專利名稱：堿性Sn－Ag合金鍍液及其電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子封裝技術(shù)，具體地說是一種堿性Sn-Ag合金鍍液及其電鍍方法，用于電子元件及電路板制造業(yè)，其Sn-Ag鍍層可以用來替代傳統(tǒng)的Sn-Pb可焊性鍍層。
背景技術(shù)：
隨著電子封裝技術(shù)的發(fā)展，為了防止銅表面的氧化，提高電子元器件的可焊性，常常要在電子元器件的引線腳和電路板焊盤上浸鍍或電鍍一層可焊性涂層。
早期的引線和焊盤采用純錫作為可焊性涂層。純錫的可焊性、抗腐蝕性和導(dǎo)電性能較好，且制備工藝簡單易行。純錫鍍層主要的缺點是純錫在倉儲和服役期間易于產(chǎn)生錫晶須，后者可能造成電子元器件短路等重要缺陷。因此，純錫可焊性鍍層逐漸被淘汰，隨之得到更廣泛應(yīng)用的合金可焊性鍍層是63Sn37Pb合金。由于63Sn37Pb合金的熔點適中(183℃)，具有優(yōu)異的可焊性、抗氧化性，并且成本低廉。由于錫和鉛的電極電位相差極小(0.010V)，非常易于實現(xiàn)電共沉積。Sn-Pb合金的主要缺點是鉛的污染問題。無論是在電鍍過程中還是在產(chǎn)品廢棄后含鉛產(chǎn)品都會對環(huán)境造成嚴重的污染。隨著電子廢棄物的急劇增多，國內(nèi)外對電子產(chǎn)品禁鉛的呼聲越來越高。尋找無鉛可焊性鍍層的工作相當(dāng)迫切。目前，替代錫鉛可焊性鍍層的候選合金系有Sn-Ag系、Sn-Bi系和Sn-Cu系等。其中Sn-Ag系合金視為最有前景的無鉛可焊性鍍層。
Sn-Ag合金鍍層的主要缺點是制備困難，由于Sn和Ag的標準電極電位相差較大(相差0.935V)，從熱力學(xué)原理上決定了電鍍Sn-Ag合金的工作極為困難。目前，Sn-Ag合金的電鍍工藝還不成熟，見諸報導(dǎo)的無氰Sn-Ag合金電鍍體系主要為酸性磺酸鹽體系(文獻T.Kondo et al.，Bright Tin-SilverAlloy Electrodeposition from an Organic Sulfonate Bath ContainingPyrophosphate，Iodide and Triethanolamine as Chelating Agents[J].Plating andSurface Finishing，1998，2，51-55等)。然而在這些文獻中提到的鍍液配方大都還存在著兩個主要的問題，即鍍液本身的穩(wěn)定性問題和錫或銅電極在鍍液中與銀離子的接觸置換問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述穩(wěn)定性差，錫或銅電極在鍍液中與銀離子接觸量換不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型堿性Sn-Ag合金鍍液及其電鍍方法，這種鍍液具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，同時在電鍍初期，銅浸入該鍍液時，不發(fā)生與鍍液中銀離子接觸置換的現(xiàn)象，以獲得一層與基體牢固的結(jié)合的，銀含量可控的Sn-Ag合金鍍層。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下按重量計，其成份為每升含硫酸亞錫30～70g；銀鹽0.1～6g；絡(luò)合劑甲200～500g；絡(luò)合劑乙100～300g；蒸餾水 定容至1升；其中，所述銀鹽為碘化銀；所述絡(luò)合劑甲為焦磷酸鉀；所述絡(luò)合劑乙為碘化鉀；所述鍍液pH值為8-10。
