光亮硫酸鹽電鍍錫工藝流程概述上

1、光亮硫酸鹽電鍍錫工藝流程概述摘要：介紹了光亮硫酸鹽鍍錫液中各成分作用及其工藝流程， 對(duì)錫鍍層變色的原因進(jìn)行了分 析。通過赫爾槽試驗(yàn)研究了鍍液中各成分含量、 操作條件及電源對(duì)鍍層外觀的影響。 對(duì)實(shí)際 生產(chǎn)中常見故障進(jìn)行了排除。關(guān)鍵詞： 光亮硫酸鹽鍍錫；變色原因1 前言光亮硫酸鹽鍍錫電流效率高，沉積速度快，可在室溫下工作，且原料易購(gòu)，成本較低， 同時(shí)錫鍍層柔軟、孔隙小，既可作表面裝飾性鍍層如代銀等，也可作可焊性鍍層。因此，光 亮硫酸鹽鍍錫在電子工業(yè)和輕工業(yè)中應(yīng)用很廣泛。然而，其工藝中存在著二價(jià)錫易氧化及添加劑分解造成鍍液混濁及性能惡化、鍍層光亮 區(qū)變窄等問題，故需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。2 鍍液各成分作用及

2、工藝流程2.1 鍍液中各成分作用光亮硫酸鹽鍍錫液主要成分為 硫酸亞錫和硫酸 ，生產(chǎn)中其含量隨所采用的添加劑不同而 不同。2.1.1 鍍液中主要成分的作用2.1.1.1 硫酸亞錫硫酸亞錫為主鹽，含量一般控制在40 100g/L。但生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高濃度硫酸亞錫雖然可以提高陰極電流密度， 加快沉積速度， 但使鍍液分散能力明顯下降， 且使鍍層結(jié)晶粗、 光亮區(qū)域變小，甚至大大縮短了鍍液的處理周期。SnSO4含量控制在 2060g/L 為宜 ，若取下限，可以通過加快鍍液循環(huán)速度及電極（陰極或陽極 ）移動(dòng)速度等辦法進(jìn)行 “補(bǔ)償 ”，仍可鍍出優(yōu)良產(chǎn)品，但不宜過低。2.1.1.2 硫酸 硫酸具有降低亞錫離子

3、的活性、防止其水解、提高鍍液導(dǎo)電性能及陽極電流效率等作用 。 當(dāng)硫酸量不足時(shí)，亞錫離子易氧化成四價(jià)錫。從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分析，當(dāng)有足夠的H2SO4 時(shí)，可以減慢二價(jià)錫的水解，穩(wěn)定鍍液，實(shí)際生產(chǎn)中 H2SO4含量一般在 80 150mL/L 。2.1.2 添加劑鍍錫光亮劑一般是由 主光劑、輔助光亮劑、載體光亮劑 復(fù)配制成。2.1.2.1 主光劑酸性光亮鍍錫光亮劑的種類繁多，歸納起來可分為 兩大類：第 1 類主要是 芳醛、芳酮、 酯類及不 飽和有 機(jī)酸 烯的衍 生物，第 2 類主 要是西 佛堿類（基 本結(jié)構(gòu) 單元 為 -CH=N CH=CH- 或-CH=CH-CH=N-） ，由 乙醛與鄰甲丙胺 縮合而

