S-C合金电镀工艺及镀层性能研究8(1)4652.docx

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1、Sn-CCu合金金电镀工工艺及镀镀层性能能研究1 前言言 电子部部件上往往往要镀镀覆可焊焊性镀层层,以确确保良好好焊接。SSn和SSn-PPb合金金镀层具具有优良良的可焊焊性,已已经广泛泛地应用用于电子子工业领领域中。但但是Snn-Pbb合金镀镀层中含含有污染染环境的的铅,锡锡镀层容容易产生生导致电电路短路路的晶须须。 随着环环境管理理的加强强和焊接接品质的的提高,人们希希望使用用无铅焊焊料镀层层。现在在已经开开发了SSn-AAg合金金、Snn-Bii合金、SSn-IIn合金金和Snn-Znn合金等等无铅焊焊料镀层层,它们们存在的的问题有有:1)获得得Sn-Ag合合金镀层层的镀液液中含有有络合

2、能能力很强强的络合合剂,镀镀液管理理复杂而而困难,而且使使用价格格较高的的银,使使得镀层层成本较较高。2)铋的的质量分分数为110%以以上的SSn-BBi合金金镀层的的熔点为为13001660,难以确确保电子子部件之之间的可可靠焊接接。3)由于于Sn-In合合金镀层层的熔点点低于SSn-PPb合金金镀层的的熔点,降低了了焊接接接合时的的焊接强强度,铟铟的价格格也较贵贵。4)由于于Sn-Zn合合金镀层层容易氧氧化,因因而难以以在空气气中进行行可靠的的焊接。基基于上述述无铅焊焊料镀层层存在的的问题,人们开开发了另另外的SSn-CCu合金金镀层。SSn-CCu合金金镀层一一般应用用于装饰饰性镀层层或

3、者作作为Nii镀层的的代用镀镀层,它它的镀层层组成,晶粒尺尺寸,平平滑性和和杂质都都会影响响Sn-Cu合合金镀层层的可焊焊性。 此外,为了确确保焊接接可靠性性,要求求像Snn-Pbb合金镀镀层那样样,加热热处理以以后的可可焊性和和镀层外外观仍然然优良。本本文就加加热处理理以后仍仍然具有有优良可可焊性的的Sn-Cu合合金镀液液和电镀镀工艺加加以叙述述。2 工艺艺概述 研究发发现,SSn-CCu合金金镀层中中的杂质质碳含量量对镀层层可焊性性有着重重要的影影响。电电镀以后后的Snn-Cuu合金镀镀层中的的杂质碳碳几乎不不会存在在于镀层层表面上上,因而而不会影影响镀层层的可焊焊性。但但是如果果在室温温

4、下长期期保存或或者加热热处理以以后,由由于室温温下的扩扩散或者者由于加加热引起起的热扩扩散,碳碳就会浮浮出到镀镀层表面面上,显显著地影影响镀层层的可焊焊性。 研究结结果表明明,Snn-Cuu合金镀镀层中的的杂质碳碳的质量量分数为为0.33%以下下时,可可以显著著地提高高镀层的的可焊性性。 研究结结果还表表明,如如果以SSn-CCu合金金镀层取取代Snn-Pbb合金镀镀层,考考虑到电电子部件件之间的的焊接强强度或者者25003000的焊接接温度,Sn-Cu合合金镀层层中的铜铜质量分分数为00.1%2.5%,最好为为0.55%22.0%。如果果铜质量量分数低低于0.1%,就容易易发生锡锡的晶须须而

5、可能能导致短短路;如如果铜质质量分数数高于22.5%,镀层层熔点就就会超过过3000,难以进进行良好好焊接。 Sn-Cu合合金镀液液中含有有可溶性性锡盐和和铜盐、有有机酸、表表面活性性剂和防防氧化剂剂等组成成。 可溶性性锡盐有有甲烷磺磺酸锡、乙乙烷磺酸酸锡、丙丙烷磺酸酸锡、22-丙烷烷磺酸锡锡等烷基基磺酸锡锡盐和羟羟基甲烷烷磺酸锡锡、2-羟基乙乙基-11-磺酸酸锡、22-羟基基丁基-1-磺磺酸锡盐盐等烷醇醇基磺酸酸锡盐。它它们可以以单独或或者混合合使用。以以锡计的的质量浓浓度为551000g/L,最最好为110660g/L。 可溶性性铜盐有有甲烷磺磺酸铜、乙乙烷磺酸酸铜、丙丙烷磺酸酸铜、22-

