性能的影响, 找到了几种对本工艺较为贴切的添加 剂, 并确定了主盐和主配位剂的用量。获得了基本 配方: 甲基磺酸 100 mL / L , 甲基磺酸亚锡 8 mL / L , M 0. 16 g / L , OP 乳化剂 1 mL / L , 间苯二酚 1 g/ L , 酚酞 1 mL / L 。 2. 1. 1 主盐 Sn 2 是镀液的主盐。它主要由甲 基磺酸亚 锡 和阳极的溶解提供。赫尔槽实验根据结果得出: 当甲基 磺酸亚锡的体积浓度高时, 可操作电流密度增大, 但 镀液的覆盖能力和分散能力变弱, 结晶粗糙; 其体积 浓度低时, 镀液的覆盖能力和分散能力增加, 但可操 作电 流密度变小, 沉积速率 慢, 电流效率降低。所 以, 本工艺 Sn 2 的体积浓度控制在 8~ 10 mL / L 为 佳。 2. 1. 2 甲基磺酸 镀锡液中加入甲基磺酸有三种作用: ( 1) 防止 Sn2 水解, 甲基磺 酸具有很强的配 位作用, 可 降低 Sn 的活度; ( 2) 提高阴极极化, 起到细化结晶的作 用; ( 3) 提高镀液的导电性和分散能力。适当增加 甲基磺酸的体积浓度, 能大大的提升镀 液的分散能力。
随着酚酞的加入, 镀层光泽增加, 结晶细致, 光亮电 流密度范围变宽, 且改善了镀层上的条纹问题。其 体积浓度控制在 1. 0~ 1. 6 mL / L 为宜。过低, 镀层 上条纹较多; 过高, 镀层上虽 无条纹, 但镀层偏暗。 酚酞的加入在整个电流密度范围内产生了平滑、 光 亮的锡沉积层[ 5] 。
层性能的影响也是非常大的。 2. 2. 1 温度 温度是电沉积过程的重要工艺条件, 选择一个 合适的温度范围, 才可以获得良好的镀层。本实验分 别在 15 , 20 , 35 , 45 和 55 下进行试镀。 根据结果得出: 随着温度的升高, 镀液的分散能力和覆盖 能力提高, 有利于得到光亮细致的镀层。但若温度 过高( 35 ) , 镀液的稳定性不好, Sn2 容易被氧 化, 使镀液浑浊, 且镀层粗糙; 温度过低( 15 ), 离子迁移变慢, 镀液的分散能力变弱, 沉积速率慢, 镀层的光亮范围减小, 高电流密度区容易发黑。因 而本工艺温度一般控制在 20~ 35 。 2. 2. 2 电流密度 分别在 0. 5 A, 1. 0 A, 1. 5 A, 2. 0 A, 3. 0 A 下 进行试镀。当电流过高, 高电流密度区容易烧焦, 且 镀层粗糙; 电流过低, 低电流密度区容易漏镀, 同时 析氢增加, 效率下降。综合比较, 在最佳工艺条件 下, 电流密度为 4. 5 A dm 均匀、 细致, 呈半光亮。
表2 电流 1. 0 A M 的质量浓度不同的情况下镀锡层的外观 M 0 镀层外 观 镀层整体发暗, 且镀层粗糙 镀层高电 流密 度 区 发暗, 低电 流 密度 区条纹较少 镀层高电 流密 度 区 略暗, 低电 流 密度 区条纹少, 镀层呈半光亮 镀层高电 流密 度 区 略暗, 低电 流 密度 区有条纹, 中电流密度区半光亮 镀层偏暗, 镀液中晶体析出严重
表3 电流 1. 0 A 酚酞的体积浓度不同的情况下镀锡层的外观 酚酞 0 镀层外观 镀层上条纹较多, 镀层发暗 镀层高电流密度 区发 暗, 有条纹 , 低 电 流密度区条纹较多 镀层高电 流 密 度区 发 暗, 低 电流 密 度 区条纹较多 镀层高电 流 密 度区 略 暗, 低 电流 密 度 区条纹较少 镀层整体偏暗
