锡铅电镀的演进介绍

文章摘要：1.配方事实上二价锡的酸性镀锡制程，早于20多年前即已广用于电子零件脚，为增进焊锡性的电镀上，并非什么新兴事物。如今转用于PCB耐蚀刻的新任务上，目的更为单纯，根本无需理会“光泽锡”那种低温(15℃)的复杂管理，所需的只是简易的露面锡层而已。以下即为此类槽液的代表配方:组成份 配槽量 最佳参数硫酸亚锡SnSO4．2H2O 35-45g/l 15g/l二价锡离子 19-25g/l 14-22g/l 硫酸:CP级 8.3-11.1% 10%(180g/l)抗氧化剂(以对一苯二酚Hydroquione为代表) 2.0-3.0g/l 2.5g/l湿润剂(以Triton-X-100为代表) 40mil/

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1.配方
事实上二价锡的酸性镀锡制程，早于20多年前即已广用于电子零件脚，为增进焊锡性的电镀上，并非什么新兴事物。如今转用于PCB耐蚀刻的新任务上，目的更为单纯，根本无需理会“光泽锡”那种低温(15℃)的复杂管理，所需的只是简易的露面锡层而已。以下即为此类槽液的代表配方:
组成份 配槽量 最佳参数
硫酸亚锡SnSO4．2H2O 35-45g/l 15g/l
二价锡离子 19-25g/l 14-22g/l
硫酸:CP级 8.3-11.1% 10%(180g/l)
抗氧化剂(以对一苯二酚Hydroquione为代表) 2.0-3.0g/l 2.5g/l
湿润剂(以Triton-X-100为代表) 40mil/l 40mi/l
液温 20-30℃ 23℃
阴极电流密度 10-24ASF 18ASF

2.讨论
成本便宜——
从上述配方可知，用于配槽的硫酸，在价格上已远比氟硼酸及有机磺酸更为便宜，这当然是由于不再用“铅”的关系。无论在建浴配槽或是后续的维护补充上，硫酸都是最经济的。其槽液部份的成本只占氟硼酸槽液的要半，比起甲基磺酸槽液来更在一半以下。

性能及效率较差——
因雾状纯锡层的耐蚀性略逊于锡铅合金镀层，故在15-20ASF时，要镀到10分钟以上才能达到安全厚度的0.15mil。电流密度增加时分布力(Throw-ing Power)反而变差，而现行的氟硼酸镀锡铅在25ASF下，只需5-6分钟即可完全耐蚀，纯锡在流程上似乎也居于不利地位。且因高电流密度处之发气显著，使得锡层的成长反反比低电流处还差。若仅就电镀观点而言，硫酸锡槽液在分布力、阴极效率、及管理难易上，的确都不如Hi-THROU的氟硼酸液，甚至也不如甲基磺酸液，极待改善及推广。

槽液中有溶剂存在——
由于高电流处抑制在发(Whisker)的添加剂是非水溶性的，需用混合醇类(如甲醇或异丙醇等)先加以溶解才行，如此将使得槽液中的溶剂多达2-3%，比起甲基磺酸锡铅槽液中更多。对于一般油墨阻剂将会形成攻击，而令PCB及槽液同时受到影响。且在高电流密度处也易产生氢气，不但难以镀上锡层，反而助纣为虐连手攻击油墨。最好的对策是改采干膜做为阻剂，或将油墨彻底烤干，以避免被槽液中的溶剂所伤害。紫外线硬化之油墨尤其不能使用。

四价锡处理的麻烦——
槽液中的“二价锡”原不稳定，在空气的外在氧化下，将逐渐地出现“四价锡”的细微沉淀粒子，对镀锡质量有相当的影响。由于粒子很细过滤机有时也帮不上忙，此时可采架高式的“备用槽”协助处理。在休工时可将槽液抽入此备槽中，其槽底刻意加装2-3片洞口交错的“多孔塑料板”，当静止液中的四价锡微粒全数下沉，透过开孔落入底层时，即可由“孔板”上方的水口放出澄清槽液流回镀槽使用。一般“四价锡”粒子很难滤清，即使加入特定的沉降剂(如Polyacrylamide)及活性炭辅助过滤，并再执行弱电解工序各种动作之下，仍难以维持澄清多久。反而一旦因处理所加的外物清除未尽时，其影响镀层质量的负面效果却一定会出现。

全新做法——
此种二价锡槽先天性产生四价锡的问题，其恶习化速率还会随操作而为之加倍。此乃因阳极出现初生态氧的缘故，使得附近的四价锡频频产生。据大陆业界的研究报导，一种“硫酸高铈”(Ce(SO4)2)的化学品，有抑制上述阳极附近氧化反应的效果，在阴极上又不会与锡形成共镀，是一种不损耗型相当理想的添加剂。至于国外的论文，在这方面至令尚绝少述及。

剥锡及其处理——
蚀刻后线路上的剥锡作业，可用13-15%的盐酸为主液，另加少量铜离子及双氧水(采甲基苯磺酸钠或酚磺酸钠为双氧水安定剂)当成加速剂，槽液的安定剂则可采用“间一硝基苯磺酸钠”(15g/l)，如此将可加快速率及延长用期。现场可采浸蚀及喷锡两种方式进行。比起含氟或含硝酸的锡铅剥除液来，此等稀盐酸及氯化锡，在废弃物处理及排放水的限制上，都要容易且便宜的多了。一般含氟含硼及含铅的废水，要做好处理是很不容易的事，若要严格执行时，则成本将会更为高涨。

纯锡层亦可留在板上——
事实上对环保重视的某些欧洲厂商，一向在PCB上都是采用光泽镀锡做为蚀铜的阻剂，而不理会各式焊性较好的锡铅镀层。故蚀刻后即可直接于其纯锡线路上加印绿漆。由于纯锡熔点高达231℃，且在镀锡层参杂有机物情形下，其熔点更高，在下游焊接中将不致造成熔融流动的情形。然而却也因烘烤绿漆之故，使得纯锡层的“焊锡性”劣化不已，至今尚难以改善。否则“镀纯锡”一法早已无往不利，何须还要动用各式“锡铅电镀”，以及剥锡铅与喷锡等麻烦不已的多种制程。

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