4、成，是酸性光亮鍍錫有效 的增光劑，能單獨(dú)使用，也可與第 l 類光亮劑配合使用，當(dāng)與第 1 類光亮劑配合使用時(shí)，能 顯著拓寬光亮區(qū)，有效消除鍍層白霧。有機(jī)光亮劑的光亮作用主要表現(xiàn)為在陰極上的吸附，陰極上的吸附過強(qiáng)或過弱均無法獲 得理想的光亮鍍層。因?yàn)槲教珡?qiáng)，脫附電位太負(fù)，析氫嚴(yán)重，易形成針孔；吸附過弱時(shí)， 脫附電位相對(duì)較正，鍍層結(jié)晶粗糙。只有適當(dāng)?shù)奈讲拍苓_(dá)到好的光亮效果。所以， 在配制組合光亮劑時(shí)，應(yīng)將吸附過強(qiáng)、 適當(dāng)和過弱的添加劑有機(jī)配合使用， 以達(dá)到吸 附適度、吸附電位范圍較寬的目的， 且各項(xiàng)組合量由實(shí)驗(yàn)確定。目前可用作主光劑的有： 芐 叉丙酮、枯茗醛、二苯甲酮、 O 氯苯甲醛等，其中芐

5、叉丙酮常用。2.1.2.2 輔助光亮劑 因?yàn)橹鞴鈩┚荒茉谀骋浑娏髅芏确秶鷥?nèi)發(fā)揮光亮作用，所以單獨(dú)使用是不能獲得理想鍍層的， 但是如果和輔助光亮劑配合使用就能起到協(xié)同效應(yīng)， 從而使鍍層結(jié)晶細(xì)化、 光亮電 流密度區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 屬于這類添加劑的是脂肪醛和一些有機(jī)酸類， 常用的有 甲醛、 丙烯 酸、肉桂酸等。2.1.2.3 載體光亮劑 大多數(shù)有機(jī)光亮劑在水中的溶解度非常小， 因而在陰極上被吸附的量也少， 所以不宜單獨(dú)加 入鍍液；有些有機(jī)光亮劑在電鍍過程中因發(fā)生氧化、 聚合等反應(yīng)， 容易從鍍液中析出。 因此， 如果要使光亮劑的效果得到充分發(fā)揮， 就必須加入一些表面活性劑， 利用其增溶作用來提高 光

6、亮劑在鍍液中的含量， 這些表面活性劑稱為載體光亮劑， 亦稱為分散劑。 同時(shí)它還具有潤(rùn) 濕和細(xì)化結(jié)晶等功能。最早使用的載體光亮劑是一些陰離子表面活性劑，但是它們?cè)陉帢O上的吸附較弱。后來 又開發(fā)出非離子型表面活性劑， 如 聚氧乙烯、 聚氧丙烯醚 等， 它們既具有潤(rùn)濕分散作用， 又 具有抑制 H2 析出及 Sn2+放電而使鍍層晶粒細(xì)化的作用。在上述分散劑中，OP 乳化劑使用廣泛。2.1.2.4 穩(wěn)定劑以硫酸亞錫為主鹽的酸性鍍錫液連續(xù)工作半個(gè)月就會(huì)發(fā)生混濁，難以鍍出合格產(chǎn)品，需 加一定穩(wěn)定劑。常用的酸性鍍錫穩(wěn)定劑大多是 Sn2+的絡(luò)合劑 ，如草酸、檸檬酸、酒石酸等，且復(fù)配比單 獨(dú)使用效果好。另外，某種

7、催化劑也有穩(wěn)定鍍液的作用，生產(chǎn)表明，在連續(xù)生產(chǎn)的情況下， 加入這種催化劑的鍍液能保持半年以上的時(shí)間清亮不濁。2.1.2.5 絮凝劑至今還沒有一種穩(wěn)定劑：能長(zhǎng)期保持鍍液穩(wěn)定、清澈透明，因此Sn4+不可避免產(chǎn)生。隨著 Sn4+ 的積累，鍍液逐漸變渾，沉渣增加，鍍層光亮區(qū)變小、均勻性變差，甚至出現(xiàn)發(fā)暗、 發(fā)花等現(xiàn)象，此時(shí)必須對(duì)鍍液進(jìn)行絮凝劑處理。絮凝劑分無機(jī)和有機(jī)兩類，無機(jī)絮凝劑有各種鹽類、活性硅土等，有機(jī)絮凝劑可分為陰 離子、陽離子、非離子 3 種。陰離子型絮凝劑主要有環(huán)氧胺系共聚物、聚乙烯亞胺、聚乙烯 胺類衍生物等， 陰離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺水解物、聚丙烯酰胺、磺酸鈉類等， 非離 子型絮凝

