電鍍錫銅合金技術介紹
2009年06月24日 14:34 4673次瀏覽 來源： 慧聰網 分類： 錫
眾所周知，錫鉛(Sn-Pb)合金焊料能優異，在電子元器件的組裝領域得廣泛應用。但是，非常遺憾的是Sn-Pb中的鉛對于環境和人體健康有害，限制使用含鉛電子材料的活動已正式啟動。
在歐洲歐洲委員會已提出電子機器棄物條令案的第3次草案明文規定，在2004年的廢棄物中嚴禁有鉛Pb、鎘Cd、汞Hg和6價鉻Cr等有害物質。在亞洲的日本于1998年已制定出家電產品回收法案，從2001年開始生產廠家對已使用過的廢棄家電產品履行回收義務。根據這一法案，日本各個家電·信息機器廠家開始勵行削減鉛使用量的活動。在這樣的背景下，強烈要求開發無鉛焊接技術和相應的錫銅Sn-Cu合金電鍍技術。
無鉛焊料電鍍技術要求
關于無鉛焊料電鍍層和電解液，除了不允許使用含鉛物質之外比較難于實現的是要求與以往一直使用的Sn-Pb電鍍層有同樣的寶貴特性。具體要求的性能，如下所述：(1)環境安全性——不允許有像鉛Pb等有害人體健康和污染環境的物質；(2)析出穩定性——獲得均勻的外表面和均勻的合金比例；(3)焊料潤濕性——當進行耐熱試驗和高溫、高濕試驗后，焊料的潤濕性僅允許有很小程度的劣化；（4）抑制金屬須晶產生；(5)焊接強度粘著性——同焊料材料之間接合可靠性；（6）柔韌性——不發生斷裂；（7）不污染流焊槽;（8）低成本；(9)良好的可作業性——主要是指電解容易管理；(10)長期可靠性——即使是長期使用電解液，也能保證電鍍層穩定；(11)排水處理——不加特殊的螯合劑(Chelate)，可利用中和凝聚沉淀處理方法清除重金屬。
在選擇無鉛焊料電鍍技術時，應當綜合分析權衡上述諸多因素，選Sn-Pb電鍍性能的無鉛焊料電鍍技術，選擇Sn-Cu（合金焊料）電解液的原因作為無鉛焊料電鍍技術，現已研究很多種，諸如，試圖以Sn-Zn、Sn-Bi、Sb-Ag和Sn-Cu電鍍取代一直使用的Sn-Pb電鍍。然而，這些無鉛電鍍技術也是各有短、長，并非十全十美。例如，Sn電鍍的優點是低成本，確有電子元器采用電鍍錫的力方法，因為是單一金屬錫，當然不存在電鍍合金比率的管理問題。可是，Sn電鍍的缺點突出，如像產生金屬須晶(Whisker)而且焊料潤濕性隨時間推移發生劣化。Sn-Zn電鍍的長處于在成本和熔點低，美中不足是大氣中焊接困難，必須在氮氣中實現焊接。Sn-Bi電鍍的優勢是熔點低而且焊料潤濕性優良，其劣勢也不勝枚舉：因為Bi是脆性金屬，含有Bi的Sn-Bi鍍層容易發生裂紋，而且組裝后的器件引線和電路板焊接界面剝（Liftoff），更麻煩的是電解液中的Bi3+離子在Sn-Bi合金陽極或電鍍層上置換沉積。Sn-Ag電鍍的優點是接合強度以及耐熱疲勞特性都非常好，缺點是成本高，也存在Sn-Ag陽極和Sn-Ag鍍層上出現Ag置換沉積現象。
上述的無鉛電鍍技術都有優異的特性，同時也存在很多有待進一步研究的課題，實用化為時尚早。為此，日本上村工業公司認為Sn-Cu電鍍最有希望取代Sn-Pb電鍍，可以發展成實用化技術，于是決定開發Sn-Cu電解液。關于Sn-Cu電鍍層特性，它除了熔點稍許偏高(Sn-Cu共晶溫度227℃)之外，潤濕性良好。成本低，對流焊槽無污染，而且可抑制金屬須晶生成。
Sn-Cu合金焊料的開發Sn/Sn2+的標準電極電位是-0．136Vvs．SHE(25℃)，然而Cu/Cu2+是+0．33V，兩者之間的電位差比較大，在—般的單純鹽類電解液里，銅Cu很容易優先析出。
而且，當用可溶性Sn陽極或者Sn-Cu合金陽極的時候，由于電解液中的Cu2+離子和陽極的Sn之間置換反應產生析出沉表1標準電解液和作業條件(獲得sn-lwt%Cu鍍層的情況積。因此，把電解液中的Sn2+和Cu2+的析出電位搞得相接近，需要有抑制銅Cu優析出的絡合劑。通過研究各種各樣的絡合劑，最后終于找到Sn-Cu電解液配方，它能使Sn和Cu形成合金并可抑制在銅Cu陽極上的置換沉積。在這種電解液的基礎出上，開發出鍍層特性優良的Sn-Cu合金電解液“Soft Alloy GTC”，將在下文詳細介紹。
責任編輯：kitty
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