錫銀銅合金的電沉積工藝與沉積機制及其焊接性能的研究.pdf

1、傳統(tǒng)電子封裝工藝廣泛使用Sn-Pb合金鍍層作為可焊性鍍層，但是Pb有毒性，已被禁止在電子產(chǎn)品中使用。因此，電沉積無鉛可焊性鍍層是電子電鍍領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，純錫鍍層的焊接可靠性差，錫基二元合金鍍層有脆性大、潤濕性差等方面的問題，貴金屬鍍層成本高。綜合分析表明，Sn-Ag-Cu三元合金作為無鉛可焊性鍍層具有良好的應用前景。因此，開展電沉積Sn-Ag-Cu三元合金的研究具有重要的理論與實際意義。
　　基于強酸性鍍液和堿性鍍液存在

2、的諸多問題，開發(fā)了弱酸性甲磺酸鹽–碘化物鍍液電沉積Sn-Ag-Cu合金工藝。采用直流電沉積方法在鐵、銅基體上電鍍Sn-Ag-Cu合金，采用掃描電子顯微鏡觀察鍍層微觀形貌，采用X-射線熒光光譜儀分析鍍層組成。通過系統(tǒng)的工藝研究，明確了鍍液組成及工藝條件的影響規(guī)律，從而優(yōu)化出了獲得光亮平整、結(jié)晶致密，Sn、Ag和Cu的質(zhì)量分數(shù)分別為92％~97%、2%~6%和0.5%~2%的Sn-Ag-Cu合金鍍層的鍍液組成和工藝條件。
　　鍍液中同

3、時使用自制的HT添加劑和三乙醇胺（TEA）時能夠得到光亮的Sn-Ag-Cu合金鍍層。通過研究二者對陰極極化、鍍層形貌和鍍層組成等的影響發(fā)現(xiàn)，HT能顯著增大陰極極化，使鍍層結(jié)晶細小；TEA雖然使陰極極化減小，但能使鍍層結(jié)晶致密。據(jù)此可認為HT是電鍍Sn-Ag-Cu合金的主光亮劑，TEA是光亮促進劑。動力學模擬計算發(fā)現(xiàn)，HT中的芳香醛分子在鍍層表面的吸附能力較強，而TEA的吸附能力較弱。根據(jù)上述分析，建立了HT和TEA在陰極表面的協(xié)同作用模

4、型，合理地闡述了光亮鍍層形成的原因。
　　通過對電鍍液進行循環(huán)伏安曲線、極化曲線、計時電流曲線和阻抗譜等的測試，研究了Sn-Ag-Cu合金的電沉積行為。確定Sn-Ag-Cu合金的沉積類型為正則共沉積。隨著電極電勢的負移，電沉積過程可分為三個階段：從擴散步驟控制發(fā)展到擴散步驟與電化學步驟混合控制，最后是電化學步驟控制。提出了金屬配合離子的競爭放電機制，認為在一定的陰極電勢下，鍍液中的多種配合離子都具有相近的析出電勢，它們在陰極表面競

5、爭放電還原，形成Sn-Ag-Cu合金鍍層。
　　采用差示掃描量熱法、Tafel曲線測試、拉伸實驗、焊料鋪展實驗和高溫高濕實驗等方法評價了Sn-Ag-Cu合金鍍層的焊接性能。實驗結(jié)果表明，Sn-Ag-Cu合金鍍層熔點在221~223℃之間，與Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料兼容性良好，耐蝕性能與Sn-Pb合金鍍層相當。當Sn-Ag-Cu合金鍍層的微觀形貌較好時，其潤濕性也較好。在Cu基體上電鍍的Sn-Ag-Cu合金鍍層容易生長錫須，