Sn-Cu焊料薄膜的制備及其電沉積行為的研究.pdf

1、釬焊鍍層無鉛化是當前研究的熱點,也是電子行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文通過表觀狀態(tài)分析,確定了Sn-Cu合金電鍍酸性鍍液的組成,并給出了適宜的工藝條件;借助SEM(附EDS)探討了鍍液組成及各工藝因素對Sn-Cu合金鍍層微觀形貌的影響;實驗還就上述諸因素對合金鍍層的釬焊性進行了研究,并系統(tǒng)地檢測了最佳合金鍍層的相組成、熔點、硬度,結合力及耐蝕性能。論文還借助CHI660C電化學工作站,利用極化曲線、循環(huán)伏安、恒電位階躍等測試技術著重對Sn-C

2、u合金電沉積行為,尤其是電結晶初期行為進行深入研究。獲得如下主要結論:
　　 1、本研究酸性鍍液體系是以硫酸亞錫、硫酸銅和絡合劑、抗氧化劑和活性劑為基本組成。適宜的鍍液組成為:SnSO4:40,CuSO4:0.8,H2SO4:100,檸檬酸:40,硫脲:0.08,明膠:2.0,β-萘酚:0.8,對苯二酚:1.0(g/L);工藝條件為:電鍍密度:3 A/dm2,鍍液溫度:25℃,電鍍時間:20 min。陰極電流效率約:70％;所制

3、備的Sn-Cu合金鍍層呈灰白色,表面光亮、平整、致密,鍍層中銅含量為0.5～2wt％。
　　 2、鍍液成分與電鍍工藝對鍍層表面微觀組織形態(tài)均有明顯影響。隨條件變化,鍍層表面呈現(xiàn)出塊狀晶粒、團狀晶粒或條狀等不同的微觀組織形貌,其中硫脲影響較大;在鍍液中添加硫脲可使鍍層表面晶粒尺寸顯著減小,改善鍍層的致密性和均勻性;還能明顯降低鍍層中銅的含量。
　　 3、酸性鍍液體系所制備的Sn-Cu合金鍍層均有較優(yōu)良的釬焊性能,但鍍液成分

4、、電鍍工藝及老化溫度對Sn-Cu合金鍍層的釬焊性能有一定影響,試驗表明:Sn-Cu合金鍍層最短潤濕時間均＜5s;Sn-Cu合金鍍層主要由β-Sn相和少量Cu6Sn5相混合組成;Sn-0.7Cu合金鍍層其固相線溫度:221.2℃,液相線溫度:228.3℃,固-液相線溫度差:7.1℃;Sn-Cu合金鍍層耐3.5％NaCl腐蝕能力略優(yōu)于純Sn鍍層和Sn-Pb合金鍍層;彎曲試驗及劃痕試驗測試表明合金鍍層與基體結合良好;隨著鍍層中Cu含量增加,鍍

5、層表面硬度逐漸增大,Sn-0.7Cu鍍層硬度約為18.3 Hv。
　　 4、Sn-Cu合金電沉積過程是受擴散控制的非可逆過程,鍍液中Cu2+的存在能促進錫的電結晶成核;Sn-Cu鍍液體系電沉積結晶初期基本符合三維的Scharifker-Hill(SH)瞬時形核機制;添加檸檬酸或硫脲,尤其是硫脲使鍍液體系電沉積過程極化程度增大;試驗表明,Sn-Cu鍍液中加入硫脲或檸檬酸+硫脲對Sn-Cu合金沉積初期的電結晶行為產(chǎn)生一定的影響;尤其