CN103014786A

CN103014786A - 电镀液、其制备方法及应用此电镀液的镀锡工艺

Info

Publication number: CN103014786A
Application number: CN2013100235943A
Authority: CN
Inventors: 舒平; 杜腾辉; 陈湘国
Original assignee: GUANGZHOU BORE ENVIRONMENTAL PROTECTION MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Bo Quan Chemical Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: CN103014786B

Abstract

本发明公开了一种电镀液，为包括以下物质的水溶液：二价锡离子、自由酸、湿润剂和光亮剂。本发明利用独特而稳定的添加剂体系制备了金属工件用的电镀液，该电镀液在电镀过程中不易产生四价锡，同时表现出较少的变色，具有操作范围广、得到的镀层佳、添加剂的消耗少、可以抑制锡须生长、不易产生四价锡、维护费用低等优点。本发明还公开了上述电镀液的制备方法以及应用改电镀液的镀锡工艺。

Description

电镀液、其制备方法及应用此电镀液的镀锡工艺

技术领域

本发明涉及对金属工件进行电镀表面处理的溶液，还涉及此溶液的制备方法以及应用此溶液的镀锡工艺。

背景技术

近年来,由于电子工业的高速发展,对可焊性镀层的要求也越来越高，特别是最近由于铅的使用受到限制,所以，作为可焊性镀层的电镀锡工业得到更进一步的发展。

目前应用的镀锡工艺主要有氟硼酸镀锡、碱性镀锡、硫酸盐镀锡和甲基磺酸盐镀锡等。氟硼酸盐镀锡的优点是能够在较高的电流密度下电镀、具有较好的均镀能力和深镀能力、阴极和阳极电流效率都比较高，但是氟硼酸腐蚀性非常强，镀液中的硼离子和氟离子污染环境，因此处理电镀废水成本高。碱性镀锡体系的沉积速度较慢、阴极电流效率比较低，为获得较高的阴极电流效率，对碱的浓度要求较高，而碱的浓度过高，导致析氢反应相对变得更严重，从而降低了电沉积锡的阴极电流效率；另外，高浓度的碱对锡阳极也会有影响，使锡阳极不易保持金黄色的状态，阳极锡溶解产生Sn²⁺，使得镀液不稳定，导致镀层质量也会变差。硫酸盐镀锡体系的缺点是在电流密度较高时锡阳极易发生钝化；二价锡易被氧化成四价，使镀液浑浊影响镀层质量，镀液对设备的腐蚀较大。US3951750和US4021316中公开了基于焦磷酸钾并使用有机硫化物等作为晶粒细化剂的碱浴镀液，该镀液的缺点在于亚锡离子在该碱性浴中不稳定并能快速氧化为Sn⁴⁺而使镀液不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电镀液，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

本发明的第二个目的在于提供一种电镀液的制备方法，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

本发明的第三个目的在于提供一种应用上述电镀液的镀锡工艺，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电镀液，为包括以下物质的水溶液：二价锡离子、自由酸、湿润剂和光亮剂。其中，湿润剂用于降低水的表面张力或界面张力,使工件表面能被水所润湿；光亮剂主要作用表现在通过活性表面除去停留在金属表面的油污、氧化及未氧化的表面杂质，保持物体外部的洁净、光泽度、色牢度。

本发明利用独特而稳定的添加剂体系制备了金属工件用的电镀液，该电镀液制备方法简单，该电镀液在电镀过程中不易产生四价锡，同时表现出较少的变色。本发明的电镀液具有以下优点：

1、具有宽广的操作范围（现有的镀锡工艺电流密度为5～25安培/平方分米、温度为15～25℃，本发明的镀锡工艺电流密度为5～40安培/平方分米、温度为12～25℃），能在宽广的操作范围内得到光亮的镀层；

2、含碳量极低，电镀后的工件具有优良的可焊性；

3、储存、蒸汽老化及热测试后表现出较少的变色；

4、电镀液中稳定的添加剂体系有效减少添加剂的消耗；

5、电镀液中独特的添加剂体系间的协同作用降低了镀层间的压应力，从而抑制锡须生长，符合JESD201要求（锡和锡合金表面涂层的锡须灵敏度环境验收要求）；

6、电镀液具有一定的抗氧化性，使电镀液中不易产生四价锡，减小维护费用；

7、电镀液具有抑泡功能（使电镀液属于低泡型），可以有效减少药水外溢；

8、电镀液为简单的两剂型（湿润剂和光亮剂），操作简单、容易控制。

在一些实施方式中，本发明的电镀液可以为包括以下浓度物质的水溶液：二价锡离子20～50g/L、自由酸120～180ml/L、湿润剂40～60ml/L和光亮剂8～15ml/L，电镀液的总酸量为185～285ml/L。。由此，可以使得电镀液更加稳定，得到的镀层效果更佳，添加剂的消耗更加少，更容易维护。

