低速雾锡镀浴中微量铅沉积研究

通过验证镀液中微量铅沉积行为,为制程无铅化管控提供依据。通过作业参数间接控制产品中的铅含量,以达到无铅化制程(Lead-free)Pb <1000ppm的要求[1]。探讨了产品(即镀层)中铅含量与镀液中铅含量的对应关系,并研究了电流密度,温度对镀层中铅含量的影响。

低速雾锡镀浴中微量铅沉积研究

王一男

(南京化工职业技术学院 化工系， 江苏 南京 210048)

[摘 要] 通过验证镀液中微量铅沉积行为，为制程无铅化管控提供依据。通过作业参数间接控制产品中的铅含量，以达到无铅化制程（Lead-free）Pb <1000ppm的要求[1]。探讨了产品（即镀层）中铅含量与镀液中铅含量的对应关系，并研究了电流密度，温度对镀层中铅含量的影响。

[关键词] 雾锡；电镀纯锡；无铅电镀；铅沉积

绿色、环保、无铅化已经成为电子制品行业的必然趋势, 根据欧盟WEEE指令自2005年8月13日起，欧盟市场上流通的电子电气设备的生产商必须在法律意义上承担起支付自己报废产品回收费用的责任。自2006年7月1日起根据ROHS指令，所有在欧盟市场上出售的电子电气设备必须禁止使用铅、水银、镉、六价铬等重金属 [2]，随着我国《电子信息产品污染防治管理办法》的出台，我国电子企业也将面对无铅化电子制造所带来的挑战。

现今表面处理中的电镀纯锡(Tin plating)主要分为光亮锡及雾面锡两种，前者容易发

[3]

生锡须，后者价格较贵。雾面锡也简称为雾锡（Matte-tin）是兼顾了产品外观及功能的要求的新型镀种工艺，该工艺镀层外观呈白色亚光状，非传统意义上的金属外观，与主板或白色塑胶件外观溶为一色，同时又具备焊锡功能，是OEM（原始设备制造商）加工制造中逐渐广泛采用的电镀技术，客户多为IBM，APPLE，SanDisk等国际企业。该工艺日常生产管制中，铅污染来源主要是以下三个方面：化品添加，锡阳极，设备制具[4]，因此，通过作业参数间接控制产品中的铅含量具有重要的实际意义。

1 实验部分

1.1试验仪器及化学药品：

脱脂剂：安美特化学公司 Metal & Thermit Chemicals Inc.研制的U251系统 高频直流电源： WSK300型号 素材：304不锈钢

雾锡添加剂：采用永保化学公司M31系统[5]

AAS（Atomic Absorption Spectrometer）仪： AAnalyst300型号

膜厚仪：FISCHERSCOPE X-RAY SYSTEM XDUM，COATING THICKNESS COMPUTER 1.2 实验步骤

素材脱脂→水洗→活化I→水洗→活化II→水洗→建浴→镀雾锡→水洗→烘干→剥锡 1.3流程简述及参数

1、脱脂 去除素材表面油污，以免造成镀层花斑，色差，密着不良等现象，严重时可能导致局部漏镀。

脱脂剂浓度40g/l，60±2℃，阳极通电脱脂4~6ASD（电流密度A/dm3），5min

2、活化I 去除素材表面的氧化皮膜，并检验前工序脱脂是否彻底，经过该道工序活化处理后，如工件表面水膜完整不破裂缩聚，即可进入下道工序，否则应返回重新脱脂处理。

50%H2SO4，6~10s

3、活化II 因不锈钢在空气中极易钝化，而普通酸洗工艺并不能完全除去其表面之钝化膜。若无此通电活化工序，镀锡时仍存在镀层密着不良之风险，有时可以看到镀层在内应力的作用下与素材分离并自动剥落。

烷基磺酸，85ml/l，阴极通电活化6~8ASD，10~20s

4、建浴 浴温分别采用0℃，5℃，10℃，15℃，20℃，考察镀浴温度对镀层的影响。

R○

通过验证镀液中微量铅沉积行为,为制程无铅化管控提供依据。通过作业参数间接控制产品中的铅含量,以达到无铅化制程(Lead-free)Pb <1000ppm的要求[1]。探讨了产品(即镀层)中铅含量与镀液中铅含量的对应关系,并研究了电流密度,温度对镀层中铅含量的影响。

表1建浴组分参数

组分 烷基磺酸锡[6]

烷基磺酸

开缸剂

添加剂[5]

