综述：关于电子电镀中的清洁生产（二）
纯锡镀层表面在某种条件下生长出来的一种细长形状的锡结晶物称为锡须。作为电子器件的可焊性镀层,锡须的存在会引起短路,造成电路故障,影响其可靠性。电镀工作者曾对锡须生长的因素进行试验研究,其中包括锡镀层内应力、外部机械应力、晶体结构(晶粒大小及形状)、镀层厚度、镀层和基体的类型以及温度和湿度等都会引发锡须生长。有关锡须的生长还没有形成严密而统一的机理,相关理论尚待进一步研究。防止锡须生成的有效方法:
(1)在纯锡镀层和基体金属(铜)之间引入镍层(预镀镍)作为阻挡层,阻止铜向纯锡镀层中扩散,阻止了晶须的形成。
(2)将纯锡镀层进行退火处理或再流焊(软熔),消除应力抑制晶须生成。
(3)采用较厚的纯锡镀层,也可以降低锡须成长,一般厚度达8.5μm以上。(4)在电镀纯锡工艺中引入某些对锡须具有较好抑制能力的添加剂(如SYA无铅纯锡电镀添加剂、甲基磺酸体系镀液、哑光镀层)。
3.2化学镀镍的无铅无镉化
化学镀镍是电子电镀中广泛采用的电镀工艺。Pb2+、Cd2+常被用作化学镀镍的稳定剂和光亮剂,虽然用量很低,但毒性仍高,对环境严重污染,对人体危害极大,是ROHS指令明确限制使用的有害物质。
化学镀镍稳定剂无铅化,可以改用某些硫的无机物或有机物,如硫代硫酸盐、硫脲等,也可以用某些含氧化合物,如IO-3、MoO2-4等,某些水溶性有机物,如马来酸作稳定剂。光亮剂可以改用某些有机物,如糖精、烯丙基磺酸钠、甲叉丁二酸等。
3.3取代印刷电路板热浸SnPb合金的无铅工艺
热浸SnPb合金焊料是制造印刷电路板过程中的一道重要工序,也是PCB板生产过程中存在的主要铅污染源。
取代PCB板热浸SnPb合金热风整平工艺有以下几种工艺:
(1)化学镀镍/置换镀金化学镀镍置换镀金也称化学镍金,是一种较好的取代PCB板热浸SnPb合金热风整平技术,适于焊接和铝线键合,多用于高档PCB板。因全程采用化学镀,线路不必事先导通即可施镀,镍层厚度要求约为5μm,磷的质量分数7%～9%,金层厚度只能在0.03～0.1μm之间,最大亦不超过0.15μm。
在化学Ni/Au层上进行熔焊时,由于金层很薄,在高温接触焊接的一瞬间,金迅速与锡形成“介面合金共化物”,如AuSn、AuSn2、AuSn3等而熔入锡中,所形成的焊点实际上是着落在镍层表面上,并形成良好的NiSn合金共化物Ni3Sn4,因而金层的作用只是为了保护镍面防止氧化。若金层太厚,则进入焊锡的金量增多,焊点变脆性,反而降低了焊接强度。
(2)置换镀锡
置换镀锡也称化学锡,是另一种取代热风整平的新工艺,适于表面贴装(SMT)。PCB板置换镀锡的优点是锡层厚度只需1μm左右,可以经受155°Ｃ高温下烘烤4h,高温高湿(80°Ｃ,相对湿度90%)试验后仍能保持优良的可焊性,而且不易长锡须。一般置换镀锡溶液由甲基磺酸和硫脲等组成,沉积速率0.067～0.13μmmin,温度50～60°Ｃ。
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