硫酸盐酸性光亮镀锡铋合金工艺

　　摘要采用赫尔槽试验研究了硫酸盐酸性电镀锡铋合金工艺,以改善镀层的光亮性以及镀液的稳定性为目的,讨论了镀液组分及工艺条件对镀液和合金镀层性能的影响,检测了镀液和镀层的相关性能,根据结果得出,镀液中加入光亮剂和稳定剂后,可获得一种铋含量达2.5,,且耐蚀性,可焊性优良的光亮Sn-Bi合金镀层,镀液的覆盖能力和分散能力良好,镀液稳定性也得到较大提高,

　　随着电子工业的快速的提升,对电子元器件可焊性的要求慢慢的升高,迫切地需要均镀能力优良的可焊性镀层与之相适应,镀锡层的可焊性虽好,但由于纯锡层有易发生晶须和向灰锡转变的缺点,易造成电路短路,采用传统的Sn-Pb合金能解决这个问题,但是由于环保的要求使Pb的使用受到限制,此外,Sn-Ag,Sn-Au等锡合金有较好的抗氧化性和可焊性,然而成本比较高,应用有限(1),相比较而言,Sn-Bi合金镀层既有较好的抗氧化性和可焊性,且处理时污染小,价格相比来说较低而受到大家青睐,

　　电镀Sn-Bi合金的体系主要有硫酸体系,氟硼酸盐体系,烷基磺酸盐体系等几类,其中氟硼酸盐体系存在着毒性大,废水净化处理麻烦的缺点,烷基磺酸盐体系虽毒性低,但成本高(2),硫酸体系虽存在镀液稳定性不好的缺陷,但是它沉积速率快,镀液分散能力好,成本低,因此较多的应用于工业生产,

　　硫酸铋,工业级,,硫酸亚锡,工业级,,硫酸,工业级,,光亮剂,自制,,稳定剂,自制,,盐酸(CP),双氧水(CP),氢氧化钠(CP),氟化铵(CP),六次甲基四胺(AP),二甲酚橙(AR)(EDTA)AR,,铜片,纯锡片,l.2试验仪器与设备

　　ZDA-10A,12V硅整流器,浙江绍兴承天电器厂,,BC-10赫尔槽试验仪,武汉材料保护研究所,,电分析天平,上海天平仪器厂,,P~S-3数字酸度计,天津第二分析仪器厂,,l.3工艺流程

　　试片—化学除油—热水洗—冷水洗—除锈—冷水洗—电解除油—热水洗—冷水洗—活化(10)~2SO4(20)30s,—冷水洗—电镀锡铋合金—冷水洗—中和(5)NaO~,—水洗—烘干,l.4合金中铋的定量测定#3$

　　在酸性镀液中加入双氧水,加热煮沸,使二价锡氧化成四价锡,趁热加入过量的EDTA标液,使锡易翔等,硫酸盐酸性光亮镀锡铋合金工艺

　　5(6)以二甲酚橙为指示剂,用标准硝酸铅溶液滴定过量的EDTA,然后加入氟化铵进行掩蔽,使与锡络合的EDTA释放开来,再用硝酸铅标液滴定析出的EDTA,根据EDTA标液及硝酸铅标液的消耗量,计算锡铋离子的含量,

　　水加速氧化试验,加入25ml(L30)~2O2,,静置观察镀液变浑浊的时间,结果如图2,

　　根据资料,筛选确定了电镀锡铋合金的基本配方与工艺为,硫酸亚锡30(50g)L,光亮剂5(25ml)

　　光亮剂在镀液中起的作用是细化结晶,提高镀层光泽,参照国内外硫酸镀锡光亮剂的使用情况,本工艺选用含羰基化合物,苄叉丙酮,为主光亮剂,以~,乳化剂作载体光亮剂,加入不饱和酸和低级醛等有机物进行复配,制得一种酸性光亮镀Sn-Bi合金光亮剂,其赫尔槽试验结果见图1,

　　由图2可知,稳定剂添加量在15(20ml)L的范围内较为适当,添加过量,稳定剂自身分解,反而使镀液浑浊,稳定剂加入只能减缓而不能完全消除镀液浑浊的现象,因此,镀液在使用时仍须定期过滤,此外,使用中要注意及时补加稳定剂,

