肖发新1,2,　毛建伟1,　曹　岛1

　　(1.河南科技年夜学资料迷信与工程学院,河南洛阳471003;2.河南省有色金属资料迷信与加工技巧重点试验室,河南洛阳471003)

　　择要:为处理印刷线路板传统锡-铅合金电镀工艺的铅氟环境净化成绩,对硫酸亚锡-β-萘酚酸性纯锡电镀工艺进行了钻研。采纳赫尔槽法、人工减速侵蚀法、SEM、XRD等办法测定了镀液各组分对镀液功能及镀层品质的影响。失去该体系适合的工艺前提:硫酸亚锡30 g/L,硫酸70 mL/L,β-萘酚0.5 g/L,明胶1 g/L,1~3 A/dm2,25~35℃,15 min。正在此前提下施镀,可失去润滑平坦的半光洁镀锡层。镀液功能测试标明:其扩散才能可达到93.51 %,深镀才能L/Φ至多可到5,电流效率可达97.8 %。SEM试验标明:该体系失去的镀层结晶致密、平均,晶粒巨细约为3~5μm。XRD测试标明:锡正在(211)晶面择优堆积。人工减速侵蚀试验标明:镀层耐蚀功能精良。该工艺具备净化小、堆积速度快、成份简略等优点,无望使用于印刷线路板酸性镀锡产业消费。

　　要害词:半光洁;酸性镀锡;β-萘酚;印刷线路板

　　中图分类号:TQ 153　　文献标识码:A　　文章编号:1000-4742(2011)06-0015-04

　　0　媒介

　　印刷线路板(PCB)是组装电子整机用的基板,是电子产物的要害电子互连件[1]。正在PCB制作中,有一道刻蚀工序是去除了过剩的铜箔,留下印刷线路的图形。为了不图形正在刻蚀进程中发作破蚀、断线等而招致线路板报废,通常需求正在图形上镀锡-铅合金,正在实现图形制造后再退除了[2]。因为铅及铅的化合物属剧毒物资,且铅是不成降解的净化物,对人体具备极年夜毒性,对环境净化重大,因而采纳无氟无铅的酸性镀锡工艺是必定的趋向。硫酸盐酸性纯锡电镀工艺具备析氢少、堆积速度快、工作电流密度宽等优点,是代替铅-锡合金电镀的次要体系[3],其有光洁以及半光洁两种体系。相比前者,半光洁镀锡层具备更好的耐蚀性以及可焊性。今朝对于酸性光洁镀锡工艺的钻研报导较多[4],但对于PCB酸性半光洁镀锡鲜见报导。本文经过钻研硫酸亚锡-β-萘酚半光洁酸性镀锡,取得结晶粗疏、润滑平坦且电流效率高的镀层,对PCB酸性镀锡消费具备肯定的指点意思。

　　1·试验

　　1.1试验试剂

　　硫酸亚锡、硫酸、β-萘酚、明胶,所用试剂均为剖析纯,所用溶液均采纳蒸馏水配制。

　　1.2　试验步骤

　　取250 mL镀液退出体积为267 mL的赫尔槽中,采纳水浴(DF-101S型电子恒温没有锈钢水浴锅)控温至25℃,以紫铜箔以及纯锡板辨别为阴、阳极,正在电流强度为2 A(WYK-305型直流稳压电源)下施镀15 min。试验完结后掏出阴极,正在品质分数为5 %的H2SO4溶液中浸泡数分钟后水洗,吹干,察看试片有镀层部位的中线偏偏上1 cm处的镀层状况,并采纳文献[5]所示的办法记载镀层品质。

　　1.3　测试办法

　　1.3.1　镀液扩散才能以及深镀才能的测定

　　(1)采纳赫尔槽法测定镀液的扩散才能,将施镀后的阴极有镀层局部的中线偏偏上1 cm区域分红10等格,采纳螺旋测微仪辨别测出第1,5,8个方格中心部位的阴极厚度(δ1,δ5,δ8),按较量争论公式T.P=δi/δ1×100 %,较量争论镀液的扩散才能[5]。

　　(2)采纳内孔法丈量镀液的深镀才能。以一端启齿的尺寸为Φ10 妹妹×50 妹妹的铜管作阴极,正在肯定前提下施镀后将铜管按纵向切开,丈量内壁镀层的长度,用内壁镀层的长度L以及管径Φ的比值来评定镀液的深镀才能[6]。

　　1.3.2　电流效率测试

　　经过测尝尝片正在施镀前、后品质的变动来较量争论电流效率以及堆积速度。较量争论公式以下:

　　η= q×z×Δm/(M×I×t)×100 %(1)

　　式中:η为电流效率,%;q为电化学当量常数,26.8g/(A·h);z为参与反响的患上失电子数;Δm为电极上析出产品的实际品质,g;M为锡的原子品质;I为电镀进程中的电流,A;t为电镀工夫,h。

