无铅可焊性镀层及其在电子工业中的应用

文章摘要： T．Kondo等人获得了通过选择焦磷酸盐为主要络合剂，三乙醇胺为辅助络合剂，以胺、醛合成产物为光亮剂，并含有碘化物的甲磺酸盐镀液，由该镀液可得到光亮Sn—Ag合金镀层，还能有效抑制银的置换现象。所得镀层的可焊性见表1[5]。表1 Sn-Ag合金镀层的可焊性焊剂 Sn-40 Pb Sn-3.5Ag镀层 暗Sn 暗Sn-10Pb 光亮Sn-10Pb 暗Sn-3Ag 暗Sn温度t/℃ 230 230 230 240 250 230 240 250 230 240 250零交叉时间t/s 1.8 1.6 2.9 2.2

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    T．Kondo等人获得了通过选择焦磷酸盐为主要络合剂，三乙醇胺为辅助络合剂，以胺、醛合成产物为光亮剂，并含有碘化物的甲磺酸盐镀液，由该镀液可得到光亮Sn—Ag合金镀层，还能有效抑制银的置换现象。所得镀层的可焊性见表1[5]。

　　表1 Sn-Ag合金镀层的可焊性
焊剂     Sn-40    Pb         Sn-3.5Ag
镀层     暗Sn  暗Sn-10Pb  光亮Sn-10Pb  暗Sn-3Ag  暗Sn
温度t/℃  230  230  230  240  250  230  240  250  230  240  250
零交叉时间t/s  1.8  1.6  2.9  2.2  1.7  2.9  2.4  1.8  3.2  2.4  1.9

　　该测试方法的考核指标是零交叉时间，时间越短，说明可焊性越好。由表1可见，在相同的温度(230℃)下，Sn—Pb合金镀层可焊性较好。Sn—Ag合金镀层的可焊性随温度升高而提高，当达到250℃时，可焊性与Sn—Pb合金镀层230℃的结果相当，这说明Sn—Ag合金镀层需要在较高的温度下焊接。由表1还可看出，在各种温度下，Sn—Ag合金镀层都比Sn镀层的可焊性好一些。

　　在电镀Sn—Ag合金时，有时利用二者的标准电极电位差，通过在锡镀层上置换形成薄的银镀层的办法来获取合金镀层，由于银比锡的耐氧化性好，焊接后表面氧化程度低，其焊接结合强度较高。在这种情况下，锡镀液可采用简单盐镀液，置换用的银镀液可以使用有利于废水处理的药剂。

　　以上分析表明，Sn—Ag合金镀层的物理性能良好，关键是开发稳定性可靠的Sn—Ag合金镀液。

　　3 Sn—Bi合金镀层

　　Sn—Bi合金的共晶由Sn的质量分数为70％的合金组成，共晶温度较低，为140℃。与Sn—Pb共晶合金相比，Sn—Bi合金的拉伸强度较大，延伸率较小，因此机械变形性较差。在电镀Sn—Bi合金时，Bi的电极电位比Sn高得不是太多，可以使用硫酸盐镀液、甲磺酸镀液等简单盐镀液，但铋的优先析出不可避免，所以镀液中Bi3+的浓度应很低，这样严格控制镀层组成就比较困难，并且还可能引起在阳极以及镀层上铋的置换。关于电镀Sn—Bi合金，在铅的毒害问题还没有引起重视的20年前，作为低熔点可焊镀层已经有人研究，当时，就是采用硫酸盐镀液、甲磺酸镀液等简单盐镀液。

　　M．Jordan研究发现，共熔Sn—Bi合金镀层可用于特殊场合的焊接。通过调节镀液中[Sn2+]／[Bi3+]的比值，可以得到类似Sn—Pb合金熔点的Sn—Bi合金，镀层中Bi的质量分数为1O％~30％，其可焊性变化不大，综合考虑镀层的可焊性、硬度及抑制晶须的效果，确定镀液基本组成为：甲磺酸130g／L，金属Sn(以甲磺酸盐形式加入)10g／L，金属Bi(以甲磺酸盐形式加入)3 g／L[6]。

　　作为无铅可焊镀层，Sn—Bi合金镀层可望有更广泛的应用范围，因此今后应该进一步从根本上探
讨电镀Sn—Bi合金工艺。

4 结论

　　在各种无铅可焊镀层中，Sn—Zn合金镀层作为防腐材料、Sn—Bi合金镀层与Sn—In合金镀层作为低熔点材料、Sn—Ag合金镀层作为耐热可焊材料已经得到开发，已在半导体器件(如管脚)上使用，大大降低了铅的消耗。今后的发展目标，主要是开发废水处理简单、镀液维护调整方便、镀层组成能够严格控制的电镀工艺。

　　关于镀层性能，作为无铅的可焊镀层，其焊接条件、焊接润湿性、焊接结合强度等有待进一步确认。我们的目的是研究开发无铅可焊镀层，但这些镀层目前还不能完全替代Sn—Pb合金镀层，在印刷线路板、电触头等方面应用尚有一些问题。

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