论文--电子电镀中的问题、现状及发展前景

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1、电子电镀锡中的问题、现状及发展前景摘要：锡镀层具有良好的可焊性、导电性、延展性和耐蚀性，镀锡已经在电子工业中得到了广泛地应用。本文对电子电镀中镀锡技术的发展进行了总结，重点集中于镀锡中的问题、电镀技术现状及未来发展前景等方面，并对锡及锡基合金电子电镀技术未来的发展进行了展望。关键词：电子电镀，镀锡，问题锡具有良好的可焊性、延展性、导电及导热性，并具有较低的熔点和良好的耐蚀性，因此锡及锡合金作为可焊性及防护性镀层已经被广泛地应用于电子行业中。锡及锡基合金的电镀已经成为电子电镀中的重要组成部分，在电子电镀中占有重要的地位。由于欧盟

2、相关法规（RoHS和WEEE）的提出及实施，近十几年来各种无铅化锡及锡基合金电镀技术得到了广泛地研究及应用。经过多年长期的应用实践，工业上已经形成了较为成熟的生产工艺和较为完善的性能评价体系。锡及锡基合金的电镀技术也有了长足的进步，采用了许多的新方法、新产品和新工艺，相应地也产生了一些新问题。镀锡及锡基合金技术就是在不断地解决各种问题中，走过了这十几年，并不断地得到了发展。1.镀锡中的问题镀锡中的问题包括：经典的问题-锡晶须、镀层变色及镀液混浊，回流及热处理问题-焊点空洞、金属间化合物层微孔、回流焊变色，界面问题-界面反应、电

3、迁移及热膨胀系数不匹配等。1.1焊点空洞1.1.1焊点空洞(Macrovoids)的产生焊点处空洞（气泡）的产生，是由于焊锡膏中的助焊剂成分在高温下分解的气体产物或挥发性物质没有及时释放出去，被包裹在熔融的锡中，冷却后就形成了空洞。它与助焊剂、焊接条件、材料性质等有关。主要包括引脚焊点、BGA焊点及QFN的导热焊点（散热焊盘）（封装底部中央部位）。影响：对于小尺寸的封装形式，可能会影响焊点的机械性能及电信号传输。可接受的焊点空洞尺寸：按IPC-A-610E（电子组件的可接受性），表面贴装对焊点空洞的验收要求为：X射线影像区内焊

4、球的空洞小于或等于25%。1.1.2影响因素（1）助焊剂a.活性：回流时残余的氧化物可能把助焊剂粘在焊锡表面，焊料熔融后进入熔体中产生空洞。如果助焊剂的活性高，能有效地去除表面氧化物，就能减少产生空洞的可能。b.产气速率：助焊剂产生气体的速率决定了熔体中裹夹气体的量，因而决定了空洞的多少。所以，产气速率大的助焊剂产生的空洞就会多。而产气总量通常影响不大。（2）焊料及熔体a.润湿性及可焊性：润湿性及可焊性好空洞少。可焊性的影响大。熔体表面张力：熔体表面张力小，容易使裹夹着的气体从熔体中释放出去。b.熔融顺序：对BGA型封装来说，

5、如果焊料凸点的熔融温度低于焊锡膏中焊料的熔融温度（例如SnPb凸点，用含SnAgCu焊料的焊锡膏），球状凸点先熔融，焊锡膏中助焊剂成分气化，气体会进入熔体中而产生空洞。所以，熔融顺序不能搞错。（3）与镀层的关系：a.纯锡比锡铅及其他锡合金容易产生空洞。因为纯锡熔体的表面张力比锡铅等大，助焊剂产生的气体就不容易穿过熔体层跑出去。而且纯锡的密度比锡铅等小，对气体的挤压作用小。另外纯锡的熔点高也是使气体不易释放的原因之一（不易熔融易凝固）。b.镀层中杂质、表面氧化及污染、镀层缺陷及孔隙。在锡熔融后，这些氧化层或杂质会聚集在锡熔体表面

6、，阻止气体向外释放。1.1.3改善的措施包括助焊剂及焊锡膏的选择（低产气速率、高活性、好的润湿性等）、焊接条件的确定（合适的熔融顺序、良好的通风等。另外在回流焊的温度曲线中，通过对熔体的较长时间保温的均热方式也有利于除去熔体中的挥发性物质）等多方面。从电镀及镀层方面考虑主要有：（1）改善镀层的质量，使镀层均匀、致密、减少镀层的结晶缺陷及杂质，为此可以：a.保持镀液处于良好状态，如果镀液有混浊的趋势，可以进行处理，经常进行镀液更新。老镀液或混浊镀液会引起镀层夹杂增大，并引起镀层质量变差。b.采用适当高的锡离子浓度、适当低的添加剂

7、浓度、适当高的电流密度有利。（2）改善前、后处理。前处理避免过腐蚀，后处理尽量去除镀层表面杂质，加强清洗。以上建议供参考。（3）改善可焊性。可焊性的影响是复杂的、综合性的。1.2金属间化合物层微孔1.2.1产生原因金属间化合物层微孔（IMCMicrovoids）也称为Kirkendall孔。由于Cu和Sn穿过界面相互扩散的速率不相等，Cu的扩散快于Sn，因此，向Sn镀层方向扩散的Cu原子在Cu侧留下了一些空的位置，这些空的位置集合起来，就在Cu-Cu3Sn界面和Cu3Sn层内产生了微孔，即Kirkendall孔。影响：主要影响

8、焊点的机械性能及电气互连性能，使产品的可靠性降低。1.2.2影响因素（1）热的作用：热会加速扩散，因此长时间受热易于产生微孔。热可能来自于组装中的热处理、在较高温度场合下工作及器件工作时的发热（例如，高密度小尺寸封装、高功率时散热能力不足）。（2）基体材料的影响：主要是铜基体