Sn-Cu 合金电镀工艺与镀层性能讨论1 前言 电子部件上往往要镀覆可焊性镀层,以确保良好焊接。Sn 和Sn-Pb 合金镀层具有优良的可焊性,已经广泛地应用于电子工业领域中。但是 Sn-Pb 合金镀层中含有污染环境的铅,锡镀层容易产生导致电路短路的晶须。 随着环境管理的加强和焊接品质的提高,人们希望使用无铅焊料镀层。现在已经开发了 Sn-Ag 合金、Sn-Bi 合金、Sn-In 合金和 Sn-Zn 合金等无铅焊料镀层,它们存在的问题有:1)获得 Sn-Ag 合金镀层的镀液中含有络合能力很强的络合剂,镀液管理复杂而困难,而且使用价格较高的银,使得镀层成本较高。2)铋的质量分数为 10%以上的 Sn-Bi 合金镀层的熔点为 130～160℃,难以确保电子部件之间的可靠焊接。3)由于 Sn-In 合金镀层的熔点低于 Sn-Pb 合金镀层的熔点,降低了焊接接合时的焊接强度,铟的价格也较贵。4)由于 Sn-Zn 合金镀层容易氧化,因而难以在空气中进行可靠的焊接。基于上述无铅焊料镀层存在的问题,人们开发了另外的Sn-Cu 合金镀层。Sn-Cu 合金镀层一般应用于装饰性镀层或者作为 Ni 镀层的代用镀层,它的镀层组成,晶粒尺寸,平滑性和杂质都会影响 Sn-Cu 合金镀层的可焊性。 此外,为了确保焊接可靠性,要求像 Sn-Pb 合金镀层那样,加热处理以后的可焊性和镀层外观仍然优良。本文就加热处理以后仍然具有优良可焊性的 Sn-Cu 合金镀液和电镀工艺加以叙述。2 工艺概述 讨论发现,Sn-Cu 合金镀层中的杂质碳含量对镀层可焊性有着重要的影响。电镀以后的 Sn-Cu 合金镀层中的杂质碳几乎不会存在于镀层表面上,因而不会影响镀层的可焊性。但是假如在室温下长期保存或者加热处理以后,由于室温下的扩散或者由于加热引起的热扩散,碳就会浮出到镀层表面上,显著地影响镀层的可焊性。 讨论结果表明,Sn-Cu 合金镀层中的杂质碳的质量分数为0.3%以下时,可以显著地提高镀层的可焊性。 讨论结果还表明,假如以 Sn-Cu 合金镀层取代 Sn-Pb 合金镀层,考虑到电子部件之间的焊接强度或者 250～300℃的焊接温度,Sn-Cu 合金镀层中的铜质量分数为 0.1%～2.5%,最好为0.5%～2.0%。假如铜质量分数低于 0.1%,就容易发生锡的晶须而可能导致短路;假如铜质量分数高于 2.5%,镀层熔点就会超过 300℃,难以进行良好焊接。 Sn-Cu 合金镀液中含有可溶性锡盐和铜盐、有机酸、表面活性剂和防氧化剂等组成。 可溶性锡盐有甲烷磺酸锡、乙烷磺酸锡、丙烷磺酸锡、2-丙烷磺酸锡等烷基磺酸锡盐和羟基甲烷磺酸锡...
