文档介绍：Sn-Cu合金电镀工艺及镀层性能研究
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
    研究发现,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。但是如果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。
    研究结果表明,Sn-%以下时,可以显著地提高镀层的可焊性。
    研究结果还表明,如果以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-%~%,%~%。%,就容易发生锡的晶须而可能导致短路;%,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、2-羟基乙基-1-磺酸锡、2-羟基丁基-1-磺酸锡盐等烷醇基磺酸锡盐。它们可以单独或者混合使用。以锡计的质量浓度为5~100g/L,最好为10~60g/L。
    可溶性铜盐有甲烷磺酸铜、乙烷磺酸铜、丙烷磺酸铜、2-丙烷磺酸铜等烷基磺酸铜盐和羟基甲烷磺酸铜、2-羟基乙基-1-磺酸铜、2-羟基丁基-1-磺酸铜等烷醇基磺酸铜盐。它们可以单独或混合使用。~30g/L,~10g/L,%~%%~%的Sn-Cu合金镀层。
    镀液中加入有机酸旨在络合镀液中的锡盐