技術，則省略其詳細說明。
如前述般，在過去，為了去除印刷基板表面的氧化膜及油膜而使用硫酸，但是在丙烯酸酯及乾膜(D/F)等有黏著力的雜質之情形下，無法以硫酸去除之。丙烯酸酯及/或D/F等糊性雜質，完全不會與硫酸起反應。為了去除糊性雜質，則需要由離子化物質產生的中和反應、及界面活性劑的物理膨潤(swelling)反應。
下述反應式1及2為使用於一般的洗淨用浸漬線(Dipping Line)之脫脂劑的糊去除反應機構。脫脂劑的洗淨原理，其為如下述反應式1般之與切斷黏著劑成分的OH環之螯合反應相同的化學反應，或者是如下述反應式2般之由膨潤產生的物理脫附反應。又，此種洗淨力係與溫度及時間成比例(動能與溫度之定律、阿瑞尼斯定律)。
在使用如上述反應式1般的離子化反應性高之鈉離子(Na+)的化學反應之情形，因為是與黏著劑成分直接反應，所以去除效果優良。然而，由於因中和反應而產生固體結晶(水玻璃現象)，所以試驗結果為它不能適用於PCB的前處理線。在如前述反應式2般的一般界面活性劑型的脫脂劑之情形，由於在噴霧噴射時會產生過多的泡沫，因而不適合噴霧型的濕式線(wet-line)。
由於像這樣的2個問題，雖然於一般的浸漬線所使用的脫脂劑之脫脂效果是優良的，但卻不能夠適用於量產線。為了解決這些問題，首先應該要解決的課題為如下所述。
1)不產生結晶雜質-不適用需要金屬成分的離子 化物質。
2)高反應性要求-能克服短濕式線之限制的高反應性藥品。
3)不能產生泡沫-不適用界面活性劑，需要擔任同樣角色的替代物質。
4)須對防焊劑接合性沒有阻礙(風險)。
本發明中開發出了一種能夠滿足此種要求條件之感光防焊劑前處理專用胺-醚(amine-ether)成分之脫脂劑。 現有的具有胺-醚成分之脫脂及洗淨劑，不能夠使用來當做感光防焊劑前處理用。如前述般，現有的洗淨劑，因它會阻礙與感光防焊劑油墨間的接合可靠度，故要求具有完美的水溶性。此外，還要求不僅是在短時間內具有高雜質去除效果，而且要求在長時間使用時之藥品平衡不會崩壞，並且能維持持續之耐久性。
本發明之胺-醚化合物具有與界面活性劑相同之膨潤及剝離效果，並具有不產生泡沫的特性。參照第1圖，本發明之胺-醚化合物，胺-醚化合物的NH直接滲透並溶解於黏著劑成分，並藉由醚的膨潤效果，具有降低試片的邊界表面(感光防焊劑試片與糊)之糊性的效果。
本發明之感光防焊劑前處理用脫脂劑係包括二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑、及水。較佳者為前述脫脂劑係包括10~70重量%的二醇醚、1~25重量%的醇胺、10~70重量%的胺系界面活性劑，而剩餘部分為水。
本發明中，前述二醇醚係為了膨潤組成物及提升 滲透力而添加之物，舉例而言，例如，乙二醇、聚乙二醇單丁基醚、或聚乙二醇單甲基醚等，但非限定於此。而前述二醇醚的混合量，較佳為10~70重量%，在小於10重量%之情形下，洗淨力會有降低的傾向，而在大於70重量%之情形，則因前述二醇醚為易燃物質而會有腐蝕、可靠度等方面之問題。
前述醇胺，舉例而言，例如，甲基二乙醇胺或單乙醇胺等，但非限定於此。前述醇胺的混合量，較佳者為1~25重量%，在小於1重量%之情形下，洗淨力會降低，而在大於25重量%之情形下，則會有可靠度等方面之問題。
前述胺系界面活性劑，例如，可以是以化學式R-NH2所表示之非離子性界面活性劑，在上述式中，R係碳數11~18之烷基。前述胺系界面活性劑的混合量，較佳者為10~70重量%，在小於10重量%之情形下，組成物本身的混合性會降低，而在大於70重量%之情形，則會有洗淨力降低之傾向。
以前述胺系界面活性劑來去除環氧硬化物之洗淨機構係如下述反應式3般。參照反應式3，可知前述胺系界面活性劑的胺基，係經由切斷環氧硬化物的環氧基，藉以弱化環氧硬化物的黏著力並予以去除。
另一方面，本發明之脫脂劑組成物，在不損害本 發明之效果的範圍內，可以視需要而更進一步包括在0.1~5重量%之範圍內的抗氧化劑、消泡劑或彼等之混合物，因而可以發揮較佳的物性與機能。
依據本發明，可以水溶液狀態混合前述樹脂組成物來得到本發明之脫脂劑。參照第2圖來考察使用前述脫脂劑之印刷基板的感光防焊劑前處理步驟。首先，1)為了去除形成有銅電路圖案20之印刷基板10的氧化膜及其它的雜質，則以約1~2kgf之壓力，噴霧噴射本發明之脫脂劑來進行處理歷10~40秒鐘後，進行水洗並加以乾燥。2)為了去除前述基板表面的雜質，則進行噴砂研磨。前述噴砂研磨係以大小50~100μm之Al2O3粒，以約1~3kgf的壓力，進行物理性打撃20~50秒鐘後，進行水洗並加以乾燥。3)為了提升感光防焊劑的密合力，最後以約1~2kgf之壓力，噴霧噴射約10%的硫酸處理10~30秒鐘後，進行水洗並加以乾燥。
像這樣，以本發明之感光防焊劑前處理用脫脂劑進行脫脂處理過的印刷基板，除了與感光防焊劑油墨的接合性優良以外，還顯著地減少露銅缺陷及防焊劑雜質缺陷。
〔實施例〕
以下，藉由實施例及比較例而更進一步具體地說明本發明。但，本發明之範疇並非受限於這些實施例。
比較例1
於水中，添加10重量%的醇胺(Cas No.111-42-2)、及7重量%的胺系界面活性劑(Cas No.61790-85-0)並均勻混合，而製造成脫脂劑。
實施例1
於水中，添加15重量%的二醇醚(Cas No.111-46-6)、10重量%的醇胺(Cas No.111-42-2)、及25重量%的胺系界面活性劑(Cas No.61790-85-0)並均勻混合，而製造成本發明之脫脂劑。