　　硫酸亚锡是提供Sn2+的主盐,它构成Sn-Bi合金镀层的主沉积金属,其赫尔槽试验结果见图3,

　　从图1可知,光亮剂的加入量增多,镀层的光泽增加,结晶细致,当光亮剂用量达到15ml,L后,在较大的电流密度范围内能获得光亮镀层,但过量的光亮剂存在,会造成镀层脆性增大,产生起泡的弊病(5),因此光亮剂用量在15(25ml)L为宜,

　　酸性镀Sn-Bi合金溶液中的硫酸亚锡不稳定,Sn2+容易被氧化生成Sn4+,最终形成p-锡酸的白色沉淀,使溶液变得浑浊,为此,人们提出在镀液中添加络合剂,还原剂,抗氧剂和催化剂等复配(4) ,本工艺采用抗坏血酸为抗氧剂,以单羟基萘化合物为主稳定剂,另加入两种无机物混合反应制得的复合稳定剂,分别配制稳定剂浓度不同的镀液,进行双氧

　　由图3可知,亚锡离子浓度增大,允许电流密度的上限提高,沉积速度加快,其含量控制在40(50g)L较好,含量过高,溶液分散能力降低,镀层结晶粗糙,光亮区缩小(5) ,

　　硫酸铋可以减缓Sn2+的氧化,防止铜锡化合物的形成,而锡镀层中含铋后,可增强镀层抗氧化性能,提高可焊性(6) ,但是加入过量的硫酸铋对提高可焊性和增加抗氧化性能并无明显的效果,硫酸铋浓度与镀层铋含量关系见图4,

　　由图4可知,硫酸铋浓度小于2 g,L时,提高浓度则镀层铋含量呈线 g,L后,这种增势变缓,考虑其实际效用,加入量在2(3g)L 较适宜,

　　游离硫酸可以有效的预防亚锡离子水解而生成沉淀,易翔等I硫酸盐酸性光亮镀锡铋合金工艺

　　电流密度,dm2 阴极电流率,, 镀液覆盖力,, 镀液分散力,T.P, 沉积速,卜m,h

　　光泽变化 合格 合格 2 s 2. 5,光泽变暗,灰黑色 有灰色点 合格 5 s

　　由图5能够准确的看出,硫酸的用量应控制在60(80ml)L,硫酸含量过低,亚锡离子易水解,镀层粗糙,硫酸量过高,析氢反应加剧,阴极电流效率降低,表面条纹较多,镀层质量下降,

　　温度的影响主要体现为,过高的温度会加速亚锡离子的氧化使镀液的稳定性降低,同时加快电沉积反应使镀层光泽下降,而过低温度下镀速较低,此外温度过高或过低都会使镀层中的铋含量降低,适宜的温度范围为5(35), 电流密度为1(3 A)cm2时镀层的光泽度好,过高的电流密度易使镀件烧焦,注意对镀液p~值的调整,p~值为1. 2,1. 5范围内,镀液的稳定性,电流密度范围居最佳状态,

　　镀液性能检验测试方法参照相关文献介绍[5] ,检测结果如表1所示,可见电流密度的提高对镀液的阴极电流效率和镀液覆盖能力影响不大,但会使沉积速度加快,镀液分散能力降低,镀层出现氢脆,烧焦的可能性增加,此外,镀层中的铋含量随电流密度的提高而降低, 当电流密度在1. 5(2 A)dm2 ,能使镀速与镀液的其他性能达到较好的均衡,

　　从表2可见,镀锡层加入铋后形成的合金,耐蚀能力尤其是抗氧化能力得到增强,解决了因产生晶须或灰锡层的缺陷而使电路板短路的问题,而且锡铋合金层具有比纯锡层更好的焊接性,完全可替代镀锡层应用于工业生产,

　　在酸性电镀锡液中加入硫酸铋,光亮剂,稳定剂等成分,开发出一种稳定性很高的光亮镀Sn-Bi合金工艺,镀液覆盖能力和分散能力良好,稳定性优良且易于维护,所得镀层结晶细致,光亮度好,具有优良的耐蚀性和可焊性,可替代Sn-Pb镀层应用于电子元件的电镀处理,

　　[6] 金匡乐,季祖安.铋盐在电镀光亮锡中的作用[,].有线] 陈华茂,吴华强.超声电镀锡铋合金研究[,].表面技术(2004)33I25,27.