堿性Sn-Ag合金鍍液的電鍍方法采用堿性Sn-Ag合金鍍液，控制電鍍的陰極電流密度為0.05～5A/dm2，在室溫下進行；其中按重量計，其成份為每升含硫酸亞錫 30～70g；銀鹽 0.1～6g；絡(luò)合劑甲 200～500g；絡(luò)合劑乙 100～300g；蒸餾水 定容至1升；所述銀鹽為碘化銀；所述絡(luò)合劑甲為焦磷酸鉀；所述絡(luò)合劑乙為碘化鉀；所述鍍液pH值為8～10。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明堿性Sn-Ag合金鍍液組成成分簡單，容易管理。由于本發(fā)明內(nèi)含有兩種絡(luò)合劑(焦磷酸鉀，碘化鉀)，避免了Sn2+的氧化和水解，避免了銀的接觸置換反應(yīng)，鍍液放置三個月以上仍能保持澄清，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。使用該鍍液可以得到接近共晶成分的Sn-Ag合金鍍層。通過調(diào)整鍍液組成和電鍍工藝參數(shù)，本發(fā)明可以得到銀含量在4～81％之間的Sn-Ag合金鍍層。


圖1為本發(fā)明實施例1銀含量為4.1％的Sn-Ag合金鍍層的SEM表面形貌照片。
圖2為本發(fā)明實施例2銀含量為10.4％的Sn-Ag合金鍍層的SEM表面形貌照片。
圖3為本發(fā)明實施例3銀含量為22.5％的Sn-Ag合金鍍層的SEM表面形貌照片。
圖4為本發(fā)明實施例4銀含量為59％的Sn-Ag合金鍍層的SEM表面形貌照片。
圖5為本發(fā)明實施例5銀含量為81％的Sn-Ag合金鍍層的SEM表面形貌照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖通過具體實施例詳細說明本發(fā)明。
實施例1根據(jù)下述組成配制1升堿性Sn-Ag合金鍍液焦磷酸鉀(K4P2O7)240g；碘化鉀(KI) 150g；硫酸亞錫(SnSO4)35g；碘化銀(AgI) 1.2g；蒸餾水(H2O)加至1升；pH 8.5；使用這種電鍍液在下述條件下電鍍陰極材料純銅；陰極電流密度 2.0A/dm2；溫度室溫；電鍍時間 10min；最后得到厚度約為4μm的堿性Sn-Ag合金鍍層，經(jīng)掃描電子顯微鏡測定，合金鍍層的組成為Ag 4.1wt％，Sn 95.9wt％，鍍層與銅片結(jié)合牢固，鍍層表面形貌掃描電鏡照片參見圖1。
實施例2根據(jù)下述組成配制1升堿性Sn-Ag合金鍍液K4P2O7440g；KI 250g；SnSO452g；AgI 2.4g；H2O加至1升；pH 8.5；使用這種電鍍液在下述條件下電鍍陰極材料純銅；陰極電流密度 0.4A/dm2；溫度室溫；電鍍時間 40min；得到厚度約為4μm的Sn-Ag合金鍍層，經(jīng)測定，合金鍍層的組成為Ag 10.4wt％，Sn 89.6wt％，鍍層與銅片結(jié)合牢固，鍍層表面形貌掃描電鏡照片參見圖2。
實施例3
與實施例2不同之處在在于電鍍條件為陰極材料 純銅；陰極電流密度 0.1A/dm2；溫度 室溫電鍍時間 40min；得到厚度約為1.5μm的Sn-Ag合金鍍層，經(jīng)測定，合金鍍層的組成為Ag 22.5wt％，Sn 77.5wt％.鍍層與銅片結(jié)合牢固。鍍層表面形貌掃描電鏡照片參見圖3。
實施例4根據(jù)下述組成配制1升堿性Sn-Ag合金鍍液K4P2O7350g；KI 100g；SnSO470g；AgI4g；H2O 加至1升；pH 9；使用這種電鍍液在下述條件下電鍍陰極材料 純銅；陰極電流密度 4A/dm2；溫度 室溫；電鍍時間 10min；得到厚度約為8μm的Sn-Ag合金鍍層，經(jīng)測定，合金鍍層的組成為Ag 59wt％，Sn 41wt％，鍍層與銅片結(jié)合牢固，鍍層表面形貌掃描電鏡照片參見圖4。
實施例5根據(jù)下述組成配制1升堿性Sn-Ag合金鍍液K4P2O7500g；KI 300g；SnSO440g；AgI6g；H2O 加至1升；pH 9；使用這種電鍍液在下述條件下電鍍陰極材料 純銅；陰極電流密度 1A/dm2；溫度 室溫；電鍍時間 20min；
