光亮硫酸鹽電鍍錫工藝流程概述

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，對錫鍍層變色的原因進行了分析。通過赫爾槽試驗研究了鍍液中各成分含量、操作條件及電源對鍍層外觀的影響。對實際生產(chǎn)中常見故障進行了排除。 關鍵詞：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，成本較低，同時錫鍍層柔軟、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)中應用很廣泛。     然而，其工藝中存在著二

2、價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，故需對其進行改進。 2 鍍液各成分作用及工藝流程 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。   鍍液中主要成分的作用 .1  硫酸亞錫     硫酸亞錫為主鹽，含量一般控制在40100g/L。但生產(chǎn)實驗結果表明，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，且使鍍層結晶

3、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)移動速度等辦法進行“補償”，仍可鍍出優(yōu)良產(chǎn)品，但不宜過低。 .2  硫酸硫酸具有降低亞錫離子的活性、防止其水解、提高鍍液導電性能及陽極電流效率等作用。當硫酸量不足時，亞錫離子易氧化成四價錫。     從動力學的觀點分析，當有足夠的H2SO4時，可以減慢二價錫的水解，穩(wěn)定鍍液，實際生產(chǎn)中H2SO4含量一般在80150mL/L。 添加劑&#

4、160;    鍍錫光亮劑一般是由主光劑、輔助光亮劑、載體光亮劑復配制成。 .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、酯類及不飽和有機酸  烯的衍生物，第2類主要是西佛堿類(基本結構單元為-CH=NCH=CH-或-CH=CH-CH=N-)，由乙醛與鄰甲丙胺縮合而成，是酸性光亮鍍錫有效的增光劑，能單獨使用，也可與第l類光亮劑配合使用，當與第1類光亮劑配合使用時，能顯著拓寬光亮區(qū)，有效消除鍍層白霧。   

5、60; 有機光亮劑的光亮作用主要表現(xiàn)為在陰極上的吸附，陰極上的吸附過強或過弱均無法獲得理想的光亮鍍層。因為吸附太強，脫附電位太負，析氫嚴重，易形成針孔；吸附過弱時，脫附電位相對較正，鍍層結晶粗糙。只有適當?shù)奈讲拍苓_到好的光亮效果。 所以，在配制組合光亮劑時，應將吸附過強、適當和過弱的添加劑有機配合使用，以達到吸附適度、吸附電位范圍較寬的目的，且各項組合量由實驗確定。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，其中芐叉丙酮常用。 .2  輔助光亮劑     因為主光劑均只能在某一電流密度范圍內(nèi)發(fā)揮光亮作用，所以單獨

6、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，從而使鍍層結晶細化、光亮電流密度區(qū)域進一步擴大。屬于這類添加劑的是脂肪醛和一些有機酸類，常用的有甲醛、丙烯酸、肉桂酸等。 .3  載體光亮劑大多數(shù)有機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，所以不宜單獨加入鍍液；有些有機光亮劑在電鍍過程中因發(fā)生氧化、聚合等反應，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。同時它還具有潤濕和細化結晶等功能。  &

7、#160;  最早使用的載體光亮劑是一些陰離子表面活性劑，但是它們在陰極上的吸附較弱。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，它們既具有潤濕分散作用，又具有抑制H2析出及Sn2+放電而使鍍層晶粒細化的作用。在上述分散劑中，OP乳化劑使用廣泛。 .4  穩(wěn)定劑     以硫酸亞錫為主鹽的酸性鍍錫液連續(xù)工作半個月就會發(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+的絡合劑，如草酸、檸檬酸、酒石酸等，且復配比單獨使用效果好。另外，某種

8、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間清亮不濁。 .5  絮凝劑     至今還沒有一種穩(wěn)定劑：能長期保持鍍液穩(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，此時必須對鍍液進行絮凝劑處理。     絮凝劑分無機和有機兩類，無機絮凝劑有各種鹽類、活性硅土等，有機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

9、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，非離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺、脲醛聚合物等。 聚丙烯酰胺和無機絮凝劑配合使用效果非常好，對鍍液的性能無任何影響，但沉降速度太慢，長達48 h以上。環(huán)氧胺系共聚物的效果較好，但過量使用對鍍液有一些影響，嚴重時影響鍍層光亮度，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

10、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，化學穩(wěn)定性高，在大氣中耐氧化不易變色，與硫化物不起反應，與硫酸、鹽酸、硝酸及一些有機酸等溶液也幾乎無反應，即使在濃硫酸、濃鹽酸中也要在加熱條件下才能緩慢反應。但錫鍍層容易變黃，原因及控制應從以下幾個方面考慮： (1)銅錫擴散層的增厚與時間呈線性關系，增加中間層(阻擋層)能根除由于銅錫擴散而引起的變色。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

