高可焊性电镀纯锡工艺及镀层性能测试

温度 ２ ０℃ ～ ３ ０。 Ｃ
不 同 电镀 时 间 下镀 锡 层 的截 面形 貌 分 布 图如 图 ２所 示 。
镀 液的配制：先将计量的蒸馏 水 （ 或去离子水） 的 ２ ／ ３ 倒入镀槽 内， 缓 慢加入计量的全部硫酸 ， 此 时槽 内温 度迅速上升 ， 然后在不 断搅拌下加入硫酸亚 锡， 待硫 酸
工 艺 。因 此 ， 无 铅 可 焊镀 层 的 开发 是 电子 组 装行 业 绿色 生产 的根本 。
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电 子 工 业 苣 用 设 备
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测试 测 量 技 术 与 设 备 ・
电镀 纯锡 具 有无 毒 、 高 耐 绌性 、 较 好 的可焊 性 、 柔软性 、 银 白色外 观 等 优 点 ， 其 电气 性 能 可 以达 到 或 超 过 锡 铅 合金 ， 而 且工 艺简 单 ， 在 电 子 元件 及 印 制 板等 领域 应 用 卜 分 广泛 。但 是 ， 电镀 纯锡 镀 层容
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高可焊性 电镀纯锡工艺 及镀 层性 能 测试
冯 庆， 冯 生， 杨 清海， 杨文波
（ 西 北 有色金 属 研究 院 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ １ ６ ）
摘 要： 在 可伐合 金 基 体 上 电镀 纯锡 ， 采用 Ｓ Ｅ Ｍ、 Ｘ 射 线 荧光 镀层 厚 度 测 试 ， 能谱 及 可焊 性 测 试
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实验 装 置 如 图 ｌ 所示， ９ ６℃ 下 ， 蒸汽 老 化 样
品 ８ ｈ。
本 文采 用 特 定 的工 艺 配方 ， 在 玻 璃 封接 电子 元
器 件 可伐 合金 壳 体上 电镀 纯锡 。 土 要研 究 了电镀 时 间、 电流密 度 等 工艺 因 素及 老 化 处理 对 锡镀 层 厚 度 及 可焊 性 的影 响 。 通过 Ｓ Ｅ Ｍ、 Ｘ ． 射线 荧 光镀 层 厚度 测试 ， Ｅ ＤＳ及 可焊 性 测 试 对 元 件 镀 锡层 的 厚度 、 表 面成 份及 镀层 的可焊 性 进行 了表 征 。
亚锡全部溶解 并冷却至室温后， 再加入需要量的添加剂 Ａ 和添加剂 Ｂ并搅拌均匀 ， 配制的溶液应清澈透明。
２ ． ３ 工 艺 流 程
（ ａ ） １ ０ ｍｉ ｎ
图２
（ ｂ ） ２ ０ｍｉ ｎ
除 油一 水 洗 一 酸 洗 一 水 洗 一 去 离 子 水 洗 一 镀
不 同 电 镀 时 间 下 纯 锡 镀 层 截 面 图
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生 长速 度较 快 ， 致 使结 晶 的晶粒 较 为粗 大 。 因此， 一
般 浸镀 时 间选 １ ５ ￣２ ０ ｍｉ ｎ为宜 。
磁■豳圜 （ 总第 １ ５ ６ 期） （
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测试 测 量 技 术 与设 备 ・
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电 子 工 业 专 用 设 备
Ｉ
从 图 ２中 可 以看 出 ， 沉积时间增长， 镀 层 在 不 断增 厚 。镀 层 中 晶粒粒 度越 来 越 大 ， 粗糙 度 也 随之 增 大 。电镀 时 间为 １ ０ ｍｉ ｎ时 ， 镀 层 致密 ， 表 面平 整 ， 厚度 约 为 ７ ． ８ Ｉ ｘ ｍ， 如图 昕示， 当时间增长到 ２ ０ ｍｉ ｎ ， 致密度下降， 厚 度 增加 到 １ ５ － ３ Ｉ ｘ ｍ 左右 ， 这 主 要 是 由于反 应初 期 受金 属扩 散 层 的影 响 ， 金 属 的沉 积速 度 缓慢 ， 晶粒结 晶细 小 ， 使镀 层表 面 整平 光 滑 ； 当基 体 沉 积 厚度 增 大 后 ， 金 属沉 积 速 度 明 显 加 快 ， 晶粒
图 １ 蒸 汽 老 化 试 验 装 置
１ ． ５ 可 焊 性 测 试
２ 实 验 方 法
２ ． １ 主 要 原 料 与 仪 器
经老化 试验后 ， 进行可焊 性测试ｆ 采 用 润 湿 称
量 法１ 。
