无铅纯锡电镀晶须产生的原因和控制对策概要

经验交流

收稿日期:2004-10-14 修回日期:2005-01-14

作者简介:贺岩峰(1957-,男,辽宁人,博士,教授,研究方向为电子化学品。

作者联系方式:(Emailhheyf @,(Tel021-********-302。

无铅纯锡电镀晶须产生的原因和控制对策

贺岩峰, 孙江燕, 赵会然, 张丹

(上海新阳电子化学有限公司,上海 201803

摘要: 开发无铅化纯锡电镀技术必须首先解决锡须问题。讨论了锡须形成的影响因素及机理。开发出一种能有效防止锡须生成的无铅纯锡电镀添加剂,该添加剂具有结晶细致、可焊性好、消耗量低、使用维护容易等优点,从而建立了一种抑制锡须的有效方法,同时解决了纯锡电镀中的其它难题。介绍了控制锡须的其它一些有效措施及锡须生长加速试验。

关键词: 无铅纯锡电镀; 锡须; 添加剂

中图分类号: TQ153.13 文献标识码: B 文章编号: 1004-227X(200503-0044-03

Reasons for whisker forming and solutions for controlling whisker of

lead free pure tin electroplating

HE Yan feng,SUN Jiang yan,ZHAO Hui ran,Z HANG Dan

(Shanghai Xinyang Elec tronics Chemicals Co.,Ltd.,Shanghai 201803,C hina

Abstract:Whisker problem must be firstly solved in developing a lead free pure tin elec troplating process.The af fecting factors and mechanism of whisker forming were discussed.An additive for lead free pure tin elec troplating that can effectively pre vent

whisker for ming was developed,which has advantages of fine c rystal,good solderability,lo w con sumption,easy ope ration,etc.And thereby an effective method for controlling whisker for ming as well as the solutions for other difficult proble ms in pure tin electroplating was presented.Some other effective measures for controlling whisker forming and the accele ra ted test of whisker formation were also introduced. Keywords:lead free pure tin elec troplating; tin whisker; additive

1 前言

目前,电子封装业可焊性镀层广泛采用锡铅合金电镀层。然而,铅及其化合物属于有毒物质,长期使用会给人类生活环境和安全带来较大的危害。从保护地球环境和人类的健康出发,近年来在电子行业中无铅化的呼声日益高涨。

2002年10月11日,欧洲议会和欧盟部长理事会批

准通过了WEEE (关于报废电子电器设备指令案和Ro HS(关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质的指令案。在Ro HS 中明确规定,欧盟将逐步限制铅在电子行业中使用,并于2006年7月1日起在电子电器产品中禁止使用含铅物质。为了紧跟国际电子行业无铅化技术发展的形势,国家有关部门也正在全力推动我国电子信息产业无铅化技术的研究、开发和应用,提倡开发自主知识产权的新技术、新材料及新产品。有关的无铅化法规正在制订之中。

近年来,人们提出了Sn Bi 、Sn Cu 、Sn Ag 、Sn Z n 等或者三元合金作为代替Sn Pb 的可焊性镀层,但是由于材料的相容性、毒性、高成本、机械性能、润湿性能、老化性能等原因,目前尚没有一种公认的二元或三元合金可以

!

44!第24卷第3期电镀与涂饰 Vol.24 No.3

取代Sn Pb 作为可焊性镀层。在电子封装行业普遍接受的是采用纯锡作为无铅化可焊性镀层

[1]

。世界上各大

著名公司、国家实验室和研究院都投入了相当的力量开展无铅化纯锡电镀技术的研究与开发,并已有部分无铅化电镀产品推出。

与锡铅电镀相比,纯锡电镀中存在着较多的难题,包括焊接温度高、结晶粗及锡须生长问题等,其中锡须是首要的问题,其影响最大,也最难以解决。由于锡须对电子器件的可靠性影响较大,所以,开发无铅化纯锡电镀技术必须首先解决锡须问题,而有关锡须的研究目前还很不充分。

无铅纯锡电镀的核心是电镀添加剂。笔者所在公司经过系统的研究开发出了一种新型无铅纯锡电镀添加剂,建立了控制锡须的方法,同时也很好地解决了纯锡电镀中的其它难题。该添加剂可应用于集成电路和半导体分立器件可焊性镀层的无铅纯锡电镀中,具有镀层结晶细致及可焊性好、使用维护容易、消耗量低、经济可靠等优点,能够满足客户无铅化电镀的需要。

2 锡须问题

纯锡电镀中存在较多的难题,包括镀层分散性差、结晶粗、易烧焦、镀液易混浊及锡须生长问题等。锡须是从纯锡镀层表面自发生长出来的一种细长状的锡结晶,其直径范围为0 3~10 m,通常为1~3 m,长度范围通常为1 m~1mm,曾有报导最长达

到10mm 。锡须可以呈现各种形态,如直线形、弯曲、扭结甚至环形等,其截面常呈现不规则的形状,外表面有不规则的条纹,就象是从不规则形状的模具中挤压出来的一样。大多数的锡须在其根部存在着凹坑。作为电子器件的可焊性镀层,锡须的存在会引起短路,引发电路故障,使电子器件的可靠性降低甚至还会造成灾难性后果。有关这方面的情况已有较多报道。典型的锡须扫描电镜照片如图1