得到厚度約為5μm的Sn-Ag合金鍍層，經(jīng)測定，合金鍍層的組成為Ag 81wt％，Sn 19wt％，鍍層與銅片結(jié)合牢固，鍍層表面形貌掃描電鏡照片參見圖5。
比較例Cu板在兩種Sn-Ag合金鍍液中銀離子的化學(xué)置換現(xiàn)象對比。
a.本發(fā)明所述Sn-Ag合金鍍液組成(每1升鍍液)焦磷酸鉀 440g；碘化鉀250g；硫酸亞錫 52g；碘化銀1.2g；H2O加至1升；b.對比1升酸性Sn-Ag合金鍍液成分(發(fā)表于電鍍與精飾，1999，21卷第4期，42-44頁)氧化亞錫 30g；氧化銀1g；甲酚磺酸300g；硫脲2g；H2O加至1升。
將配制好的本發(fā)明所述鍍液和對比Sn-Ag合金鍍液置于燒杯內(nèi)，將兩片表面磨光的Cu片(重量2.0814克)分別浸漬于這兩種合金鍍液中，三十分鐘后取出Cu片，目測觀察銅片表面狀態(tài)，用精密天平(精確到0.1mg)對浸漬前后的Cu片質(zhì)量進行比較。比較結(jié)果如表1所示。
表1Cu板在兩種Sn-Ag合金鍍液中銀離子的化學(xué)置換現(xiàn)象對比 從外觀上可以看出，浸漬于對比溶液中的銅片由于表面銅原子與溶液中的銀發(fā)生了接觸置換反應(yīng)，表面生成一層疏松的銀置換層，其外觀發(fā)黑，該置換層與銅基體無結(jié)合力，經(jīng)水沖洗即發(fā)生脫落，因此在上面無法獲得牢固的渡層，作為對比，浸漬于本發(fā)明的銅片則沒有發(fā)生銀的接觸置換反應(yīng)，浸漬后表面銅的顏色沒有發(fā)生可見的變化，銅片重量也沒有發(fā)生變化。由于本發(fā)明鍍液有效地避免了疏松的銀置換層，因此銅片上鍍層牢固。
權(quán)利要求
1.一種堿性Sn-Ag合金鍍液，其特征在于按重量計，其成份為每升含硫酸亞錫 30～70g；銀鹽 0.1～6g；絡(luò)合劑甲 200～500g；絡(luò)合劑乙 100～300g；蒸餾水 定容至1升。
2.按權(quán)利要求1所述堿性Sn-Ag合金鍍液，其特征在于所述銀鹽為碘化銀。
3.按權(quán)利要求1所述堿性Sn-Ag合金鍍液，其特征在于所述絡(luò)合劑甲為焦磷酸鉀。
4.按權(quán)利要求1所述堿性Sn-Ag合金鍍液，其特征在于所述絡(luò)合劑乙為碘化鉀。
5.按權(quán)利要求1所述堿性Sn-Ag合金鍍液，其特征在于所述鍍液pH值為8～10。
6.一種堿性Sn-Ag合金鍍液的電鍍方法，其特征在于采用堿性Sn-Ag合金鍍液，控制電鍍的陰極電流密度為0.05～5A/dm2，在室溫下進行。
7.按權(quán)利要求6所述堿性Sn-Ag合金鍍液的電鍍方法，其特征在于按重量計，其成份為每升含硫酸亞錫30～70g；銀鹽0.1～6g；絡(luò)合劑甲200～500g；絡(luò)合劑乙100～300g；蒸餾水 定容至1升。
8.按權(quán)利要求7所述堿性Sn-Ag合金鍍液的電鍍方法，其特征在于所述銀鹽為碘化銀；所述絡(luò)合劑甲為焦磷酸鉀；所述絡(luò)合劑乙為碘化鉀。
9.按權(quán)利要求7所述堿性Sn-Ag合金鍍液的電鍍方法，其特征在于所述鍍液pH值為8～10。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子封裝技術(shù)，具體地說是一種堿性Sn－Ag合金鍍液及其電鍍方法。該鍍液的組成為SnSO
文檔編號C25D3/60GK1566407SQ0313380
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月25日
發(fā)明者喬木, 冼愛平, 尚建庫 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所