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铜基上化学镀锡工艺研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-22  浏览次数:1551
核心提示:化学镀锡可分为置换法和还原法二种,置换法化学镀锡的弊端是当镀件表面生成置换锡层后,置换反应即终止,这种置换锡层厚度很薄,一般仅为0.5 m左右,难以获得3 m 以上实用厚度。
 

1 前 言

近年来,由于电子、信息产业的迅速发展,对电子元器件、半导体、印制电路板的可焊性镀锡层需求量大幅增加;用电镀法[1 制备镀锡层工艺较为成熟,已广泛使用于电子工业中。然而化学镀锡工艺与电镀锡工艺相比,有利有弊,化学镀锡工艺的突出优点是:不需要电镀电源设备、操作简便,有良好的均镀能力及深镀能力,不受工件几何形状的限制,镀层均匀一致,耐蚀性、可焊性好;能解决电镀法所无法解决的某些工艺难题。

化学镀锡可分为置换法和还原法二种,置换法化学镀锡的弊端是当镀件表面生成置换锡层后,置换反应即终止,这种置换锡层厚度很薄,一般仅为0.5 m左右,难以获得3 m 以上实用厚度。经过近几年来不断研究开发,还原法化学镀锡将在电子元器件和复杂形状的部件以及SMT、PCB生产中实际应用,取代传统的化学镀Ni/浸Au工艺,降低成本。因此化学镀锡工艺的深入研究得到电镀工作者的广泛关注,进入21世纪随着电子信息工业的飞跃发展,化学镀锡工艺技术必将有更大的突破。

传统的化学镀锡工艺主要是氯化物体系和氟硼酸体系,镀液毒性大,沉积速度慢,镀层薄,镀液稳定性差,镀层不能满足质量要求。作者试验研究了一种甲烷基磺酸盐体系的化学镀锡工艺,系统研究试验了稳定剂、络合剂、还原剂、促进剂、防氧化剂、表面活性剂、温度、时间等工艺因素对沉积速率,镀液稳定性和工艺流程对镀层质量的影响。

2 实验条件

2.1 化工材料

主盐:甲烷基磺酸锡

稳定剂:甲烷基磺酸

络合剂:柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、EDTA等

促进剂:硫脲、烯丙基硫脲等

还原剂:次磷酸钠、水合肼等

防氧化剂:对苯二酚等

表面活性剂:LY一920润湿剂、F一66聚醚、OP乳化剂等

2.2 试验用基体材料

紫铜试片:20 mm×30 mm×0.5 mm

3 实验工艺流程

化学除油(50 g/L 除油粉,3O~ 40 C,3~ 5min)一热水洗一光亮酸洗(室温5~15 S)一流动水洗一去离子水洗一化学预镀锡(室温3~10 S)一化学镀锡一水洗一压缩空气吹干或烘干

4 化学镀锡溶液实验配方及工艺条件

 


 

5 试验结果与讨论

5.1 还原剂作用

有的学者认为次磷酸钠、有机硼烷等还原剂不能用来还原Sn,其原因是由于Sn表面上析H 过电位高。而上述还原剂均为析氢反应,自催化活性低,不能实现sn的连续自催化沉积 ;但本文作者通过试验,化学镀锡采用次磷酸钠作为还原剂,控制一定的含量和工艺条件能实现Sn的白催化沉积 ],同时使用两种还原剂效果更好;随着次磷酸钠等两种还原剂浓度的增大,沉积速率略有增大,为兼顾镀层质量和溶液的稳定性,两种还原剂的总量控制在35 g/L时效果较好,沉积速率可达0.3~m/min。

5.2 促进剂作用

在酸性溶液中Cu的标准电位是0.52 V,当溶液中加入促进剂20 g/L时Cu的电极电位变负与Sn的电位相当,开始生成置换膜;当促进剂为70 g/L时,Cu的电极电位降为一0.50 V,此时Sn的电极电位比Cu更正,约2 min左右完成置换反应,获得0.5 m 左右的Sn镀层,此后随着反应的继续进行,在还原剂的作用下置换过程逐步进入自催化镀阶段而获得较厚的sn镀层(0.15~m/min),可通过控制时间获得一定的厚度,时间与厚度不呈直线关系。促进剂的浓度过高时,镀层结合力差,溶液沉淀物增多,一般以70~80 g/L为好。

5.3 络合剂作用

加入络合剂使Sn 离子以络合离子形式稳定地存在于镀液中,增加溶液稳定性,控制沉积速度并改善了镀层外观。络合剂浓度过高时,沉积速率下降,一般控制在16 g/L左右为好。

5.4 防氧化剂作用

防止镀液中Sn 盐水解氧化成Sn什,可在镀液中加入2 g/L防氧化剂,有助于防止sn 盐发生水解。

5.5 表面活性剂作用

有助于提高化学镀锡层附着力,使镀层平滑致密,抑制镀层针孔产生,提高抗蚀性,实验表明表面活性剂选用浊点高的非离子型为好,控制量1~ 2g/L。

5.6 温度的影响

当温度低于50_C时,反应速度较慢,高于70℃以上时沉积速度反而略为下降;高于8O C以上时。镀液稳定性下降,一般控制在55~65 C为好。

6 结 论

经试验研究本工艺有以下优点:

1)本工艺对基材及设备腐蚀性小。镀液低毒;

2)镀液稳定性好,沉积速度快,可达0.3t~m/min,有实用价值;

3)增加化学预镀锡工序。使Sn镀层外观更均匀平滑致密,结合力及可焊性好;

4)可用于电子元器件和复杂形状的部件以及SMT、PCB等铜基材上化学镀锡。

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