弱酸性甲基磺酸鹽鍍暗錫工藝

陳良杰

（上海申和熱磁電子有限公司,上海 200444）

弱酸性甲基磺酸鹽鍍暗錫工藝

陳良杰

（上海申和熱磁電子有限公司,上海 200444）

0 前言

隨著我國(guó)半導(dǎo)體電子工業(yè)的快速發(fā)展,微電子元器件的一些特殊部件（如陶瓷電容、熱敏電阻等）使用越來越多。這些對(duì)酸堿度敏感的元件,用原來的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性鍍錫工藝容易腐蝕基材,影響元件質(zhì)量;而氟硼酸鹽鍍錫溶液對(duì)環(huán)境危害又大,不符合環(huán)保要求[1]。本工藝研究了一種p H值在4.0～5.0間的弱酸性電鍍暗錫工藝。它克服了原強(qiáng)酸或強(qiáng)堿鍍錫工藝所得鍍層孔隙大、高溫蒸汽老化易變色且易腐蝕電子元器件等缺點(diǎn)。按此工藝生產(chǎn)所得鍍層的質(zhì)量完全能滿足客戶的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣片

測(cè)試樣片采用100 mm×70 mm×0.5 mm的黃銅片。

1.2 試驗(yàn)儀器

采用的試驗(yàn)儀器有:整流器、赫爾槽、磁力攪拌儀、工具顯微鏡、焊接平臺(tái)、溶錫爐、Fisher X熒光測(cè)厚儀、烘箱等。

1.3 工藝流程

1.4 鍍液組成及工藝條件

本弱酸性鍍液組成:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的甲基磺酸錫25～70 mL/L,配位導(dǎo)電鹽240～400 g/L,硼酸30～40 g/L,對(duì)苯二酚0.5～1.0 g/L,添加劑0.5～1.5 g/L,p H值4.0～5.0,0.1～0.5 A/dm2,（25±5） ℃。

1.5 各組分作用[1-3]

（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的甲基磺酸錫為主鹽,提供鍍層所需的錫離子。鍍液中的錫離子過多雖然能提高電流效率,加快沉積速率,但也會(huì)使鍍液分散能力降低,鍍層質(zhì)量下降。

（2）配位導(dǎo)電鹽選用甲基磺酸鈉、檸檬酸鈉、硫酸銨、酒石酸鈉中的幾種組成,主要作用是配位金屬離子、穩(wěn)定鍍液、提高鍍液分散能力和極化能力;同時(shí)降低槽電壓,使鍍層結(jié)晶細(xì)化。

（3）硼酸作為鍍液的p H值穩(wěn)定劑,可減少鍍液p H值的波動(dòng)。選用對(duì)苯二酚、抗壞血酸、β-萘酚中的一種作為抗氧化劑,防止二價(jià)錫氧化。

（4）添加劑由非離子型表面活性劑聚氧乙烯烷基酚醚、聚乙二醇和陽(yáng)離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨等組成,起到提高鍍液分散能力,使鍍層晶粒細(xì)化和防止高電流密度區(qū)燒焦的作用。

2 分析與討論

2.1 赫爾槽試驗(yàn)

赫爾槽試驗(yàn)樣片工作電流密度為0.2 A/dm2,時(shí)間為5 min,溫度為24℃。樣片全片上鍍,外觀呈亞光均勻錫層。

2.2 鍍液穩(wěn)定性[4]

由于二價(jià)錫易在空氣中氧化成四價(jià)錫,使鍍液混濁,影響質(zhì)量,所以本工藝選取對(duì)苯二酚作為抗氧化劑,防止二價(jià)錫的氧化。導(dǎo)電鹽中的檸檬酸鈉作為四價(jià)錫的配位劑,穩(wěn)定四價(jià)錫,防止其水解生成β-錫酸鈉不溶性懸濁物。基礎(chǔ)液在35℃的烘箱中連續(xù)30天保持鍍液清澈透明,無混濁出現(xiàn)。

2.3 添加劑的影響[5]

鍍液中無添加劑時(shí),鍍層粗糙、高電流密度區(qū)疏松、發(fā)黑。添加劑的存在能進(jìn)一步提高鍍液的分散能力,使鍍層結(jié)晶細(xì)化、分布均勻并能有效改善高電流密度區(qū)燒焦現(xiàn)象。所以在此選用非離子型表面活性劑聚氧乙烯烷基酚醚、聚乙二醇和陽(yáng)離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨復(fù)配組成,利用協(xié)同效應(yīng),發(fā)揮表面活性劑的最大作用。圖1為有、無添加劑條件下所得鍍層的SEM圖。由圖1可知:無添加劑時(shí),鍍層粗糙,晶體微粒粗大;加入復(fù)合添加劑后,鍍層外觀變得亞光細(xì)膩,晶體微粒細(xì)化。

圖1 添加劑對(duì)鍍層表面形貌的影響

2.4 鍍液分散能力

表1為電鍍時(shí)間為 5 min,電流密度為0.2 A/dm2,溫度為24℃時(shí)的赫爾槽試片厚度分布。

表1 電鍍時(shí)間為5 min時(shí)赫爾槽試片厚度分布

表2為電鍍時(shí)間為10 min,電流密度為0.2 A/dm2,溫度為24℃時(shí)的赫爾槽試片厚度分布。

表2 電鍍時(shí)間為10 min時(shí)赫爾槽試片厚度分布

由表1,2可知:該弱酸性暗錫鍍液具有良好的分散能力。

2.5 鍍層性能

（1）鍍層結(jié)合力

試片180°折彎往復(fù)3次,折彎處在40倍顯微鏡下觀察,無起皮。

（2）鍍層可焊性

（245±5）℃的錫爐,（3.0±0.5）s,沾錫面積達(dá)95%以上。

（3）高溫變色試驗(yàn)

260℃,60 s下,加熱平臺(tái)試驗(yàn),錫層無發(fā)黃出現(xiàn)象。

（4）外觀色澤

鍍層呈亞光純錫色、均勻。

3 結(jié)論

本弱酸性鍍暗錫工藝的鍍層質(zhì)量與傳統(tǒng)的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿型鍍錫工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

（1）鍍層添加劑夾帶少,純度高,高溫試驗(yàn)不易變色;

（2）溶液p H值較高且穩(wěn)定,對(duì)環(huán)境友好,電鍍中不會(huì)腐蝕基材;

（3）鍍層致密性比強(qiáng)酸或強(qiáng)堿型鍍錫層的好,孔隙少且分散能力強(qiáng),鍍層均勻。

[1] 丁運(yùn)虎,毛祖國(guó),何杰,等.弱酸性鍍錫工藝的研究[J].電鍍與涂飾,2007,26（2）:19-20.

[2] 丁運(yùn)虎,周玉福,毛祖國(guó),等.甲基磺酸亞光純錫電鍍添加劑的研究[J].材料保護(hù),2006,39（3）:4-7.

[3] 孫武,李寧,蘇曉霞,等.化學(xué)鍍錫液中添加劑的影響研究[J].材料保護(hù),2007,40（1）:4-6.

[4] 管凌飛,范必威,朱建中.電鍍可焊性錫合金工藝發(fā)展現(xiàn)狀[J].電鍍與環(huán)保,2006,26（1）:5-7.

[5] 杜小光,牛振江,應(yīng)桃開,等.聚乙二醇苯基辛基醚對(duì)甲磺酸鍍錫層織構(gòu)的影響[J].電鍍與精飾,2004,26（2）:1-3.

TQ 153

A

1000-4742（2011）04-0019-03

2010-10-26