其体积浓度过低, 不足以抑制 Sn2 的水解, 使镀层 粗糙, 光泽度下降, 易产生条纹; 其体积浓度过高, 就 会使成本升高, 并且电镀中产生大量气体。因而甲 基磺酸的体积浓度控制在 96~ 112 m L/ L 为宜。 2. 1. 3 间苯二酚 电镀液中 Sn 2 易氧化成 Sn4 , Sn 4 影响镀液 和镀层的性能, 必须加入 稳定剂来抑制 Sn 2 的氧 化, 保持镀液稳定。根据多次实验, 选取间苯二酚为 稳定剂, 其赫尔槽实验结果, 如表 1 所示。
层是否起皮、 脱落。 ( 3) 镀液覆盖能力测试 [ 4] 采用赫尔槽实验法。赫尔槽实验法是在一定电 流下, 电镀固定的时间, 测量镀层覆盖试片的长度来 定性评定镀液的覆盖能力。在 1 A 的电流下电镀 5 m in, 观察试片的镀覆情况。 ( 4) 表面形貌观察 通过电 子 扫描 电 镜 ( SEM , 日本 电 子 株 式 会 社) , 放大 1 000 倍观察镀层的表面形貌。 ( 5) 电化学测试 利用电化学工作站绘制镀液的极化曲线, 对镀 液进行电化学机理分析。实验采用三电极体系, 研 究电极为直径 3 mm 的玻碳电极, 辅助电极为铂电 极, 参比电极为饱和甘汞电极( SCE ) 。电化学测试 采用电化学工作站 L K 2005。测量循环伏安曲线 V , 终止电位 为 - 1. 2 V, 扫描速率为 10 mV/ s。 研究电极前处理步骤: 砂纸打磨 撒有粒径 为 0. 05 m 的 Al2 O 3 粉末的 细绒布抛光 蒸馏 水洗 超声波清洗 测试。
由于酚酞含有 CH = CH C= O 的结构, 因 而可当作镀锡的光亮剂使用。其不同体积浓度的 赫尔槽实验结果, 如表 3 所示。从表 3 中可以看出:
由表 1 可知: 稳定剂的质量浓度控制在 1. 0~ 1. 5 g / L 为宜。过低, 镀液稳定性不好; 过高, 镀层 光泽会降低, 高电流区有烧焦趋势。 2. 1. 4 光亮剂 M 和酚酞 M 是一种常 用电镀 添加 剂, 由 于其 溶解 度很 低, 故本研究中将 M 溶解于无水 乙醇中。实验结 果, 如表 2 所示。由表 2 可知: M 改善了镀层发暗的 现象, 使镀层光亮度增加。其质量浓度过低, 镀层发 暗; 过高, 由于 M 的溶解度有限, 会从镀液中析出, 造 成镀液分散性差, 因而镀层条纹增加, 且镀液有晶体 析出。故其质量浓度应控制在 0. 2~ 0. 3 g / L 。
基体材料。 1. 2 工艺流程 试样 化学除油 酸洗 蒸馏水洗 热水洗 电镀锡 冷水洗 吹干
锡及锡 铅合金镀层由于具有优良的抗 蚀性和 可焊性而大范围的应用于电子工业中。然而, 在全球无 铅化进程的推动下, 继欧盟 Ro H S, WEEE, REACH 指令后, 中国政府也发布了 电子资讯产品污染防治 管理办法 。目前, 国内外都在 大力开发替代 电镀 锡 铅合金的无铅电镀工艺。电镀纯锡由于镀层成 分单一, 与各种无铅焊料易于匹配, 适合使用的范围广; 且 电镀液相对简单 , 便于维护和管理, 成本也较低, 在电子行业中得到普遍认可。 以前的锡镀液主要以高污染的氟硼酸盐、 苯酚 磺酸盐及卤化物等为主, 近年来硫酸盐电镀锡工艺 大大改善了对环境的污染, 但是镀液不稳定。因此, 需要开发出一种新的镀锡工艺 来满足市场化 的需 求。甲基磺酸盐电镀锡基本上能解决以上问题, 具 有很高的工业应用价值。本文研究了一种新的甲基 磺酸盐电镀锡工艺配方, 得到的镀层均匀、 平滑、 半 光亮, 并利用扫描电子显微镜( SEM ) 和极化曲线等 手段研究了镀液和镀层的性能。