湿润剂 晶细剂 稳定剂

添加量 total Sn2+ 22 g/l

175 ml/l 50 ml/l 40 ml/l 15 ml/l 5 ml/l

5、镀雾锡 低速雾锡（低电流密度<2A/dm3）， A，B，C，D，E五组对应表2中不同电流密度。

表2 雾锡工艺参数

组别 A B C D E

以6ppm为梯度，从0ppm增至60ppm 镀浴铅含量

作业参数

浴温℃

电流密度ASD

0.3 0.5 0.8 1.2 2

时间min 40 24 15 10 6

0±1℃，5±1

℃， 10±1℃，15±1℃，20±1℃

镀浴中的铅含量从0ppm增至60ppm，是通过添加烷基磺酸铅来模拟实际生产上因为化

品添加、锡阳极、设备制具等所引起的镀浴中的铅含量的变化。

阴阳极面积比：1/2.5

槽液搅拌速度：4~6m/min，槽液在工件边面交换的速度，即以工件表面为参照，槽液流动的速度。

反应时间：以实际沉积膜厚为准 140~160微英寸（1µm约合40微英寸），控制电流密度与作业时间之积为定值，使五组素材镀层厚度一致。

6、烘干 100~105℃烘干至恒重。

7、剥锡 将雾锡镀层溶解于剥锡液中（剥锡液配制 HNO3:HCl:H2O= 1:0.2:4）。

2 结果分析

2.1电流密度对铅沉积的影响

环境温度10℃时测试结果见表3（该温度兼顾工艺及节能要求，是雾锡作业普遍采用的温度）。

镀层中铅含量=

镀层中铅元素质量

镀层质量

镀层质量：将雾锡镀层溶解于剥锡液中，以称重法得到镀层质量。

镀层中铅元素质量：AAS仪检测剥锡液中的铅含量，乘以剥锡液体积。 铅含量测试方法：原子吸收光谱法（AAS分析仪）。

表３ 10℃时电流密度对铅沉积的影响

序号 1 2 3 4

铅盐添加量mg/l 0 6 12 18

实测镀浴铅含量 ppm 4.6 9.2 15.6 22.5

A 62 75 84 97

B 102114130145

实测镀层铅含量 ppm

C 128 158 208 277

D 136 183 246 287

E 144 198 265 302

备注 阴影部分样品外观灰暗，具体情况参见

通过验证镀液中微量铅沉积行为,为制程无铅化管控提供依据。通过作业参数间接控制产品中的铅含量,以达到无铅化制程(Lead-free)Pb <1000ppm的要求[1]。探讨了产品(即镀层)中铅含量与镀液中铅含量的对应关系,并研究了电流密度,温度对镀层中铅含量的影响。

5 6 7 8 9 10

24 30 36 42 48 54

29.2 34.3 41.1 46.2 53.5 58.6

112144194266325411

176220293365491760

380 522 783 1260 4660 8347

423 663 921 2065 5341 10221

445 721 1283 3664 6950 15625

表4

以同一电流密度作业时，镀层中铅含量随镀浴中铅含量升高而升高，以电流密度0.3ASD时为例，当镀浴中铅含量超过30ppm时，镀层中铅含量急剧上升。目前终端产品（客户验收时）铅含量管制上限为1000ppm，而电镀品作为中间产品，厂商内部通常都控制镀层中的Pb <500ppm。因此兼顾镀层外观，镀浴中铅含量一般控制在30ppm以下即可。

1600014000

实测镀层铅含量(ppm)

12000100008000600040002000

0实测镀浴中铅含量(ppm)

图1 镀浴中铅含量对镀层铅含量的影响

镀浴中铅含量一定时，电流密度升高，所镀产品镀层中铅含量明显升高，电流密度越大差别越明显，低速雾锡时管控电流在1.2ASD以下为宜。

表4 不同铅含量镀液所镀哈氏片外观

序号 镀液中铅含量

1 6ppm 镀层白亮 有质感

2 14ppm 镀层白亮 有质感

3 22ppm 镀层白亮 质感

4 30ppm <0.8ASD镀层白亮，0.8ASD以上

镀层灰暗

5 38ppm

Hull Cell外观镀层灰暗

注：所用哈氏槽为267ml标准槽，Hull Cell试验参数：10℃，5A，１min

2.2镀液温度对铅沉积之影响

以低速电镀工艺0.5ASD作业条件，镀液中铅含量维持在20~25ppm。

通过验证镀液中微量铅沉积行为,为制程无铅化管控提供依据。通过作业参数间接控制产品中的铅含量,以达到无铅化制程(Lead-free)Pb <1000ppm的要求[1]。探讨了产品(即镀层)中铅含量与镀液中铅含量的对应关系,并研究了电流密度,温度对镀层中铅含量的影响。

镀层中铅含量ppm

镀液温度℃

图2 镀液温度对镀层中铅含量的影响

由图2可以看出，镀层中铅含量随镀液温度的升高而增加。在0℃到15℃范围内，变化趋势缓慢，而作业温度超过15℃以后，镀液温度对镀层中铅含量的影响明显增加。

3 结论

通过控制源头污染即可有效起到控制镀液中的铅含量的目的，从而间接控制了镀层产品中的铅含量。此法不仅简单易行，而且安全可靠，省去了定期对镀层产品做破坏性试验的重复工作，同样方法也适用于其它有害物的管控。

参 考 文 献

[1] White Paper Green Semiconductor Packaging July 16 2001

Green Semiconductor Packaging: Addressing the Environmental Concerns of the 21st Century /content/GreenWP.pdf

[2] 杨建生 电子行业无铅化的历史进程 集成电路应用 2004年12月 [3] 白蓉生 无铅焊接之表面处理 印刷电路资讯 2004年3月 第二期 [4] 电镀手册编写组编 电镀手册 北京国防工业出版社 1997 [5] 永保化学公司M31系统 RAMBO CHEMICALS，RamTech Sn M31 Process，文件编号T010103-4 2003/10/6

[6] 崔志明 甲基磺酸铅(Ⅱ)、甲基磺酸锡(Ⅱ)的制备 电镀与精饰 2001年7月 第23卷第4期(总139期)

作者简介： 王一男（1978-），男，籍贯南京，讲师，华东理工大学硕士研究生在读

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The Study of Lead Plating Deposition on The Coating with Matte-tin

Wang Yinan

(Nanjing College of Chemical Technology，Nanjing 210048，China)

Abstract: This paper performed the study of lead plating deposition on the coating with Matte-tin for Lead-free production. The operational parameters were controlled for the low lead content. The influences of process parameters including temperature, current density on the lead content of coating were discussed. The relationship between the lead content of coating with that of plating solution was studied.

Key words：Matte-tin; tin plating; lead-free electroplating; lead plating deposition

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ksq4.html