【正文】 u共晶溫度227℃)之外，潤濕性良好。成本低，對流焊槽無污染，而且可抑制金屬須晶生成。SnCu合金焊料的開發(fā)Sn/Sn2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是0．136Vvs．SHE(25℃)，然而Cu/Cu2+是+0．33V，兩者之間的電位差比較大，在—般的單純鹽類電解液里，銅Cu很容易優(yōu)先析出。而且，當(dāng)用可溶性Sn陽極或者SnCu合金陽極的時候，由于電解液中的Cu2+離子和陽極的Sn之間置換反應(yīng)產(chǎn)生析出沉表1標(biāo)準(zhǔn)電解液和作業(yè)條件(獲得snlwt%Cu鍍層的情況積。因此，把電解液中的Sn2+和Cu2+的析出電位搞得相接近，需要有抑制銅Cu優(yōu)析出的絡(luò)合劑。通過研究各種各樣的絡(luò)合劑，最后終于找到SnCu電解液配方，它能使Sn和Cu形成合金并可抑制在銅Cu陽極上的置換沉積。在這種電解液的基礎(chǔ)出上，開發(fā)出鍍層特性優(yōu)良的SnCu合金電解液“Soft Alloy GTC”，將在下文詳細(xì)介紹。 Soft Alloy GTC的特點 (1)電解液構(gòu)成及作業(yè)條件 關(guān)于Soft Alloy GTC的標(biāo)準(zhǔn)電解液構(gòu)成和作業(yè)條件，詳見表1所示。Soft Alloy GTC產(chǎn)品系列對應(yīng)由滾筒式電鍍直到高速電鍍的寬陰極電流密度范圍應(yīng)用，同時，用戶可根據(jù)用途選擇電解液，例如，對于耐藥性方面有問題的電子元器件可選用中性的電解液。 (2)良好鍍層外觀 關(guān)于SnCu電鍍層的表面形狀當(dāng)放大1000倍時觀察各種電解液構(gòu)成的鍍層（包括滾筒式電鍍、支架式電鍍和高速電鍍電解液形成的鍍層），均都致密且呈現(xiàn)半光澤狀。 (3)析出比率 電鍍層的析出比率、可作出定量分析。具體作法是使用SUS作為基底進(jìn)行電鍍，把其電鍍層溶解到1：1硝酸溶液中，通過原子吸收光；譜分析將獲得定量分析結(jié)果。例如，在支架電鍍的電解液里金屬比率和鍍層里銅Cu含有率之間的關(guān)系如圖1所示。在電解液里Cu的含有率增加的情況下，鍍層里的銅Cu含有率也幾乎成正比地增長，根據(jù)這種近似的線性關(guān)系很容易管理合金比例；電解液中Cu的含有率與1wt%時的陰極電流密度和鍍層中Cu含有率的關(guān)系如圖2所示，從中不難看出除了在低電流密度時鍍層中的Cu含有率偏高—些之外，基本上與電流密度無關(guān)，比較穩(wěn)定。也就是說，電流密度超過2A／cm2以后，基本上鍍層中的含Cu率不再受陰極電流密度左右。 (4)關(guān)于電鍍層的熔點 關(guān)于SnCu電鍍層的熔點測試方法如下，取10mg的SnCu鍍層，在流動氮氣流速為50mL／分的環(huán)境下，將溫度由室溫開始，以10℃份的升溫速度加溫到300C，測量其熔點。測試結(jié)果，以差示掃描熱量分析曲線表示，詳見圖4所示。對三種樣品實測結(jié)果，它們的熔融峰值溫度都處于SnCu合金的共晶溫度227℃附近(詳見圖4)；即使是電鍍層樣品中的Cu含有率有差異，但是，熔融峰值溫度幾乎是相同的。 (5)焊料潤濕性優(yōu)秀有比較才能有鑒別，為了證實SnCu焊料鍍層的潤濕性是否優(yōu)秀，采用Meniscograph方法構(gòu)成的Zero CrossTime對各種焊料鍍層斷評比。具體作法是以Soft Alloy GTC20電解液用支架式電鍍方法制造出多種焊料鍍層樣品，通過高溫高濕處理(溫度：60℃相對濕度：95％，處理時間：168小時）后，進(jìn)行潤濕性評比。具體的Meniscograph測試條件如表2所示。測試樣品的制作過程如下：在銅基礎(chǔ)材料上先電鍍一層Ni，再在其表面上電鍍所要測試的SnCu鍍層。用作對比的鍍層樣品是Sn和SnPb鍍尾測試條件完全相同。 評比測試的結(jié)果，如圖4所示。測試樣品和對比用樣品，當(dāng)它們在高溫高濕處理之前，各個焊料鍍層的潤濕性幾乎是相同的。