Sn-Cu合金电镀工艺及镀层性能研究

文章摘要： 镀液中还加入了葡萄糖酸、酒石酸、富马酸等有机羧酸作为镀液稳定剂;加入了苯甲酰丙酮、戊二醛、苯醛、邻氯苯醛、1-萘醛、三聚乙醛、2-巯基苯并噻唑等作为光亮剂;或者加入进一步改善镀液和镀层性能的阳离子、阴离子,两性等表面活性剂。 镀液温度为10～70℃,最好为20～50℃。阴极电流密度为0.1～100A/dm2,根据挂镀、滚镀和喷镀等电镀方式采用不同的阴极电流密度,例如挂镀的阴极电流密度为0.2～1A/dm2,滚镀时的阴极电流密度为0.5～4A/dm2,喷镀时的阴极电流密度为30～60A/dm2。 电镀阳极可以采用锡或者Sn-Cu合金等可溶性阳极或者镀有铂或者铑的钛或者钽等不溶

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    镀液中还加入了葡萄糖酸、酒石酸、富马酸等有机羧酸作为镀液稳定剂;加入了苯甲酰丙酮、戊二醛、苯醛、邻氯苯醛、1-萘醛、三聚乙醛、2-巯基苯并噻唑等作为光亮剂;或者加入进一步改善镀液和镀层性能的阳离子、阴离子,两性等表面活性剂。

    镀液温度为10～70℃,最好为20～50℃。阴极电流密度为0.1～100A/dm2,根据挂镀、滚镀和喷镀等电镀方式采用不同的阴极电流密度,例如挂镀的阴极电流密度为0.2～1A/dm2,滚镀时的阴极电流密度为0.5～4A/dm2,喷镀时的阴极电流密度为30～60A/dm2。

    电镀阳极可以采用锡或者Sn-Cu合金等可溶性阳极或者镀有铂或者铑的钛或者钽等不溶性阳极。适宜于电镀的有IC引线架、连接器、片状电容或片状电阻等电子部件。Sn-Cu合金镀层厚度为1～30μm。如果镀层厚度低于1μm,镀层的可焊性容易降低;如果镀层厚度高于30μm,镀层可焊性不会有进一步提高而不经济。

3　镀液配方

    Fe-Ni合金(58% Fe,42%Ni)制双列直插式封装(D IP, Dual Inline Package)24针(厚度0.25mm)引线架,依次经过碱性脱脂、水洗、碱性电解脱脂、水洗、10%H2SO4浸渍、水洗等镀前处理,然后置于表1的例1～4和例7～9,镀液中电镀Sn-Cu合金镀层。镀有2μm厚度镀镍层的195铜制DIP24针引线架,经过上述相同的镀前处理以后置于表1的例4~5镀液中电镀Sn-Cu合金镀层。

    镀层性能评估　

    为了评估从例1～9镀液中获得的Sn-Cu合金镀层的可焊性,把镀有Sn-Cu合金镀层的引线架置于150℃的热风炉中加热处理168h,然后切取5mm长度的引线架外引线部分,作为可焊性评估用的试样。采用质量分数为95.8%Sn、3.5%Ag和0.7%Cu的Sn-Ag-Cu合金焊料,熔融以后恒温为260℃的焊料槽。试样上涂布非活性松香焊剂以后浸渍于260℃的焊料槽中10s,采用Meniscsgraph法测定零交时间。零交时间是从试样开始浸渍于熔融焊料槽以后,直至熔融焊料液的浮力和引力相同时的时间,这个时间越短,可焊性越好。试样取出以后,采用40倍的显微镜观测试样的焊料湿润外观状况,按照下列标准进行判定可焊性:

    ◎—优良,呈现焊料湿润面积为100%的镜面外观。

    △—较差,焊料湿润面积低于95%,高于70%,有多数凹痕。

    除可评估镀层可焊性以外,还测定了镀层厚度,镀层中碳的质量分数和铜的质量分数,结果如表2所示。

    由表2可知,采用例1～6镀液电镀的引线架镀层均匀致密,没有模糊或者烧焦等异常现象。镀层中的碳质量分数低于0.3%,加热处理以后的零交时间很短,焊料湿润外观优良,表明Sn-Cu合金镀层的可焊性优良。与例1～6相比,从例7～9镀液中电镀的引线架镀层中的碳质量分数高于0.3%,零交时间为例1～6平均值的4倍以上,焊料湿润外观较差,表明Sn-Cu合金镀层的可焊性较差。

4 结论

    含有可溶性锡盐和铜盐、有机酸、表面活性剂等组成的Sn-Cu合金镀液的特性如下:

    从镀液中可以获得均匀致密的Sn-Cu合金镀层,镀层没有雾状或者烧焦等不良现象。

    Sn-Cu合金镀层的碳质量分数低于0.3%,长时间保存或者加热处理以后尤其是蒸汽老化以后仍然具有优良的可焊性。

    Sn-Cu合金镀层可以取代含铅的Sn-Pb合金镀层,具有良好的环境效益、生产成本低、有可靠的焊接强度,特别适用于引线架、连接器、片状电阻和片状电容等电子部件的无铅焊料镀层表面精饰。

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