测 试 条 件 为温 度 ２ ４ ５℃ ， 深度 ２ ． ０ ｍｍ， 速 度 为 ３ ｍｍ／ ｓ 。其 中焊 剂 为质 量 分数 为 ２ ５ ％ 的松 香 异 丙 醇， 呈【 ｛ ｌ ｌ 性； 焊料 为质 量 分 数 为 ６ ３ 的锡 ＋３ ７ ％ 的 铅 的锡 铅 合金 。 冷 却后 以全 部被 润湿 的试 样 的最 短 时问， 评 定镀 层 的 可焊 性 ， 一般 以润湿 时 间 小 于 ２ Ｓ 为佳 ； ２ ～３ Ｓ 为较 好 ； ３ ～４ Ｓ 为一 般 ；大 于 ４ Ｓ 为 较
Ｓ ｎ － Ｐ ｂ合 金 作 为可 焊 性 镀 层 已经 有 多 年 历 史 ， 其 显 著 优 点是 降低 焊 接 时 的熔 点 及 防 止 锡 须 的 生
收 稿 日期 ： ２ ０ ０ ７ — １ ２ － ２ ８
成［ １ － ３ 】 ， 但 铅 的 毒性 很 大 ， 铅 对 环 境 及 人 体 健 康有 潜 在 的威胁 。 人 们 期待着 无 铅焊 料 及 与此相 应 的 电镀
ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ． Ｈｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｈａ ｖ ｅ ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｄ ｅ ｒ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｔ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ．
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１ 引言
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对样 品 镀锡层 的厚度 ， 表 面 成份及 镀 层 的可焊 性 进行 了表 征 。结 果表 明 。 镀 锡层 致 密 ， 表 面 平整 ， 无 锡须 形成 ； 镀层 中锡 的质 量分数 为 ９ ９ ． ４ ％。 在９ ６℃ 下 ， 蒸 汽 老化 ８ ｈ后 。 对 可 焊性 影响 不 大 。 锡 层 的厚 度在 ７ ～１ ８ ｕ ｍ 范 围 内。 样 品具 有 良好 的 可焊性 。 但 热 处理 对镀层 可焊性 影 响较 大。 关键 词 ： 可焊性 ； 电镀锡 ； 镀层厚 度 ； 工艺 ； 性能 测试 中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ６ ０ ６ 文献 标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ４ — ４ ５ ０ ７ （ ２ ０ ０ ８ ） ０ １ — ０ ０ １ ０ — ０ ４
ｉ ｍｐｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｓ ｃ ｏ ｐ ｙ，ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉｖ ｔ ｅ ｌ ｙ． Ｔｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｉｎ ｔ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｗａ ｓ
筹
原料： 硫 酸 锡 ， 化 学纯 ； 硫酸 ， 化学纯， 密 度 为 １ ． ８ ｇ ／ ｃ ｍ ； Ｓ ＮＲ 一 ３ Ａ， 配 缸剂 ； Ｔ ＮＲ 一 ３ ， 稳定 剂 。 仪器： Ｊ Ｓ Ｍ一 ６ ４ ６ ０（ ｆ ＿ ｌ 本 ）钨 灯 丝 扫 描 电子 显 微 镜， Ｆ Ｉ Ｓ Ｃ Ｈ Ｅ Ｒ Ｓ Ｃ ０ Ｐ Ｅ （ 德 国１ ｘ一 射 线 荧光 镀 层 厚度 测 试仪， Ｓ Ａ Ｔ 一 ５ １ ０ ０ ｆ 日本） 可焊 性 测试 仪 。
纯 锡 一 水 洗 一 中 和 一 水 洗 一 封 闭 一 水 洗 一 保 护 剂一 水 洗一 离 心一 烘 干
２ ． ４ 老 化 试 验
易形成 锡 须 ， 对 于集成 电求 较 高 的精 密 电子 元 件 ， 要 求 电 镀 层 不 能 形成 锡 须 ， 镀层 即使 长 时 问存 放 ， 仍 能 保 持优 良的可焊 性 及抗 蚀性 。 对 玻璃 封 接 电 子器件 中 要求 焊 接 端 头 镀层 均 匀 ， 可焊性好 ， 小 能 对 电子 元 器件 的 电性 能产 生 良影 响 。
２ ． ２ 电镀 液成 分及 工 艺条 件
Ｓ ｎＳ Ｏａ ２ ０～ ５ ０ ｇ ／ Ｌ Ｈ２ Ｓ Ｏ４ ６ ０～ １ ００ ｇ ／ Ｌ
３ 结 果 与讨 论
３ ． １ 镀锡层的 Ｓ Ｅ Ｍ 分 析
添加 剂 Ａ １ ０ ～ｌ ５ Ｌ 添 加剂 Ｂ ２ ０ ￣３ ０ ｇ ／ Ｌ