8、劑主要有聚丙烯酰胺、脲 醛聚合物等。聚丙烯酰胺和無機(jī)絮凝劑 配合使用效果非常好，對(duì)鍍液的性能無任何影響，但沉降速度 太慢，長(zhǎng)達(dá) 48 h 以上。環(huán)氧胺系共聚物的效果較好，但過量使用對(duì)鍍液有一些影響，嚴(yán)重 時(shí)影響鍍層光亮度，但沉降速度特別快，一般在2h 之內(nèi)可完全沉淀下來 (使用時(shí)切忌過量 )。2.2 工藝流程酸洗除油等前處理 純水洗 鍍高 Pb-Sn 合金自來水洗 純水洗 鍍錫自來水噴洗 中和 (Na2HPO4+Na3PO4) 自來水噴洗 浸硬脂酸 自來水噴洗 熱純水浸洗 烘干。3 錫鍍層變色的原因及控制錫具有銀白色的外觀，化學(xué)穩(wěn)定性高，在大氣中耐氧化不易變色，與硫化物不起反應(yīng)， 與硫酸、鹽酸

9、、 硝酸及一些有機(jī)酸等溶液也幾乎無反應(yīng)， 即使在濃硫酸、濃鹽酸中也要在加 熱條件下才能緩慢反應(yīng)。但錫鍍層容易變黃，原因及控制應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：(1) 銅錫擴(kuò)散層的增厚與時(shí)間呈線性關(guān)系，增加中間層(阻擋層 )能根除由于銅錫擴(kuò)散而引起的變色。中間層可選擇鎳鍍層、高鉛及錫合金等，其中以高Pb-Sn 合金最佳。這是由于鎳中間層雖能阻止銅錫擴(kuò)散， 但不能阻止表面錫層的氧化， 經(jīng)高溫處理后， 其可焊性急劇下降， 而 Pb-Sn 作為中間層時(shí)， Pb 能擴(kuò)散到 Sn 層，形成的 Pb-Sn 合金可降低熔點(diǎn)，提高潤(rùn)濕力， 有利于焊接。(2) 變色與鍍層的表面狀態(tài)有關(guān)。由于析氧及鍍液被污染等原因，鍍層將不可

10、避免產(chǎn)生針孔， 而針孔里的殘酸如果清洗不凈，也將引起變色。(3) 變色與清洗方式及清洗水質(zhì)有關(guān)，采用純水加噴淋，對(duì)鍍層變色有很大的抑制作用。(4) 變色與光亮劑在鍍液中的含量有關(guān)。有時(shí)候?yàn)榱俗非箦儗油庥^，最大限度地添加光亮劑， 但適得其反， 鍍層很容易變色， 這可能是由于光亮劑較多夾雜在鍍層中， 有機(jī)物的含量隨之 增加而引起的。以芐叉丙酮為主光劑的工藝?yán)?，它在鍍液中的正常含量?.4 0.6g/L ，但如果將其含量提高到 0.8 1g/L 時(shí)，鍍層帶米黃色，放置一段時(shí)間之后，則出現(xiàn)“麻點(diǎn)”，因此，在生產(chǎn)中切忌過量添加光亮劑。(5) 近年來市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些商品化錫專用 “防變色劑 ”，其價(jià)格昂貴

