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    電鍍錫銅合金技術原理

    發布時間:2020-12-17 17:56人氣:

    錫鉛(SN-PB)合金焊料性能優良,廣泛應用于電子元件裝配領域,但非常遺憾的是,SN-PB中的鉛對環境和人類健康有害,并且已經正式啟動了限制使用含鉛電子材料的活動。
     
    第3份草案規定,禁止在2004年歐洲理事會提出的電子機械棄物命令案中使用鉛PB、鎘CD、汞HG和6價鉻CR等有害物質。日本于1998年制定了亞洲家電回收法,自2001年起,制造商就對已經使用過的廢棄家電產品履行回收義務。在這個法案下,日本各家電·信息機械制造商開始鼓勵銀行減少鉛的使用,正是在這種背景下,提出了發展無鉛焊接工藝及相應的錫銅SN-CU合金電鍍工藝的需求。
     
    關于無鉛焊料電鍍技術要求無鉛焊料電鍍層和電解液,除了不允許使用含鉛物質外,較難實現的是要求其具有與以往使用的SN-PB電鍍層相同的寶貴特性。
     
    對性能的具體要求如下所述:
     
    (1)環境安全性--不允許有鉛PB等對人體健康和環境有害的物質;
    (2)析出穩定性--獲得均勻的外觀和均勻的合金比例;
    (3)焊料潤濕性--進行耐熱試驗和高溫、高濕試驗后,只允許焊料有很小程度的潤濕性;
    (4)抑制金屬須晶的產生;
    (5)焊接強度--焊料的粘結性--焊料與焊料之間的粘結性;
    (6)韌性--不斷裂;
    (7)不污染流焊槽;
    (8)低成本;
    (9)良好的可用性--主要是指易于管理;
    (10)長期可靠性--即使長期使用電解液,也能確保電鍍層穩定;
    (11)排水處理--不使用沉淀法去除重金屬。
     
    選用SN-PB電鍍性能優良的無鉛焊料,以及選用SN-CU(合金焊料)電鍍SN-CU(無鉛焊料)電解液,是目前許多無鉛焊料電鍍技術的研究方向,其中包括試圖用SN-ZN、SN-BI、SB-AG和SN-CU電鍍代替SN-PB電鍍。但這些無鉛電鍍工藝也各有其短長,并非完美無瑕。比如,SN電鍍的優點是成本低,確實有電子器件采用錫鍍法,由于是單金屬錫,當然沒有電鍍合金比的管理問題。
     
    但是,SN電鍍的缺點很明顯,例如,像產生金屬須晶(WHISKER),而且焊料的潤濕性隨著時間的推移而下降。由于SN-ZN電鍍長時間存在著成本和熔點低、焊縫無美中不足等問題,因此必須實現氮氣焊接。BI電鍍的優點是熔點低,焊料潤濕性好,缺點也很明顯:由于BI是脆性金屬,含BI的SN-BI鍍層易產生裂紋,且裝配后的器件引線和電路板焊接界面剝離(LIFTOFF),更麻煩的是在SN-BI合金陽極或電鍍層上電解液中的BI3+離子置換沉積。AG鍍層具有良好的接合強度和抗熱疲勞性能,缺點是成本較高,同時存在SN-AG陽極和SN-AG鍍層AG置換沉積現象。
     
    無鉛電鍍技術具有優良的性能,但仍有許多問題需要深入研究,目前實現還為時過早。因此,日本上村工業公司認為,SN-CU電鍍最有希望取代SN-PB電鍍,并發展成為實用技術,因此決定開發SN-CU電鍍。CU鍍層除有輕微的熔點偏高(SN-CU共晶溫度227℃)外,還具有良好的潤濕性。價格低廉,對流焊槽無污染,并能抑制金屬須晶的形成。
     
    CU合金焊料開發SN/SN2+的標準電極電位為-0.136VVS.SHE(25℃),而CU/CU2+為+0.33V,這兩種電極電位之間存在較大的電位差,在類似于純鹽的電解液中,CU很容易優先析出銅CU。
     
    此外,在使用可溶性SN陽極或SN-CU合金陽極時,由于CU2+離子在電解液中與陽極SN之間的置換反應,會產生沉淀沉降表1標準電解液和工作條件(形成SN-LWT%CU鍍層)。所以要使SN2+和CU2+在電解液中的析出電位接近,就需要配以絡合劑來抑制銅CU最佳析出。CU電解液的配方最終被發現,通過研究各種絡合劑,SN和CU可以形成合金,并且可以抑制置換沉積到銅CU陽極。

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