甲基磺酸盐电镀锡工艺及镀液性能

甲基磺酸盐电镀锡工艺及镀液性能

叶晓燕1,李立清2

(1.江西环境工程职业学院,赣州341000;2.江西理工大学材化学院,赣州341000)

摘　要:甲基磺酸盐电镀锡工艺能克服硫酸盐和氟硼酸盐电镀锡工艺镀液不稳定的缺点,而且对环境友好。通过正交试验确定该工艺最佳配方,在最佳条件下进行电镀锡液试验,结果表明甲基磺酸盐镀锡液具有较高的抗氧化和宽温施镀能力,镀液的深镀能力、均镀能力高。关键词:甲基磺酸;电镀锡;镀液

中图分类号:TQ153.1+3 文献标识码:A 文章编号:10052748X (2007)0820422203

PROCESS AND T H E SOL U TION PRO PER TIES O F M ET HAN ESUL FON IC

ACID TIN PL A TIN G

YE Xiao 2yan 1,L I Li 2qing 2

(1.Jiangxi Environmental Engineering Vocational College ,G anZhou 341000,China ;

2.Faculty of Material and Chemical Engineering ,Jiangxi University of Science and Technology ,G anZhou 341000,China )

Abstract :Methanesulfonic acid series tin 2plating process can completely eliminate the defects of domestic present

tin 2plating process ,for example ,the unstable solution of sulfate plating and environmental pollution of fluoborate plating.The optimal conditions of methanesulfonic acid tin 2plating process were determined by orthogonal experiments.The study on solution of methanesulfonic acid series tin 2plating shows that oxidation resistance of the solution is good ,range of the temperature of operation is wide ,capability of deep plating and homogeneous plating are good.So it is very promising for tin 2plating industry.

K ey w ords :Methanesulfonic acid ;Tin 2plating ;Plating solution

0　引　言

锡及锡铅合金镀层由于具有优良的抗蚀性和可焊性已被广泛应用于电子工业中[1]。但是近年来,由于铅受到很大限制,所以电镀锡工艺将成为电子电镀中可焊性镀层的主要镀种。以前的电镀锡镀液主要以高污染的氟硼酸盐、苯酚磺酸盐及卤化物等为主,近年来的硫酸盐电镀锡工艺大大改善了对环境的污染,但是镀液不稳定[2]。甲基磺酸盐电镀锡基本上能解决上述问题,具有很高的工业应用价值。本工作通过正交试验研究了甲基磺酸盐电镀锡工艺最佳配方和镀液性能,并与硫酸盐电镀锡工艺[3]镀液性能进行比较。

1　试　验

将紫铜片切成50mm ×25mm ×0.4mm 大小

收稿日期:2007203205;修订日期:2007203222作试样,经化学除油、浸蚀、活化、水洗后电镀。电镀试验用电镀专用赫尔槽设备,阴极用自制纯锡板。试样经过化学除油、浸蚀、活化工艺处理[1]。

据前期试验,试验温度和阴极移动对试验结果影响不大,且可得镀液中其他主要成分的含量和电流密度的大致范围为:甲基磺酸亚锡80～160g/L ,甲基磺酸80～180g/L ,光亮剂20～40ml/L ,电流密度0.5～20A/dm 2。

取A (甲基磺酸亚锡)、B (甲基磺酸)、C (光亮剂)和D (电流密度)四个因素,每个因素取三水平,做四因素三水平正交试验,选用L 9(34)正交表。正交试验水平因素见表1。试验在室温下操作,时间为10min 。以孔隙率作为正交试验的结果分析对象。