　　1.3.3　耐蚀功能测试

　　采纳人工减速侵蚀试验丈量镀层的耐蚀性,将10μm厚的镀锡层搁置正在肯定组分的溶液中延续浸泡48 h,经过测定浸泡前、后镀层的失重来较量争论镀层的侵蚀速度。浸泡溶液组分及工艺前提为:NaCl50 g/L,pH值10,30℃。

　　1.3.4　XRD及SEM测试

　　将施镀后的试片剪成1 cm×1 cm巨细,正在X射线衍射剖析仪(D8 ADVANCE型,德国BRUX)上检测镀层的晶面目标。采纳扫描电镜(JSM-5610LV型,日本电子)察看镀层的外表描摹及微粒巨细。

　　2·后果与探讨

　　2.1　工艺前提对镀层品质的影响

　　2.1.1　硫酸亚锡

　　采纳前述试验步骤电镀锡,当硫酸为70 mL/L,β-萘酚为0.5 g/L,明胶为1 g/L,温度为25℃时,跟着硫酸亚锡的品质浓度的增年夜,镀层烧焦区先减小后增年夜;半光洁区先增年夜后减小,且向高电流密度区挪动;低电流密度区逐步增年夜。这是由于阴极电流密度正在容许范畴内随主盐的品质浓度的进步而进步。但阴极电流密渡过高会惹起镀层蓬松、毛糙、多孔,整机边缘易烧焦;阴极电流密渡过低,堆积速度迟缓而影响消费效率,容易烧结[7]。当硫酸亚锡的品质浓度为30 g/L时,镀层光洁区宽,电流密度范畴宽,因而适合的硫酸亚锡的品质浓度为30 g/L。

　　2.1.2　硫酸

　　当硫酸亚锡为30 g/L,β-萘酚为0.5 g/L,明胶为1 g/L,温度为25℃时,跟着硫酸的体积分数的增年夜,镀层烧焦区以及低电流密度区先减小后增年夜;半光洁区先增年夜后减小。当硫酸的体积分数为70mL/L时,镀层半光洁区宽,电流密度范畴宽。这是由于硫酸具备进步溶液导电功能及阴极电流效率的作用。其体积分数太低时,镀液的电流效率低;太高,析氢重大,电流效率降落[8]。因而适合的硫酸的体积分数为70 mL/L。

　　2.1.3　明胶

　　当硫酸为70 mL/L,β-萘酚为0.5 g/L,硫酸亚锡为30 g/L,温度为25℃时,没有加明胶所患上镀层烧焦区很宽,而且孕育发生年夜量毛糙的、树枝状的堆积物,镀层毛糙不服整。退出明胶后,跟着明胶的品质浓度的增年夜,镀层烧焦区先减小后增年夜;半光洁区先增年夜后减小。这是由于明胶既是外表活性剂也是一种光洁剂,它能够进步阴极极化,匆匆使晶粒细化,进步镀液的扩散才能,并与β-萘酚施展协同效应,使镀层光亮粗疏[9-10]。当明胶的品质浓度为1 g/L时,镀层半光洁区宽,电流密度范畴宽,镀层平坦光亮,因而适合的明胶的品质浓度为1 g/L。

　　2.1.4　β-萘酚

　　当硫酸亚锡为30 g/L,硫酸为70 mL/L,明胶为1 g/L,温度为25℃时,没有加β-萘酚时根本上整个镀层都为烧焦区,另有少局部的露底镀层,而且孕育发生年夜量毛糙的、树枝状的或针状的堆积物。跟着β-萘酚的品质浓度的添加,烧焦区先减小后增年夜,半光洁区先增年夜后减小。钻研[9]标明:β-萘酚具备进步阴极极化、细化结晶、缩小空地空闲的作用。β-萘酚的品质浓度为0.5 g/L以及0.8 g/L时都可餍足酸性镀锡的要求,基于老本思考,拔取0.5 g/L作为β-萘酚的好品质浓度。

　　2.1.5　温度

　　当硫酸亚锡为30 g/L,硫酸为70 mL/L,明胶为1 g/L,β-萘酚为0.5 g/L时,跟着温度回升,镀层烧焦区以及低电流密度区均逐步增年夜;半光洁区逐步减小;且随温度的添加,镀层品质变坏,当温度为55℃时,镀层变患上毛糙。这是由于亚锡酸盐的氧化水解以及光洁剂的耗费均随镀液的温度降低而放慢。镀液温度高,二价锡氧化成四价锡的速度放慢,积淀增多、镀层毛糙、半光洁区减少、镀层平均性差;太低,则工作电流密度变窄、镀层易烧焦[10]。但从全体上说,正在25~35℃范畴内均能电镀失去润滑平坦的镀层,故该体系的适合温度范畴为25~35℃。

　　2.2　镀层功能的检测后果及剖析

　　2.2.1　镀液的扩散才能以及深镀才能

　　正在硫酸亚锡为30 g/L,硫酸为70 mL/L,明胶为1 g/L,β-萘酚为0.5 g/L,25℃的前提下,酸性镀锡液的扩散才能较高,5区的扩散才能为93.51 %,8区的扩散才能为90.39 %。