11、-Sn作為中間層時，Pb能擴散到Sn層，形成的Pb-Sn合金可降低熔點，提高潤濕力，有利于焊接。(2)變色與鍍層的表面狀態(tài)有關。由于析氧及鍍液被污染等原因，鍍層將不可避免產(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有關，采用純水加噴淋，對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。有時候為了追求鍍層外觀，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，有機物的含量隨之增加而引起的。以芐叉丙酮為主光劑的工藝里，它在鍍液中的正常含量為0.4/L，但如果將其含量提高到0.81g/L

12、時，鍍層帶米黃色，放置一段時間之后，則出現(xiàn)“麻點”，因此，在生產(chǎn)中切忌過量添加光亮劑。 (5)近年來市場上出現(xiàn)了一些商品化錫專用“防變色劑”，其價格昂貴，筆者曾多次用過許多供應商提供的產(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”有一個共性：使用時必須加熱至6080，且脫水效果特別好。 (6)雖然不能使鍍層長時間不“變色”，但只要工藝控制得當、流程安排合理，在一定的時間范圍內(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量。4.1 

13、鍍液中成分含量對試片鍍層外觀的影響  SnSO4含量對鍍層外觀影響 鍍液組成及操作條件：     H2SO4                 100ml/L     GH-1穩(wěn)定劑            50ml/L   

14、0; GH-2開缸劑            60ml/L     I                      1.5 A        t    &

15、#160;                  5 min                          (20±2)     由圖l可知，SnSO

16、4含量變化對鍍層外觀的影響不大。一般隨SnSO4含量的提高鍍液分散能力下降，鍍層色澤偏黃，結晶變粗。SnSO4的最佳含量為2060g/L。  H2SO4含量對鍍層外觀影響 鍍液組成及操作條件        SnSO4                    40g/L     GH-1穩(wěn)定劑

17、                50mL/L     GH-2開缸劑                60mL/L     I         

18、0;               1.5 A        t                         5 min  &#

19、160;                       (20±2)     由圖2可知，H2SO4含量的變化對鍍層外觀無明顯影響。  GH-1穩(wěn)定劑含量對鍍層外觀影響 鍍液組成及操作條件：        SnSO4   

20、                    40g/L     H2SO4                       80mL/L  

21、0;  GH-2開缸劑                  60mL/L      I                        

22、0;  1.5 A     t                            5 min                  

23、;              (20±2)     從試驗可知，GH-1穩(wěn)定劑含量的變化對鍍層外觀影響不大。含量偏低，鍍液走位性相對較差；含量高，對鍍層無明顯影響。鍍液組成及操作條件：    SnSO4                

24、60;    40g/L    H2SO4                     80mL/L    GH-1穩(wěn)定劑                50mL/L  &#

25、160; I                          1.5 A    t                    

26、60;     5 min                             (20±2)         從試驗結果可知，GH-2開缸劑含量變化對鍍層外觀的影響較大。GH-2開缸劑含量在3050mL/L時，鍍層外觀隨開缸劑

27、的增大，光亮區(qū)逐漸擴大；在50mL/L時，試片低電流區(qū)l2cm呈半光亮，高電流區(qū)00.5cm處燒焦，其余均呈光亮銀白色；在7090mL/L時，試片鍍層外觀隨開缸劑的增加，光亮區(qū)逐漸縮小，漏鍍面積逐漸擴大；在70mL/L時，低電流區(qū) 109.5 cm處有漏鍍現(xiàn)象；在90mL/L時，試片105cm范圍內(nèi)全部漏鍍。 4.2 操作條件對鍍層外觀的影響   電流對鍍層外觀的影響 鍍液組成及操作條件SnSO4              &

28、#160;      40g/L     H2SO4                     80mL/L     GH-1穩(wěn)定劑            

29、60;  50mL/L     GH-2開缸劑               60mL/L     t                        &

30、#160; 5 min                             (20±2)     電流分別是、l.0A、。     從試驗結果可知，電流對鍍層外觀的影響較大。電流在0.81.5 A內(nèi)，鍍層光亮區(qū)隨電流的增加逐漸增大；在時試片109

31、cm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；在時試片03cm被燒焦，39cm處呈光亮狀，910cm處呈霧狀光亮。   溫度對鍍層外觀的影響 鍍液組成及操作條件     SnSO4                        40g/L  

32、0;  H2SO4                        80mL/L      GH-1穩(wěn)定劑                  50mL/

33、L     GH-2開缸劑                  60mL/L    I                        

34、;    1.5 A     t                             5 min     溫度分別為：10、30、30、40、50。     從試驗結果可知，溫度的變化對鍍層外觀有明顯的影響。溫度在1030內(nèi)，鍍層外觀無明顯變化；溫度在30以上時鍍層隨溫度升高，光亮區(qū)變窄，色澤