测定孔隙率方法是使用贴滤纸法[1]。

在最佳工艺条件下对镀液性能进行以下试验:(1)稳定性试验　①自然放置试验:取新配置的镀液50ml ,转入到一个烧杯中,将其长时间自然

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224·第28卷第8期2007年8月

腐蚀与防护

CORROSION &PRO TECTION

Vol.28　No.8August 2007

表1　试验因素水平表

水平

因素

A

g/L

B

g/L

C

ml/L

D

A/dm2

190100251

2110115302

3130130353

放置于空气中,记录下从开始到镀液出现混浊现象的时间;②抗高温氧化试验:取新配置的镀液50 ml,置于100ml的敞开烧杯中,置恒温水浴锅中从室温开始加热,记录从开始到出现混浊时的温度;③加速氧化试验:分别取两个50ml烧杯,各加入30 ml镀液,其中在一个烧杯中加50%H2O210滴,在另外一个烧杯中没有加,并在两个烧杯中加入两粒锡粒,观察溶液变化情况。

(2)深镀能力试验　用内孔法,试件采用内径为10mm,长为100mm的铜管,镀覆时使管孔垂直面向阳极板,管口距离阳极50mm。在25℃下,以5A/dm2的阴极电流密度电镀15min后将圆管阴极取出,洗净吹干,沿轴向切开,测量管孔镀层的镀入深度,以评价深镀能力。

(3)均镀能力试验　用远近阴极法测定,镀槽为透明有机玻璃矩形槽(槽内腔尺寸为150mm×50mm×70mm),阴极采用厚度为1mm紫铜片,尺寸为50mm×50mm,工作表面平滑光亮,非工作表面用绝缘漆绝缘,使用与阴极相同尺寸的带孔阳极,试验电流为1.5A。在25℃下电镀30min后取出阴极清洗干净,在105～115℃的烘箱中干燥15min,准确称量近、远阴极的增重m1和m2。均镀能力T按式(1)计算:

T=K-

m1

m2

K-1

×100%(1)

式中:K为远近阴极与阳极间距离之比,本试验采用5∶1。

(4)沉积速度的测定　用增重法测定沉积速度,以镀层表面完全平滑来计算平均厚度。

(5)阴极极化曲线的测定　使用IBM兼容机,通过AD/DA卡控制HDV7C恒电位仪,测试阴极极化曲线,工作电极为纯锡,工作面积为1cm2,非工作表面以环氧树脂涂覆封闭。参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂电极,扫描速度为1.5 mV·s-1。2　结果与讨论

2.1　正交试验结果分析

正交试验极差分析如表2所示。

表2　甲基磺酸盐镀锡正交试验结果和极差分析试验号A B C D孔隙率1#1111 2.34

2#1222 1.78

3#1333 1.30

4#2123 1.56

5#22310.56

6#23120.45

7#31320.96

8#3213 1.10

9#3321 1.53

均值1 1.807 1.620 1.297 1.477

均值20.857 1.147 1.623 1.063

均值3 1.197 1.0930.940 1.320

极差0.9500.5270.6830.414

由表2对镀层极差分析表明,四个因素对孔隙率影响从大到小排列为:A>C>B>D,即作为电镀液中主盐的甲基磺酸亚锡对镀层质量的影响最大,然后是光亮剂的影响,接下来是甲基磺酸,最后是电流密度的影响。因为孔隙率越小,表明镀层质量就越好,所以在每个因素下取均值最小的水平为最优化水平,由表2中的均值结果表明最优化的组合为: A2B3C3D2。得到甲基磺酸盐电镀锡最佳工艺配方及条件如下:甲基磺酸亚锡110g/L,甲基磺酸130 g/L,光亮剂35ml/L,阴极电流密度2A/dm2,温度为室温。

2.2　镀液性能

2.2.1　稳定性

镀液稳定性试验结果见表3。

表3　镀液稳定性试验结果

镀液种类自然放置试验加热试验加速氧化试验甲基磺酸盐

半年后仍澄

清透明

直到65℃镀

液开始变混浊

一个月后变

混浊硫酸盐

一个月后镀

液开始混浊

约到40℃镀

液开始变混浊

立即变混浊

表3结果表明甲基磺酸盐镀锡液具有较高的抗氧化变质和抗高温施镀能力。据文献报道[4],在以锡为阳极的镀液中存在以下反应过程:

O2+4H++2Sn2+2Sn4++2H2O(2)

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