上述各物质浓度可以优选为：二价锡离子25～35g/L、自由酸140～180ml/L、湿润剂45～55ml/L和光亮剂8～12ml/L，电镀液的总酸量为200～250ml/L。由此，可以使得电镀液更加稳定，得到的镀层效果更佳，添加剂的消耗更加少，更容易维护。

上述各物质浓度可以进一步优选为：二价锡离子30g/L、自由酸160ml/L、湿润剂50ml/L、光亮剂10ml/L，电镀液的总酸量为160ml/L。由此，可以使得电镀液更加稳定，得到的镀层效果更佳，添加剂的消耗更加少，更容易维护。

上述的二价锡离子可以通过向电镀液中加入由锡和有机酸形成的锡盐得到，如：甲基磺酸锡溶液。为控制电镀液中二价锡、自由酸和总酸量的浓度，甲基磺酸锡在电镀液中的最佳含量为100ml/Ｌ，甲基磺酸在电镀液中最佳含量为160ml/Ｌ。由此，可以同时调节二价锡、自由酸和总酸量的浓度，使得操作更加简单、容易控制。

本发明中的湿润剂可以使用在市场上直接购买的镀锡时常用的湿润剂，也可以使用下述配方，包括以下物质的水溶液：硫酸、湿润剂载体A、湿润剂载体B、邻苯二酚和水溶性消泡剂，湿润剂载体A为烷基磺酸盐系列的阴离子表面活性剂；湿润剂载体B为十三碳脂肪醇聚氧乙烯醚系列的非离子表面活性剂。各物质的质量百分浓度优选为：硫酸20.00%、湿润剂载体A30.00%、湿润剂载体B20.00%、邻苯二酚10.00%、水溶性消泡剂10.00%。由此，可以使得电镀后的工件具有更加优良的可焊性；可以进一步降低了镀层间的压应力，抑制锡须生长，符合JESD201要求；可以增强电镀液的抗氧化性，使电镀液中不易产生四价锡，减小维护费用；可以进一步抑制泡沫的产生，减少药水外溢。

本发明中的光亮剂可以使用在市场上直接购买的镀锡时常用的光亮剂，也可以使用下述配方，包括以下物质的水溶液：DPM（二丙二醇甲醚）、碳原子个数为3～8的酮、添加剂A、有机酸、光剂拓展剂、添加剂B和水溶性消泡剂；添加剂A可以为阴离子型表面活性剂，添加剂B可以为聚氧化乙烯类的非离子型表面活性剂，光剂拓展剂可以为脂肪醛类辅助光亮剂。各物质的质量百分浓度优选为：DPM（二丙二醇甲醚）20.00%、酮10.00%、添加剂A10.00%、有机酸3.50%、光剂拓展剂5.20%、添加剂B1.50%、水溶性消泡剂1.50%。由此，可以使得电镀后的工件具有更加优良的可焊性；可以进一步降低了镀层间的压应力，抑制锡须生长，符合JESD201要求；可以增强电镀液的抗氧化性，使电镀液中不易产生四价锡，减小维护费用；可以进一步抑制泡沫的产生，减少药水外溢。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了上述电镀液的制备方法，包括以下步骤：往电镀槽内加入所需量一半的水，按二价锡的浓度要求加入甲基磺酸锡溶液、按浓度要求加入湿润剂和光亮剂，调节自由酸和总酸量的浓度（一般加入甲基磺酸进行调节），添加水至操作体积并混合均匀。上述的电镀液制备方法十分简单，对环境的要求较低，普遍的工厂都适合使用。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了应用上述电镀液的镀锡工艺，根据上述的电镀液的制备方法制备出本发明的电镀液，在电流密度为5～40安培/平方分米、温度为12～25℃的条件下，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，进行电镀。此工艺为连续端子、金属壳类和导线架电镀所设计，得到的镀层效果甚佳。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细的说明。

往电镀槽内加入所需量一半的纯水，在搅拌下按表1中的二价锡的浓度要求加入甲基磺酸锡溶液，混合均匀，再按表1中的浓度要求加入湿润剂和光亮剂，再按表1中的浓度要求调节自由酸和总酸量的浓度（一般加入甲基磺酸进行调节），添加纯水至操作体积，混合均匀后。

上述的湿润剂包括以下质量百分浓度物质的水溶液：硫酸20.00%、湿润剂载体A30.00%、湿润剂载体B20.00%、邻苯二酚20.00%、水溶性消泡剂10.00%；湿润剂载体A为烷基磺酸盐系列的阴离子表面活性剂；湿润剂载体B为十三碳脂肪醇聚氧乙烯醚系列的非离子表面活性剂。

上述的光亮剂包括以下质量百分浓度物质的水溶液：DPM（二丙二醇甲醚）20.00%、碳原子个数为3～8的酮（实施例1选用丙酮；实施例2选用苯乙酮；实施例3选用环己酮；实施例4选用丁酮；实施例5选用2-戊酮；实施例6选用戊酮；实施例7选用己酮；实施例8选用丙酮和戊酮；实施例9选用环己酮和丁酮；实施例10选用2-己酮）10.00%、添加剂A10.00%、有机酸3.50%、光剂拓展剂5.20%、添加剂B1.50%、水溶性消泡剂1.50%；添加剂A可以为阴离子型表面活性剂，添加剂B可以为聚氧化乙烯类的非离子型表面活性剂，光剂拓展剂可以为脂肪醛类辅助光亮剂。