6、丙烷烷磺酸铜铜等烷基基磺酸铜铜盐和羟羟基甲烷烷磺酸铜铜、2-羟基乙乙基-11-磺酸酸铜、22-羟基基丁基-1-磺磺酸铜等等烷醇基基磺酸铜铜盐。它它们可以以单独或或混合使使用。以以铜计的的质量浓浓度为00.011300g/LL,最好好为0.1110g/L,在在这一浓浓度范围围内可以以获得铜铜的质量量分数为为0.11%22.5%且最好好为0.5%1.00%的SSn-CCu合金金镀层。 镀液中中加入有有机酸旨旨在络合合镀液中中的锡盐盐和铜盐盐,并用用作镀液液的导电电性成分分,提高高镀液的的稳定性性和导电电性。适适宜的有有机酸有有甲烷磺磺酸、乙乙烷磺酸酸、丙烷烷磺酸、22-丙烷烷磺酸等等烷基磺磺酸和羟

7、羟基甲烷烷磺酸、22-羟基基乙基-1-磺磺酸、22-羟基基丁基-1-磺磺酸等烷烷醇基磺磺酸。它它们可以以单独或或者混合合使用。有有机酸质质量浓度度为3005000g/L,最最好为11002500g/LL。 镀液中中加入非非离子表表面活性性剂旨在在改善镀镀液性能能,有利利于获得得平滑的的Sn-Cu合合金镀层层。适宜宜的非离离子表面面活性剂剂有聚氧氧乙烯烷烷基芳基基醚、聚聚氧乙烯烯壬酚醚醚、聚氧氧乙烯烷烷基胺、聚聚氧乙烯烯山梨糖糖醇酯、聚聚乙烯亚亚胺等。它它们可以以单独或或者混合合使用。非非离子表表面活性性剂质量量浓度为为0.55500g/LL,最好好为110gg/L。 镀液中中加入防防氧化剂剂旨

8、在防防止镀液液中的二二价锡离离子氧化化成四价价锡离子子,保持持镀液和和合金镀镀层组成成的稳定定性。适适宜的防防氧化剂剂有抗坏坏血酸及及其Naa+、KK+等碱碱金属盐盐、邻苯苯二酚、间间苯二酚酚、对苯苯二酚、甲甲酚磺酸酸及其NNa+、KK+等碱碱金属盐盐,苯酚酚磺酸及及其Naa+、KK+等碱碱金属盐盐,连苯苯三酚,均苯三三酸等。它它们可以以单独或或者混合合使用。防防氧化剂剂质量浓浓度为00.125gg/L,最好为为0.55100g/LL。 镀液中中还加入入了葡萄萄糖酸、酒酒石酸、富富马酸等等有机羧羧酸作为为镀液稳稳定剂;加入了了苯甲酰酰丙酮、戊戊二醛、苯苯醛、邻邻氯苯醛醛、1-萘醛、三三聚乙醛醛

9、、2-巯基苯苯并噻唑唑等作为为光亮剂剂;或者者加入进进一步改改善镀液液和镀层层性能的的阳离子子、阴离离子,两两性等表表面活性性剂。 镀液温温度为110770,最好为为2050。阴极极电流密密度为00.11000A/ddm2,根据挂挂镀、滚滚镀和喷喷镀等电电镀方式式采用不不同的阴阴极电流流密度,例如挂挂镀的阴阴极电流流密度为为0.221AA/dmm2,滚滚镀时的的阴极电电流密度度为0.544A/ddm2,喷镀时时的阴极极电流密密度为330660A/dm22。 电镀阳阳极可以以采用锡锡或者SSn-CCu合金金等可溶溶性阳极极或者镀镀有铂或或者铑的的钛或者者钽等不不溶性阳阳极。适适宜于电电镀的有有I

