低溫化學(xué)鍍錫反應(yīng)歷程及鍍層性能影響因素的研究.pdf

1、化學(xué)鍍錫層良好的可焊性使其在印制線路板等領(lǐng)域得到廣泛的重視。但是鍍層較薄及表面發(fā)花等問(wèn)題限制了其應(yīng)用。因此，深入探討化學(xué)鍍錫的反應(yīng)歷程，明確其性能的影響因素，對(duì)化學(xué)鍍錫工藝的開發(fā)和研究具有重要的意義。本文采用電化學(xué)方法，研究了配位劑在基體表面的反應(yīng)行為，并利用晶體衍射的測(cè)試手段，確定了反應(yīng)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)，首次采用量子化學(xué)的研究方法，探討了化學(xué)鍍錫工藝中還原劑的作用機(jī)理。并開發(fā)了預(yù)鍍-鍍錫兩步法的化學(xué)鍍錫工藝，提高了鍍層的性能，大大

2、確保了工業(yè)應(yīng)用的可行性。
　　采用電化學(xué)和X射線熒光光譜儀(XRF)等測(cè)試手段，考察了化學(xué)鍍錫溶液中主鹽、配位劑、還原劑以及施鍍的時(shí)間、溫度等參數(shù)對(duì)鍍層厚度的影響。結(jié)果表明，化學(xué)鍍錫層的厚度隨著主鹽濃度的增加逐漸降低，而配位劑濃度的提高則有利于鍍層厚度的增加。同時(shí)，鍍層厚度隨著施鍍時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高不斷增加。這說(shuō)明化學(xué)鍍錫工藝不僅僅是置換反應(yīng)，當(dāng)置換反應(yīng)結(jié)束后，錫可以繼續(xù)在鍍層表面沉積，即體系中還發(fā)生了還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了錫的連續(xù)

3、自催化沉積。施鍍時(shí)間的平方根與鍍層厚度呈線性關(guān)系，表明化學(xué)鍍錫是一種擴(kuò)散-控制的過(guò)程。OP-10乳化劑可以吸附在鍍層的表面，延長(zhǎng)置換反應(yīng)的時(shí)間，增加鍍層的厚度，適宜作為化學(xué)鍍錫的表面活性劑。
　　在對(duì)鍍層表面形貌的研究過(guò)程中，詳細(xì)的探討了化學(xué)鍍錫的前處理工藝，結(jié)果表明，酸性清潔、微蝕以及水洗等工藝對(duì)銅基體和鍍層的質(zhì)量有很大的影響。同時(shí)，對(duì)施鍍前的銅基體進(jìn)行干燥處理，可以解決鍍層表面發(fā)花的問(wèn)題。此外，預(yù)鍍工藝不僅能提高化學(xué)鍍錫層的質(zhì)

4、量，使鍍層均勻、致密，而且能有效的增加鍍層的結(jié)合力。
　　在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了硫酸型和甲基磺酸型的低溫化學(xué)鍍錫工藝。并在柔性和剛性印制板上獲得了表面光亮、致密，厚度約為1.1μm，具有較好可焊性的化學(xué)鍍錫層。
　　對(duì)化學(xué)鍍錫的機(jī)理從置換過(guò)程和還原過(guò)程兩個(gè)方面進(jìn)行研究。對(duì)于置換反應(yīng)階段，循環(huán)伏安(CV)和電化學(xué)阻抗(EIS)的測(cè)試表明，當(dāng)硫脲(TU)的濃度小于0.01mol/L時(shí)，硫脲在銅的表面僅發(fā)生了較弱的吸附反應(yīng)。隨

5、著硫脲濃度的提高，Cu(I)-TU絡(luò)合物逐漸形成。當(dāng)硫脲的濃度增加到0.5mol/L時(shí)，硫脲與Cu(I)的反應(yīng)轉(zhuǎn)變成為不可逆的絡(luò)合過(guò)程。同時(shí)利用EIS數(shù)學(xué)推導(dǎo)驗(yàn)證了這一反應(yīng)過(guò)程。而且通過(guò)X射線晶體衍射的解析，確定了此絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)為四配位的雙四面體絡(luò)合物[Cu2(NH2CSNH2)6]SO4H2O。根據(jù)以上的研究，明確了化學(xué)鍍錫置換反應(yīng)的歷程為：首先硫脲在銅的表面發(fā)生絡(luò)合，生成[Cu2(NH2CSNH2)6]SO4H2O。然后溶液中的錫離

6、子擴(kuò)散到基體表面，得到電子，形成金屬原子，并在銅表面成核，長(zhǎng)大，形成錫層。在反應(yīng)初期伴隨少量錫合金的形成，一般為Cu6Sn5化合物。當(dāng)基體表面被完全覆蓋后，置換反應(yīng)結(jié)束。主鹽和配位劑的濃度對(duì)置換反應(yīng)過(guò)程的影響很大。
　　在對(duì)化學(xué)鍍錫還原過(guò)程的研究中，采用量子化學(xué)中的分子軌道理論，計(jì)算了不同溫度下的次磷酸鈉氧化反應(yīng)過(guò)渡態(tài)的振動(dòng)頻率。并在MP2/6-311G(d,p)和CBS-QB3水平上計(jì)算了P-H鍵斷裂過(guò)程中所有反應(yīng)物、產(chǎn)物和過(guò)渡