锡系合金纯锡可焊镀层的研究

锡系合金纯锡可焊镀层的研究

1无铅/镀层复合技术随着世界环保意识的增强，人们普遍意识到含铅材料对环境和人类健康的危害，并开始要求使用含铅材料。特别是欧盟于2003年2月13日通过了一项关于wee和roh的法案，该法案于2006年7月1日开始实施。此外，日本、美国和其他国家先后通过了相关法律，限制或禁止使用含铅材料。此外，中国还颁布了第一部关于电子产品污染环境的法律法规。到目前为止，世界上的无铅化是非常重要的。然而，由于中国的低铅化研究开始实施，科技人员积极开展无铅化研究尤为重要。在片式电子元器件中的无铅可焊镀层基本上包括两个方面,一个是生产材料无铅化,一个是电镀液的无铅化.前者的研究较多[2、3、4、5],本文不做重点研究,后者的无铅化目前有二种途径:Sn合金可焊镀层,贵金属可焊镀层.Sn合金可焊镀层包括Sn-Ag,Sn-Cu,Sn-Bi等合金,该技术不是很成熟,均存在不同程度的问题.如Sn-Ag合金镀层具有较好的机械性能和抗晶须性能,但Sn与Ag在电镀时的析出电位差很大,镀液中必须添加有机络合物剂,缩小二者的析出电位差,而且镀液的稳定性较差,Ag的含量难于控制;Sn-Cu合金镀层,虽然成本较低,但由于Cu的存在,耐腐蚀性差,长期放置时易氧化变色,致使可焊性降低,而且在镀槽内,阳极表面还会发生Cu的置换析出;Sn-Bi合金镀层中,Bi的毒性也是比较强的.贵金属可焊镀层抗晶须生成性能和可焊性均佳,但由于其技术很高,仅可用于一些高精密仪器上,不能普遍推广使用.纯锡镀层在欧美日等国使用较广,是一种优良的可焊镀层,我国也在推广使用.本文重点研究的就是纯锡可焊镀层.2实验方法2.1设备、设备和试剂2.2实验过程2.2.1镀层结晶试验用开缸剂、Sn浓缩液、1#添加剂、2#添加剂配制成Sn镀液,在250mL赫尔槽中,改变纯锡电镀添加剂三种成份的配比,用0.4A的电流,在5min时间内镀黄铜片.镀后测量铜片远端和近端的镀层厚度,计算电化学参数,并分析讨论镀层结晶情况.2.2.2锡铅镀层和锡纯锡镀层的工作性能比较本次实验采用如下电镀工艺:上料→除油→漂洗2次→活化→漂洗2次→镀镍→镍回收→漂洗→预浸→镀锡→锡回收→漂洗→中和→水煮→酒精清洗→烘干→筛选→产品本实验所使用电镀槽容量为420L,用50A的电流镀50min,厚度一般可达到8μm左右,将分别电镀纯锡镀层和锡铅镀层的MLCC做性能测试并进行比较.2.2.3比较sn-pb层和纯sn层的差异对同一批片式电容产品分别用Sn-Pb电镀和纯Sn电镀做焊接实验,比较二者润湿性和其它焊接性能方面的差别.3结果和讨论3.1纯锡电度添加剂配比对镀层镀层效果的影响在赫尔槽实验中,我们采用自配的纯锡电镀添加剂,并且改变该添加剂三个主成份的不同配比,用纯锡板作为阳极,用黄铜片做阴极镀件,以0.4A的电流镀5分钟的时间,实验现象及结果可对比如下表1:从上表可以看出,在赫尔槽试验中,以上述纯锡电度添加剂几个成份的配比来看,电镀效果相差无几.但综合考虑成本等问题,当选用第七个配比最好,即A、B、C的配比为2.5ml、5.0ml、4.0ml.在赫尔槽试验中,当电流为0.4A时,电流密度为0.04A-2.04A/cm2.3.2锡焊料的发展在电子行业普遍要求无铅化的趋势下,SnPb焊料的取代研究工作也在进行,而大多数取代基本上是以其它金属取代铅来和锡形成合金焊料.从上表中可以看出,锡合金中性能优良的仍然是Sn-Pb合金焊料,虽然其它合金焊料存在不同程度的不足,但从环保角度出发,仍然是可以继续发展的合金体系.另外目前正在发展的其它合金体系还有Sn-Zn,Sn-Ag-Cu,SnAg-Bi等合金体系,比较常用的为Sn-Ag-Cu合金焊料.Sn-Ag-Cu合金焊料熔点为216℃-229℃,焊料温度为240-260℃.3.3可以焊接sn-pb合金涂层和纯锡涂层的比较3.3.1抗拉力值对比将分别电镀纯锡镀层和锡铅镀层的MLCC产品做各种性能测试并对结果进行列表比较如下表2、表3:经过比较,我们发现Sn-Pb镀层和纯Sn镀层在外观、可耐焊、加速氧化、润湿性等方面均具有良好的结晶,而且本纯锡电镀添加剂在抑制晶须生长方面也具有很好的效果.此外在端头抗拉力方面,纯Sn镀层的抗拉力值比Sn-Pb镀层的抗拉力值还要大.3.3.2纯锡镀层的微观形貌从图1和图2中我们可以比较出,虽然SnPb镀层和纯Sn镀层在MLCC产品的外观检测时均合格,但是从在表面的SEM照片上还是可以看出结晶状况上有些差别.在我们自配的纯锡电镀添加剂的作用下,电镀出来的纯锡镀层比较细致,结晶颗粒比较小而圆滑,晶粒结合紧密,故抗弯曲能力强;而Sn-Pb镀层则结晶不是很细致,结晶颗粒较大而有棱角,晶粒结合也不是很紧密,故抗弯曲能力没有纯Sn镀层强.3.3.3润湿性能测试从下面的图3和图4中经过对比,我们可以发现Sn-Pb镀层和纯Sn镀层在润湿性能方面基本一样,均可以在较短时间内达到较好的润湿效果.4纯锡可焊镀