　　正在上述工艺前提下,采纳内孔法测试镀液的深镀才能。通过15 min的电镀,铜管的盲端曾经全副镀上锡层,阐明正在上述前提下该体系的深镀才能L/Φ至多可达到5。

　　2.2.2　电流效率

　　正在上述工艺前提下,镀液的电流效率随电流密度的变动曲线,如图1所示。由图1可知:跟着电流密度的增年夜,电流效率先增年夜后减小,当电流密度为2 A/dm2时,电流效率年夜,达到97.8 %。由此可知:该体系适合的电流密度范畴为1~3 A/dm2。

　　2.2.3　镀层耐蚀性

　　将正在上述工艺前提下电镀15 min后制患上的酸性镀锡层剪取巨细为21.5 妹妹×25 妹妹,外表积为5.38 cm2的试样进行耐蚀试验,所患上侵蚀速度以及镀层品质曲线,如图2所示。

　　由图2可知:跟着侵蚀工夫的延伸,镀层品质不断缩小,侵蚀速度一直增年夜。刚开端浸泡时,侵蚀速度较小,镀层品质缩小没有显著。这是由于刚开端浸泡时,镀层致密润滑,NaCl溶液难以进入镀层,因而侵蚀速度较低。跟着侵蚀工夫的延伸,镀层侵蚀水平加深,侵蚀速度一直增年夜。

　　2.2.4　镀层SEM

　　正在上述工艺前提下,正在赫尔槽中对试片施镀30 min,经酸洗以及蒸馏水洗濯后剪成2 cm×2 cm巨细,进行扫描电镜测试,镀层外表描摹,如图3所示。

　　由图3可知:采纳本体系电镀30 min,镀层外表平坦、致密,结晶平均,晶粒巨细约3~5μm。

　　2.2.5　X射线衍射

　　正在上述工艺前提下施镀15 min,对所患上镀层进行XRD测试,所患上XRD谱图采纳Jade软件进行标定,试验后果,如图4所示。

　　由图4可知:镀层堆积物正在2θ为30.644°,32.018°,44.902°,64.576°,72.414°以及89.409°时呈现(200),(101),(211),(321),(421)以及(431)6个晶面衍射峰,相比规范PDF卡片的立方锡,镀层I(211)/I(200),I(211)/I(101),I(211)/I(421)的峰值比明显增年夜,阐明锡层正在(211)晶面发育较快,结晶功能较好,即:镀层正在晶面(211)择优取向。

　　3·论断

　　(1)印刷线路板半光洁酸性镀锡适合的工艺前提为:硫酸亚锡30 g/L,硫酸70 mL/L,β-萘酚0.5g/L,明胶1 g/L,1~3 A/dm2,25~35℃,15 min。正在此前提下所患上镀液的扩散才能可达93.51 %,深镀才能L/Φ至多可达5,电流效率可达97.8 %。

　　(2)对正在优工艺前提下所患上镀层的耐蚀性检测后果标明:镀层的耐蚀功能精良。SEM后果标明:镀层结晶致密、平均,晶粒巨细约为3~5μm。XRD后果标明:锡正在晶面(211)择优取向。

　　参考文献:

　　[1]杨宏强.寰球PCB工业倒退现状[J].印制电路信息,2008(12):9-16.

　　[2]Chen Y H, Wang Y Y, Wan C C. Microstructuralcharacteristics of

　　i妹妹ersion tin coatings on copper circuitriesin circuit boards[J].

　　Surface and Coatings Technology,2007,202(3):417-424.

　　[3]Kim K S,Han W O,Han S W.Whisker growth on surfacetreatment in the

　　pure tin plating[J]. Journal of ElectronicMaterials,2005,34(12):1 579-1 585.

　　[4]Garcia G M,Perez H V,Garcia J A,et al.Electrochemicalrecovery of

　　tin from the activating solutions of the electrolessplating of polymers

　　galvanostatic operation[J].Separation and Purification Technology,

　　2006,5(2):143-149.

　　[5]张景双,石金声,石磊.电镀溶液与镀层功能测试[M].北京:化学产业出书社,2003:105-128.

　　[ 6 ]罗耀宗.怎么防治以及缩小酸性镀锡液的浑浊景象[J].电镀与涂饰,2003,12(6):12.

　　[ 7 ]钟云,何永福,颜阳,等.电镀锡与晶花化工艺钻研[J].电镀与环保,2006,26(6):5-7.

　　[ 8 ]田长春,罗序燕,李东林.铜线材防变色光洁锡电镀工艺[J].电镀与涂饰,2002,21(6):58-59.

　　[ 9 ]张勇强,刘兴全.锡基合金可焊性及酸性镀锡稳固剂的钻研[J].电镀与环保,1994,14(4):3-5.

　　[10]罗威,张学军.硫酸盐型亚光纯锡电镀工艺正在PCB上的使用[J].孔化与电镀,2004(6):31-32.