镀锡层具有较高的化学稳定性,同时有良好的可焊性,因此被广泛应用。
我厂生产的二极管的引线有极高的可焊性要求,必须电镀纯锡。纯锡镀层有光亮和哑光两种。光亮镀锡是在镀液中加入有机添加剂,使镀层表面光亮、细致,但是镀锡层的可焊性下降,特别在高温处理以后,达不到检验要求。
为了解决这一难题,经过多次试验,找到了外观光亮,使可焊性又达到要求的工艺。经一年多的生产应用,质量可靠,解决了生产上的难题。
2 溶液配方及工艺参数
镀锡溶液的配方很多,我厂采用的是先镀一层哑光锡,然后再在哑光锡的表面上镀光亮锡。
2.1 卤化物镀锡(哑光锡)
成分简单,溶液稳定。其配方及工艺参数如下:
氯化亚锡,ｇ/Ｌ 60-70
氟化钠,ｇ/Ｌ 80-100
柠檬酸,ｇ/Ｌ 15-20
聚乙二醇,ｇ/Ｌ 1-2
洗净剂,ｍＬ/Ｌ 1-2
ｐＨ值 5-6
阴极电流密度,Ａ/ｄｍ2 1
温度,℃ 5-30
2 2 硫酸盐镀锡(光亮锡)
光亮镀锡一般为硫酸盐镀锡。我厂使用的溶液配方及工艺参数如下:
硫酸,ｍＬ/Ｌ 90
硫酸亚锡,ｇ/Ｌ 40
光亮剂Ａ(配槽),ｍＬ/Ｌ 35
光亮剂Ｂ(添加),ｍＬ/Ｌ 1
温度,℃ 5-15
阴极电流密度,Ａ/ｄｍ 23-5
3 工艺流程及控制要点
工艺流程如下:
除油→水洗→盐酸腐蚀→水洗→装滚筒→活化→水洗→电镀哑光锡→出槽→水洗→装滚筒→活化→水洗→电镀光亮锡→出槽→水洗→去离子水洗→烘干检验。
3.1 化学除油
除油是电镀的第一道工序。二极管有玻璃绝缘子,既要把二极管上的油污去掉,又不能把玻璃绝缘子腐蚀毛,这就要求除油的配方及除油时间要控制得比较严格。我们先将二极管放在5%的碱(氢氧化钠:碳酸钠:磷酸三钠=1:1:1)中煮5分钟-10分钟后用热水清洗,再将清洗好的二极管在含有少许洗洁精的水溶液中煮10分钟-15分钟。
3.2 酸腐蚀
我厂生产的二极管是以铜和可伐为基体的,用工业盐酸浸泡1分钟-2分钟,然后用在5%的柠檬酸溶液活化。
3.3 电镀哑光锡
电镀哑光锡的目的是提高可焊性,只要达到可焊性要求的厚度即可。将二极管先镀1小时哑光锡,然后在5%稀硫酸中活化1分钟,再镀10分钟-15分钟的光亮锡。外观光亮,同时也提高了可焊性。
哑光锡以氯化亚锡为主盐,其含量控制在60ｇ/Ｌ-70ｇ/Ｌ之间。当含量低于60ｇ/Ｌ时,镀层结晶较细致,但颜色暗淡,阴极电流效率较低,允许的阴极电流密度范围的上限值较小。当其含量高于70ｇ/Ｌ时,溶液分散能力差,镀层结构粗糙而暗淡,溶液的腐蚀性较强,成本也较高。
氟化钠在哑光锡溶液中是络合剂,它与氯化亚锡生成络合物。
柠檬酸是调节溶液ｐＨ值的缓冲剂,它具有提高溶液导电能力,提高阴极极化和改善镀层性质的作用。当含量偏低时,缓冲作用较弱,但是含量过高会降低阴极电流效率,镀层发黑。
聚乙二醇和洗净剂是表面活性剂,能在金属和溶液界面上定向排列和吸附,改善镀层的结构组织,提高阴极极化度,从而提高均镀能力和深镀能力,利用它的润湿作用,可以防止氢气泡的滞留,从而防止镀层上针孔的产生。
3.4 电镀光亮锡
光亮锡的主要成分是硫酸亚锡和硫酸,提高亚锡离子的浓度,可以相应提高阴极电流密度,从而提高沉积速度。但亚锡离子浓度过高,溶液均镀能力降低,镀层结晶较粗,颜色较暗,光亮区变窄。亚锡离子浓度过低时,允许的工作电流密度小,镀层容易烧焦。
游离硫酸可以防止亚锡离子的氧化和水解而生成沉淀,能使溶液稳定。游离硫酸还能提高溶液的导电能力和均镀能力。提高硫酸的含量,不会使阴极电流效率下降,但能加速阳极的溶解,使溶液锡含量逐渐上升。
3 5 添加剂
添加剂能获得平整细致的光亮镀层,能提高溶液的阴极极化作用和均镀能力。当溶液光亮剂减少时,镀层粗糙暗淡,会出现条纹、鱼鳞状、树枝状、阴阳面等现象。但是光亮剂过多时,会降低镀层的可焊性和塑性。
3 6 温度
溶液温度过低,允许的电流密度亦降低,沉积速度慢;提高溶液温度,虽然能提高允许电流密度,但光亮剂的作用减弱,镀层不够细致,光亮范围变窄。
3 7 电流密度
电流密度过低时,镀层颜色较暗;但电流密度过高则会使镀层起泡。
3 8 杂质
溶液的有害杂质是砷、锑、铜,这些杂质能使镀层发暗,孔隙率增大。这往往是硫酸中杂质含量较高或零件掉入槽中未及时捞起引起的。去掉这些杂质可以在0 2Ａ/ｄｍ2下通电处理。
3.9 不合格镀层的退除
锡属于两性金属,也是化学性能较稳定的金属,一般的酸碱与之都不能迅速反应,为了既能把锡退干净,又保护好基体金属,可使用以下的配方:
氢氧化钠,ｇ/Ｌ 80
间硝基苯磺酸钠,ｇ/Ｌ 80
4 镀层性能
4.1 高温试验
把镀好的管子在150℃下烘烤16小时不变色,不起皮、不起泡。
4.2 可焊性试验
将镀好的管子浸上助焊剂,然后浸入250℃的焊料中,焊料的表面必须无氧化物,5秒钟后取出观察,浸润面积达到95%以上。