制备电镀液后，再按表1中的电流密度和温度参数，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，进行电镀。

电镀过程中要随时检测电镀液的情况，进行槽液维护。对于要求添加的甲基磺酸锡浓缩液和甲基磺酸的数量，一般应根据对电镀溶液的化学分析结果而定。湿润剂和光亮剂，可在建浴和持续补充中使用。湿润剂需要在光亮剂的共同作用下才能产生完全光亮的锡镀层。湿润剂主要是通过带出消耗，一般的消耗速率为0.15-0.30L/KAH。光亮剂主要是通过电解和带出消耗，一般的补充要求0.4-0.6L/KAH。

1、金属锡含量的分析如下：

①在250ml锥形瓶中加100ml纯水，加10ml50%的硫酸；

②准确移取1ml溶液至锥形瓶中，加1g碳酸氢钠摇匀；

③加1ml淀粉指示剂；

④用0.1N碘标准溶液滴定至深蓝色为终点。

⑤计算：金属锡含量（g/L）=滴定毫升数×5.94

2、甲基磺酸含量的分析如下：

①准备移取1ml溶液至锥形瓶中；

②加100ml纯水；

③加3g草酸钾；

④加3-5滴0.1%苯酚红指示剂；

⑤用0.1N氢氧化钠标准溶液滴定至橙黄色为终点。

⑥计算：甲基磺酸（g/L）=滴定毫升数×9.6

对电镀液进行测试，并观察电镀过程中电镀液的变化情况、电镀后的镀层表观，将结果记录在表2中。

表1

表2

从表2中可以看出，本发明的电镀液具有宽广的操作范围，并能在宽广的操作范围内得到光亮的镀层；具有优良的可焊性；储存、蒸汽老化及热测试后表现出较少的变色；添加剂的消耗较少；可以抑制锡须生长，符合JESD201要求；不易产生四价锡，维护费用较低；几乎没有泡沫产生，不会使得药水外溢。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.电镀液，其特征在于，为包括以下物质的水溶液：二价锡离子、自由酸、湿润剂和光亮剂。

2.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，为包括以下浓度物质的水溶液：二价锡离子20～50g/L、自由酸120～180ml/L、湿润剂40～60ml/L和光亮剂8～15ml/L，所述电镀液的总酸量为185～285ml/L。

3.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，为包括以下浓度物质的水溶液：二价锡离子30g/L、总酸量225ml/L、湿润剂50ml/L和光亮剂10ml/L，所述电镀液的总酸量为160ml/L。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电镀液，其特征在于，所述的二价锡离子通过向电镀液中加入甲基磺酸锡溶液得到。

5.根据权利要求4中任一项所述的电镀液，其特征在于，所述的湿润剂包括以下物质的水溶液：硫酸、湿润剂载体A、湿润剂载体B、邻苯二酚和水溶性消泡剂；

所述的湿润剂载体A为烷基磺酸盐系列的阴离子表面活性剂；

所述的湿润剂载体B为十三碳脂肪醇聚氧乙烯醚系列的非离子表面活性剂。

6.根据权利要求5所述的电镀液，其特征在于，所述的湿润剂包括以下质量百分浓度物质的水溶液：硫酸20.00%、湿润剂载体A30.00%、湿润剂载体B20.00%、邻苯二酚10.00%和水溶性消泡剂10.00%。

7.根据权利要求6中任一项所述的电镀液，其特征在于，所述的光亮剂包括以下物质的水溶液：DPM、碳原子个数为3～8的酮、添加剂A、有机酸、光剂拓展剂、添加剂B和水溶性消泡剂；

所述的添加剂A为阴离子型表面活性剂，所述的添加剂B为聚氧化乙烯类的非离子型表面活性剂，所述的光剂拓展剂为脂肪醛类辅助光亮剂。

8.根据权利要求7所述的电镀液，其特征在于，所述的光亮剂包括以下质量百分浓度物质的水溶液：DPM20.00%、碳原子个数为3～8的酮10.00%、添加剂A10.00%、有机酸3.50%、光剂拓展剂5.20%、添加剂B1.50%和水溶性消泡剂1.50%。

9.根据权利要求8所述的电镀液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：往电镀槽内加入所需量一半的水，按二价锡的浓度要求加入甲基磺酸锡溶液、按浓度要求加入湿润剂和光亮剂，再调节自由酸和总酸量的浓度，添加水至操作体积并混合均匀。

10.一种镀锡工艺，其特征在于，根据权利要求9所述的电镀液的制备方法制备出权利要求1、2或3所述的电镀液，在电流密度为5～40安培/平方分米、温度为12～25℃的条件下，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，进行电镀。