讓糊任意地附著在銅板表面上，再使用硫酸、氫氧化鈉及本發明之脫脂劑，進行20秒及30秒間之浸漬試驗，再進一步地使用製程能力B/D進行無電解金屬鍍敷。其試驗結果示於第3圖及下述表1。第3圖中，A表示10%硫酸、B表示10%氫氧化鈉溶液、C表示比較例1之脫脂劑、D表示實施例1之脫脂劑。
由第3圖及表1可明白：於浸漬試驗時，確認有未能以10%硫酸溶液完全除去膠帶的糊之部分。在脫脂劑之情形下，顯示出30秒以前的洗淨效果，並可確認到完全去除之部分。而且，只有本發明之脫脂劑顯示出約20秒左右之100%糊去除力。
另一方面，使用製程能力B/D，投入前處理設備來進行噴霧試驗之結果，本發明之脫脂劑，顯示出高於硫酸50%以上的糊去除性能，且在應用於量產以前，於早期檢驗之試驗中，未產生鍍敷粗糙現象及防焊劑隆起(未產生發泡)。在 本發明的脫脂劑之情形，可確認在進行前處理以前被發現到的糊性雜質，在通過前處理後即已被去除之部分。
實施例2
將糊任意地附著在印刷基板之表面，並放置於感光防焊劑前處理藥品處理裝置之後，再以約2kgf之壓力噴霧噴射實施例1之脫脂劑進行約20秒鐘之處理後，進行水洗並加以乾燥。然後，用大小約50~100μm的Al2O3粒，以約2kgf的壓力，對前述基板進行物理性打擊約40秒鐘後，進行水洗並加以乾燥。然後，以約2kgf的壓力噴霧噴射約10%的硫酸進行約15秒鐘之處理後，進行水洗並加以乾燥。
其結果，可確認：形成糊性雜質之主因的丙烯酸酯、聚二甲硫醚(PDMS)成分被去除之部分。比較脫脂劑使用前、後的露銅缺陷率的結果，在使用脫脂劑後，由於除了比使用前改善了約40%(從3,080ppm變為1,820ppm)以外，而且因糊性雜質而產生的防焊劑雜質亦減少，故能夠確保信賴度。此外，也還可以確認：藉由將現有的硫酸處理變更為本發明之脫脂劑處理，可節省硫酸廢水處理費用之附加效果。
綜上所述，雖然本發明已以具體實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。
本發明之單純變形乃至變更，也皆是當然屬於本發明之領域中者；又，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧印刷基板
20‧‧‧電路圖案

Claims (13)

  1. 一種感光防焊劑前處理用脫脂劑，包括二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑及水。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感光防焊劑前處理用脫脂劑，其中前述脫脂劑包括10~70重量%的二醇醚、1~25重量%的醇胺、10~70重量%的胺系界面活性劑，而剩餘部分為水。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之感光防焊劑前處理用脫脂劑，其中前述二醇醚係乙二醇、聚乙二醇單丁基醚、或聚乙二醇單甲基醚。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之感光防焊劑前處理用脫脂劑，其中前述醇胺係甲基二乙醇胺或單乙醇胺。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感光防焊劑前處理用脫脂劑，其中前述胺系界面活性劑係以化學式R-NH2(式中，R為碳數11~18之烷基)所表示之非離子性界面活性劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之感光防焊劑前處理用脫脂劑，其中前述脫脂劑更進一步地含有0.1~5重量%之範圍內的抗氧化劑、消泡劑或此等之混合物。
  7. 一種應用感光防焊劑前處理用脫脂劑之脫脂方法，其係包括以下步驟：在形成感光防焊劑之前，將包含二醇醚、醇胺、胺系界面活性劑及水之脫脂劑塗布在殘留有雜質之印刷基板的表面之步驟；以Al2O3粒對經以前述脫脂劑處理過的印刷基板之表面進行噴砂研磨之步驟；及以硫酸來處理經以前述噴砂研磨處理過之印刷基板的表面之步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中前述脫脂劑係包括10~70重量%的二醇醚、1~25重量%的醇胺、10~70重量%的胺系界面活性劑，而剩餘部分為水。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中前述二醇醚係乙二醇、聚乙二醇單丁基醚、或聚乙二醇單甲基醚。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中前述醇胺係甲基二乙醇胺或單乙醇胺。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中前述胺系界面活性劑係以化學式R-NH2所表示(其中R為碳數11~18之烷基)之非離子性界面活性劑。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中前述脫脂劑更進一步含有在0.1~5重量%之範圍內的抗氧化劑、消泡劑或此等之混合物。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之脫脂方法，其中在前述脫脂劑的塗布步驟係以1~2kgf之壓力進行噴霧噴射歷10~40秒鐘。
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