11、，筆者曾多次用過許多 供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，但效果甚微， “防變色劑 ”不能解決問題，但發(fā)現(xiàn)所有 “防變色劑 ”有一個(gè) 共性：使用時(shí)必須加熱至 6080，且脫水效果特別好。(6) 雖然不能使鍍層長(zhǎng)時(shí)間不 “變色 ”，但只要工藝控制得當(dāng)、流程安排合理，在一定的時(shí)間 范圍內(nèi)，可以做到讓其不變色。4 鍍錫工藝條件的研究試驗(yàn)裝置為赫爾槽，試片為紫銅片或黃銅片，其表面一定要平滑，最好拋光，以便正確 判定鍍層外觀質(zhì)量。4.1 鍍液中成分含量對(duì)試片鍍層外觀的影響4.1.1 SnSO4 含量對(duì)鍍層外觀影響鍍液組成及操作條件：H2SO4GH-1 穩(wěn)定劑GH-2 開缸劑I100ml/L50ml/L60ml/L1.5

12、A5 min (20 2)般隨 SnSO4 含量的提高鍍液分散SnSO4 的最佳含量為 20 60g/L。由圖 l 可知，SnSO4含量變化對(duì)鍍層外觀的影響不大。能力下降，鍍層色澤偏黃，結(jié)晶變粗。4.1.2 H 2SO4含量對(duì)鍍層外觀影響鍍液組成及操作條件SnSO4GH-1 穩(wěn)定劑GH-2 開缸劑I40g/L50mL/L60mL/L1.5 A5 min(20 2) 由圖 2 可知，H2SO4 含量的變化對(duì)鍍層外觀無明顯影響。4.1.3 GH-1 穩(wěn)定劑含量對(duì)鍍層外觀影響 鍍液組成及操作條件：SnSO440g/LH2SO480mL/L60mL/LGH-2 開缸劑1.5 A5 min (20 2)

13、從試驗(yàn)可知， GH-1 穩(wěn)定劑含量的變化對(duì)鍍層外觀影響不大。含量偏低，鍍液走位性 相對(duì)較差；含量高，對(duì)鍍層無明顯影響。鍍液組成及操作條件：SnSO440g/LH2SO480mL/LGH-1 穩(wěn)定劑 50mL/L I1.5 At5 min(20 2) 從試驗(yàn)結(jié)果可知， GH-2 開缸劑含量變化 對(duì)鍍層外觀的影響較大。 GH-2 開缸劑含量在 30 50mL/L 時(shí)，鍍層外觀隨開缸劑的增大，光亮區(qū)逐漸擴(kuò)大；在50mL/L 時(shí)，試片低電流區(qū) l2cm 呈半光亮，高電流區(qū) 0 0.5cm 處燒焦，其余均呈光亮銀白色；在 70 90mL/L 時(shí)，試片鍍層外觀隨開缸劑的增加，光亮區(qū)逐漸縮小，漏鍍面積逐漸擴(kuò)

14、大；在 70mL/L 時(shí)， 低電流區(qū) 10 9.5 cm 處有漏鍍現(xiàn)象；在 90mL/L 時(shí)，試片 10 5cm 范圍內(nèi)全部漏鍍。4.2 操作條件對(duì)鍍層外觀的影響SnSO4H2SO4GH-1 穩(wěn)定劑GH-2 開缸劑 t 40g/L80mL/L50mL/L60mL/L5 min(20 2)4.2.1 電流對(duì)鍍層外觀的影響 鍍液組成及操作條件電流分別是 0.8A 、 l.0A 、1.5A、2.0A、2.5A。從試驗(yàn)結(jié)果可知，電流對(duì)鍍層外觀的影響較大。電流在0.8 1.5 A 內(nèi)，鍍層光亮區(qū)隨電流的增加逐漸增大；在 1.5A 時(shí)試片 10 9cm 處呈半光亮狀， 90cm 處呈光亮狀；電流在 1.52.5 A內(nèi)，鍍層光亮區(qū)隨電流的增加逐漸變窄； 在2.5A 時(shí)試片 03cm被燒焦， 39cm 處呈光亮狀， 9 10cm 處呈霧狀光亮。4.2.2 溫度對(duì)鍍層外觀的影響鍍液組成及操作條件SnSO4H2SO4GH-1 穩(wěn)定劑GH-2 開缸劑I40g/L80mL/L50mL/L60mL/L