但是，經(jīng)過高溫高濕處理之后，利用Zero Cross Time進(jìn)行比較，結(jié)果顯示在圖4里，一目了然。 評比結(jié)果，除Sn3．5wt％Cu鍍層的潤濕性比SnPb鍍層表2Meniscograph測試條件有所劣化之外，其它含銅率不同的SnCu焊料鍍層的潤濕性劣化程度很小，堪稱SnCu焊料鍍層潤濕性優(yōu)秀。 (6)抑制金屬須晶在銅質(zhì)的封裝引線框架上分別電鍍有含Cu為2和4wt%的SnCu鍍層，并將它們置入50℃的恒溫槽中存放3個月。作為對比的樣品，它是在引線框架上電鍍有Sn鍍層，也上摟按上述條件存放3個月。事后觀察各個電鍍層發(fā)現(xiàn)，作為對比樣品的Sn鍍層上有明顯的針狀金屬須晶出現(xiàn)，然而種含Cu率的SnCu鍍層上卻無針狀金屬須晶。 (7)加工性良好 IC封裝引線上的焊料鍍層，必須具備柔韌性。因為，引線需要彎曲加工成形，若引線上的焊料鍍層缺乏柔韌性，彎曲加工時引起鍍層出裂紋并在裂紋處發(fā)生基底氧化，從而降低焊接可靠性。為此，曾在0．5mm厚銅板上和42Alloy板上電鍍10μm厚的Sn1wt%cu鍍層，按照J(rèn)IS規(guī)格H8504進(jìn)行彎曲實驗，結(jié)果良好。在銅板和42Alloy板上的鍍層，并未發(fā)生裂紋，證實加工性良好。 (8)不污染流焊槽 通常，電子元器件焊接都是采取使用焊料槽的流焊焊接法，焊接過程中由印刷電路板上有Cu溶入并且鍍層中的成份也溶入到流焊槽內(nèi)，形成污染。關(guān)于有Cu溶入焊料槽內(nèi)的問題，如像SnPb焊料槽內(nèi)有Cu也關(guān)系不大，因為已有清除Cu的實用技術(shù)。但是，Cu以外的異種金屬混入焊料糟時，可能導(dǎo)致流焊特性劣化。為此，日本上村工業(yè)公司曾進(jìn)行過專門研究，該公司開發(fā)的SnCu電鍍技術(shù)和現(xiàn)有的無鉛焊料(如像Sn0．7Cu、．75Cu和Sn2．5Ag0．7Cu1Bi)技術(shù)相容，不會對流焊槽造成污染。 (9)在陽極上無銅沉積錫Sn陽極之類的可溶性陽極，通常是設(shè)置在電解槽里。當(dāng)它浸漬在電解液中的情況下，連不通電流時不出現(xiàn)金屬置換沉積現(xiàn)象，保持電解液中的金屬濃度不變是最重要的。但是，以往的電鍍工藝中，幾乎不能保證這樣一點。此次日本上村工業(yè)公司公布的利用Soft Alloy GTC電解液的SnCu電鍍技術(shù)，卻能保證在陽極無Cu置換沉積現(xiàn)象，而且通過對比實驗獲得證實。該對比實驗情況如下：試驗用陽極是Sn陽極，作為對比實驗用電解液分別是Sn1wt%Cu、Sn3．5wt%Ag和Sn5wt％Bi(均是強酸性電解液)，試驗用樣品電解液是Soft AlloyGTC20型SoCu電解液，實驗時把Sn陽極投入各個電解液中呈浸漬狀態(tài)并在常溫下放置24小時。對比實驗結(jié)果表明，浸漬在Sn1wt%Cu、Sn3．5wt％Ag和SnSwt%Bi電解液中的各Sn陽極，其表面分別都有Cu、Ag和Bi金屬沉積，各電解液中的金屬濃度都發(fā)生變化；然而，浸漬在Soft Alloy GTC20型SnCu電解液中的Sn陽極上卻無Cu沉積，電解液中的金屬濃度保持不變。這是Soft AlloyGTC20電解液的獨到特點。 (10)作業(yè)性良好且成本低廉 在強酸性的SnCu、SnAg和SnSi電解液里，使用可溶性陽極時在其表面上會置換沉積出Cu或Ag或者Bi金屬。因此，這些電解液中的金屬比率的平衡遭到破壞,電鍍層的合金比率管理很困難，與此同時還必須維護(hù)電鍍用陽極，如像清除陽極上置換出來的金屬等都是很麻煩的作業(yè)。若用不溶性Pt/Ti板等不溶性陽極時,需要補充藥液費等導(dǎo)致生產(chǎn)成本大增。這正是無鉛焊料電鍍比以往的SnPb焊料電鍍在作業(yè)性和生產(chǎn)成本方面增加負(fù)擔(dān)的原因。日本上村工業(yè)公司開發(fā)的Soft Alloy GTC20型snCu電解液,消除了以往無鉛焊料電鍍術(shù)的難題；這種SnCu電鍍技術(shù)，確實具備電鍍作業(yè)性良好和成本低廉的優(yōu)點。 15 /