甲基磺酸无铅纯锡高速电镀添加剂研究

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1、甲基磺酸无铅纯锡高速电镀添加剂研究管勇‘，丁运虎1。周玉福2．毛祖国1，何杰1，马爱华(1．武汉材料保护研究所，湖北武汉430030；2．苏州隆孚表面工程有限公司，江苏苏州215000)【摘要】介绍了无铅化问题和高速电镀的发展状况。运用电化学和化学的方法开发了一种无铅纯锡高速电镀添加剂，有效地抑制了锡颓形成，并通过HullCell试验和电镀模拟试验确定了工艺：甲基磺酸200—2509／L，甲磺酸亚锡(Sn“)55—75∥L，无铅纯锡高速电镀添加剂40—80mI／L，温度45—55℃，Jc5—25A／din2。测试了镀液和镀

2、层的性能：该工艺镀液稳定性良好，分散能力和覆盖能力好，平均电流效率98．2％；镀层晶粒圆滑均匀(3—8p,m)，舍碳量较低，附着强度好，无变色现象，可焊性符合J—STD一002BTestE和GB／T16745—1997要求．双85试验1000h后无锡须出现。【关键词】添加剂，可焊性，纯锡。【中图分类号]TQl53．1+3【文献标识码】A[文章编号】1001—1560(2006)09—0231一060前言0．1无铅化问题锡铅合金作为可焊性镀层在电子电气工业中已使用多年，如印刷电路板、电子、电气元件，半导体组件、IC引线框架等

3、。但随着近年来人们对健康和环境问题越来越重视，铅的危害性也逐渐为大众所了解。因而世界各国不断颁布日趋严格的法令来限制电子产品中铅的应用，这其中欧盟和日本都已经严格限制了铅的使用年限。因此，自20世纪90年代后期至今，国内外电镀工作者都在积极开发替代锡铅电镀的无铅电镀工艺。可能的替代工艺有：纯锡工艺，锡铜工艺，锡银工艺，锡铋工艺等。纯锡工艺具有镀层成分单一，与各种无铅焊料易于匹配，适用范围广等优点，且电镀液相对简单，有利于维护和管理，成本也较低，便于推广应用；国外知名公司也已推出了相关的高速电镀产品。并在电子行业得到普遍认可

4、⋯。因而我们进行了无铅纯锡高速电镀方面的研究，取得了一定的成果，并在生产中逐步得到应用。O．2高速电镀”1在集成电路及其它电子元器件的封装后处理工艺中，通常的电流密度为0．5—3A／dm2，沉积速度一般为0．2—0．8la,m／min，达到工艺要求的镀层厚度(一般是7—91J,m或9一tlp．m)，电镀时间要几十分钟，加上各辅助工序的时间，电镀过程总用时一般超过1h。一随着电子信息技术的高速发展，电子元器件的需求量迅速增长，对电镀速度和电镀效率的要求日益提高，单靠挂镀或滚镀的电镀工艺已不能满足工业的需要，高速电镀新技术就是

5、适应这一发展而开发出来的。为了提高电子电镀产业的生产效率，20世纪末在国外出现了高速电镀工艺。高速电镀采用较高的电流密度，将塑封后的引线框架引入到高速电镀机中，在流动的镀液中将引脚镀上可焊性的锡铅合金镀层。通常的电流密度为10—20A／din2。沉积速度为0．1—0．15tLnds，电镀达到工艺要求厚度的时间为80—1208。近年来，随着可焊性镀层高速电镀技术的发展，电镀时间已经可以缩短为60s甚至40s。1试验1．1仪器HL一10ATM型HullCell试验仪(武汉材料保护研究所)DJH—D型电解式测厚仪(武汉材料保护研

6、究所)CHl660B电化学系统(上海辰华仪器有限公司)101—3型电热鼓风干燥箱(上海沪南科学仪材毽像辘No宝前。血潞u口皓璐口彗(81．警遵毽甲基磺酸无铅纯锡高速电镀添加剂研究器联营厂)GDS一100型高低温湿热试验箱(江苏安特稳试验设备有限公司)SAT一5100可焊性测试仪电子扫描电镜JSM一5510高速电镀模拟装置(自制)1．2主要药品甲磺酸亚锡[Sn(CH，SO，)：]含sn2+约3009／L电子级甲基磺酸(CH3SO，H)70％水溶液，约9459／L电子级1．3试验方法1．3．1镀液性能试验方法[31用HullC

7、ell试验测定工艺参数影响；HullCell试验测定分散能力；HullCell试验测定覆盖能力；小槽模拟试验检验镀液稳定性；计时称重法测定阴极电流效率；动电位线性扫描法测量阴极极化曲线。1．3．2镀层性能检测方法扫描电镜观察镀层形貌；电子能谱测试镀层含碳量；弯曲和热震试验检测镀层附着强度；蒸汽试验检测镀层的抗变色性能；试验润湿天平法检测镀层可焊性；双85试验检测镀层抗锡须性能。昌2结果与分析导m2．1添加剂组成2．1．1分散剂镀层的均匀性取决于镀液的分散能力。对于结构复杂的镀锡电子元件，镀层的均匀性有严格的要求。因此镀液中

8、需加入某些特殊的分散剂，提高分散能力。这些分散剂主要含有EO、PO或同时含有EO和PO链接的酚类及其衍生物”o。2．1．2防烧焦剂纯锡工艺普遍存在电流密度范围窄，高电流密度区容易烧焦问题。因此必须在添加剂中引入防烧焦剂来拓宽电流密度范围，抑制高电流密度区的烧焦。防烧焦剂主要为含有EO、PO或同时含有EO