锡铅合金作为可焊性镀层已有多年历史 ,其可以在较低温度下焊接 ,不产生锡须 ,焊接强度高 ,因而广泛应用于电子封装和电子线路板行业 。

但随着近年来人们对环境问题越来越重视 ,铅的危害性也逐渐为大众所了解。 因而世界各国不断颁布日趋严格的法令来限制电子产品中铅的应用 ,在这样的背景下 ,国内外都在积极开发无铅电镀工艺 ,其中电镀纯锡工艺得到电子厂商的普遍认可 。

随之而来 ,也出现了许多新的问题 ,其中为典型的是镀层变黄问题 、锡晶须问题和镀液混浊问题 。

这些问题的出现曾一度困扰了纯锡电镀的现场用户 ,影响了纯锡电镀的进一步推广 。 下面 ,我们重点说下镀层变黄问题 。

二 、纯锡镀层的变黄问题

1、纯锡镀层变黄现象

尽管锡的化学稳定性高 ,在大气中耐氧化不易与硫化物反应 ,但纯锡镀层确实存在着变黄问题 ,而且还相当严重 ,与银等金属的变色不同 ,有自己的规律 、特点 。

纯锡镀层变黄是一个普遍现象 ,在引线框架 、连接器的镀锡层上 ,甚至其他装饰性镀锡层上都有发生 。

纯锡镀层变黄表现为镀后在一定的温度 、湿度条件下放置或储存一定时间后外表面显现黄色。 变黄影响镀层外观 ,严重变黄可能会引起可焊性变差 ,一般用户不能接受 。

2、纯锡镀层变黄色的原因

⑴锡的氧化

镀锡层长时间暴漏在空气中 ,与空气中的氧气产生氧化作用 ,生成氧化物使得纯锡镀层的颜色变为黄色 ,严重影响产品的可焊性 。 氧化膜的厚度与颜色的关系见表 1。

⑵镀层存在较多的缺陷 ,如孔隙 、裂纹等

这些缺陷 ,如孔隙 、裂纹等会使镀液渗入其中 ,无法清洗除去 ,从而使有机物夹杂过多 。 与锡铅镀层相比 ,纯锡镀层一般结晶较粗 ,结晶颗粒不规则性大 ,结晶缺陷等也较多 。所以纯锡镀层的变色问题就比锡铅严重得多 。

⑶有机物夹杂或吸附

当镀层中的有机物较多 ,且这些有机物易氧化变色时 ,通常会使镀层泛黄变色 。 在水汽的引导下通过毛细作用在镀层孔隙中夹杂的有机分子会迁移至镀层的表面 ,并在表面聚集 。 因此 ,变黄有时要经过一定时间放置且潮湿、高热的环境会促使变黄现象加速或严重 。

3、控制变黄色的方法

⑴电镀锡添加剂

我们采用 X、 Y两家甲基磺酸镀锡添加剂做对比试验 ,黄铜端子为试验产品 ,在不预镀条件下 ,直接进行甲基磺酸镀锡 ,然后在大气环境下暴露试验 。

发现采用 X供应商的镀 锡添加剂镀出的产品 1周后即发现变色 ,而 Y供应商的镀锡添加剂镀出的产品在 1个月后才开始变色 ,这说明镀锡添加剂的选择对防止镀锡层的变色也很重要 。

使用不同种类的添加剂 ,镀锡层结晶状况和含碳量不同均能影响镀锡层的抗变色能力 。 所以 ,从添加剂着手是解决变黄问题的一个重要方法 。

具体方法是 :采用在镀层中夹杂及吸附少的添加剂组份 。改善添加剂对结晶控制能力 ,形成尽量完善的结晶 ,尽量减少结晶缺陷 。使结晶颗粒排列紧密 ,减少结晶颗粒之间边界处的缝隙 。避免采用既有吸附性又有色或氧化后会显色的组份 。上海某家采用添加剂 SYT848A和 SYT848B 很好的解决了这一问题 。

⑵电镀工艺控制

在电镀工艺控制上注意以下几点 :电镀前期处理除油及去氧化时间不能过长 ,

避免前处理过腐蚀 ;电镀液维护很重要 ,避免镀液混浊 ;添加剂少加勤加 ,避免镀液中添加剂过剩 ;控制好锡离子浓度 、温度 、电流密度等条件 ;

避免在镀液中引入其他杂质 ;定期处理槽液 ,镀液使用一定时间后 ,必须进行更换 ,有些公司为了降低成本 ,旧镀液不进行更换 ,导致电镀效果不佳 。

⑶电镀后处理

电镀过后中和很重要 ,除去残留在镀层或基体上的镀液 ,防止在放置过程中残留液外渗 ,加速镀层氧化而导致镀层变色 。 加强清洗 ,保证清洗所用去离子水的干净 、清洁 ,并且清洗时至少有一道是加热的去离子水 ,水温控制在 60℃ ±5℃为宜 。 镀后处理不当 、清洗不充分是导致变黄的主要原因 。 采用纯水加喷淋对控制变色有很大作用 ,定期更新中和液 。

三 、结束语

目前在电子电镀中无铅纯锡镀层已被广泛采用 ,但其工艺还处于开始广泛采用的初期 ,有些技术环节尚不十分成熟 。

还存在着锡晶须问题 、镀层变色问题和镀液混浊问题等 。 对这些问题需要进行深入研究 ,予以解决 ,推进无铅纯锡电镀技术的发展 。