10、C引引线架、连连接器、片片状电容容或片状状电阻等等电子部部件。SSn-CCu合金金镀层厚厚度为11300m。如如果镀层层厚度低低于1m,镀镀层的可可焊性容容易降低低;如果果镀层厚厚度高于于30m,镀镀层可焊焊性不会会有进一一步提高高而不经经济。3镀液液配方 Fe-Ni合合金(558% Fe,42%Ni)制双列列直插式式封装(D IIP, Duaal IInliine Pacckagge)224针(厚度00.255mm)引线架架,依次次经过碱碱性脱脂脂、水洗洗、碱性性电解脱脱脂、水水洗、110%HH2SOO4浸渍渍、水洗洗等镀前前处理,然后置置于表11的例114和和例79,镀镀液中电电镀Snn-

11、Cuu合金镀镀层。镀镀有2m厚度度镀镍层层的1995铜制制DIPP24针针引线架架,经过过上述相相同的镀镀前处理理以后置置于表11的例445镀镀液中电电镀Snn-Cuu合金镀镀层。 镀层性性能评估估 为了评评估从例例199镀液中中获得的的Sn-Cu合合金镀层层的可焊焊性,把把镀有SSn-CCu合金金镀层的的引线架架置于1150的热风风炉中加加热处理理1688h,然然后切取取5mmm长度的的引线架架外引线线部分,作为可可焊性评评估用的的试样。采采用质量量分数为为95.8%SSn、33.5%Ag和和0.77%Cuu的Snn-Agg-Cuu合金焊焊料,熔熔融以后后恒温为为2600的焊料料槽。试试样上

12、涂涂布非活活性松香香焊剂以以后浸渍渍于2660的焊料料槽中110s,采用MMeniiscssgraaph法法测定零零交时间间。零交交时间是是从试样样开始浸浸渍于熔熔融焊料料槽以后后,直至至熔融焊焊料液的的浮力和和引力相相同时的的时间,这个时时间越短短,可焊焊性越好好。试样样取出以以后,采采用400倍的显显微镜观观测试样样的焊料料湿润外外观状况况,按照照下列标标准进行行判定可可焊性: 优良,呈现焊焊料湿润润面积为为1000%的镜镜面外观观。 较差,焊料湿湿润面积积低于995%,高于770%,有多数数凹痕。 除可评评估镀层层可焊性性以外,还测定定了镀层层厚度,镀层中中碳的质质量分数数和铜的的质量分

13、分数,结结果如表表2所示示。 由表22可知,采用例例166镀液电电镀的引引线架镀镀层均匀匀致密,没有模模糊或者者烧焦等等异常现现象。镀镀层中的的碳质量量分数低低于0.3%,加热处处理以后后的零交交时间很很短,焊焊料湿润润外观优优良,表表明Snn-Cuu合金镀镀层的可可焊性优优良。与与例16相比比,从例例799镀液中中电镀的的引线架架镀层中中的碳质质量分数数高于00.3%,零交交时间为为例16平均均值的44倍以上上,焊料料湿润外外观较差差,表明明Sn-Cu合合金镀层层的可焊焊性较差差。4 结论论 含有可可溶性锡锡盐和铜铜盐、有有机酸、表表面活性性剂等组组成的SSn-CCu合金金镀液的的特性如如下: 从镀液液中可以以获得均均匀致密密的Snn-Cuu合金镀镀层,镀镀层没有有雾状或或者烧焦焦等不良良现象。 Sn-Cu合合金镀层层的碳质质量分数数低于00.3%,长时时间保存存或者加加热处理理以后尤尤其是蒸蒸汽老化化以后仍仍然具有有优良的的可焊性性。 Sn-Cu合合金镀层层可以取取代含铅铅的Snn-Pbb合金镀镀层,具具有良好好的环境境效益、生生产成本本低、有有可靠的的焊接强强度,特特别适用用于引线线架、连连接器、片片状电阻阻和片状状电容等等电子部部件的无无铅焊料料镀层表表面精饰饰