CN106939417A - 印制线路板的化学镀锡配方 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种印制线路板的化学镀锡配方，该配方按照浓度包括以下组分：亚锡离子10‑30g/L，硫脲70‑130g/L，甲基磺酸30‑70g/L，柠檬酸30‑60g/L，亚氨基二琥珀酸四钠20‑50g/L，碳酰肼10‑30g/L，界面活性剂10‑50mg/L，乙酸铋0.05‑0.15g/L和多氨基多醚基甲叉膦酸20‑40g/L将上述的各组分溶液混合均匀后配置成化学镀锡溶液；该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。本发明该配方中含有多种络合剂，可以使亚锡离子不易被氧化成四价锡，利用还原剂可以除掉溶解在镀液中的氧气对亚锡离子的氧化，镀液中含有乙酸铋，镀层为锡铋合金，合金化的镀层不易生长锡须；且该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。

Description

印制线路板的化学镀锡配方
技术领域
本发明涉及线路板技术领域，尤其涉及一种印制线路板的化学镀锡配方。
背景技术
印制电路板，又称PCB线路板，是电子元器件电气连接的提供者。印制电路板从单层发展到双面板、多层板和挠性板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、减少成本、提高性能，使得印制电路板在未来电子产品的发展过程中，仍然保持强大的生命力。未来印制电路板生产制造技术发展趋势是在性能上向高密度、高精度、细孔径、细导线、小间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量、薄型方向发展。
线路板领域的表面处理主要指的是铜面的最终处理，处理后的表面可以起到焊接、绑定等功能，在这一领域，发达国家一直走在前面，近年来在OSP、化学镍金等方面国内已经发展到了一定程度，但是OSP成品检验目视检测和电测不方便，SMT返工不适合，存储条件要求高等缺点。化学镍金具有镍腐蚀、容易渗镀、漏镀等缺点。
化学纯锡涂层已长久应用于汽车线路板或IC载板的表面处理领域，这得益于其所具有的众多优点，锡面平整性好，具有优良的导电性和焊锡性，可多次焊接，锡层不含铅，对环境无污染，储存期长(一年)，制程简单，工作环境好等特点，但是现有的镀层形貌其具有镀层疏松，结晶不明显，镀层孔隙率较高等缺点。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种印制线路板的化学镀锡配方，该配方中含有多种络合剂，可以使亚锡离子不易被氧化成四价锡，利用还原剂可以除掉溶解在镀液中的氧气对亚锡离子的氧化，镀液中含有乙酸铋，镀层为锡铋合金，合金化的镀层不易生长锡须。
为实现上述目的，本发明提供一种印制线路板的化学镀锡配方，按照浓度包括以下组分：
亚锡离子10-30g/L
硫脲70-130g/L
甲基磺酸30-70g/L
柠檬酸30-60g/L
亚氨基二琥珀酸四钠20-50g/L
碳酰肼10-30g/L
界面活性剂10-50mg/L
乙酸铋0.05-0.15g/L
多氨基多醚基甲叉膦酸20-40g/L
将上述的各组分溶液混合均匀后配置成化学镀锡溶液；该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。
其中，所述亚锡离子为镀层锡的来源；硫脲可以大幅降低铜的化学电位，使锡和铜的置换反应得以顺利进行；甲基磺酸为化学镀锡溶液提供一种酸性环境；柠檬酸为化学镀锡溶液中的第一种络合剂，可以有效络合亚锡离子，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；亚氨基二琥珀酸四钠为化学镀锡溶液中的第二种络合剂，可以有效络合亚锡离子，与柠檬酸复配，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；碳酰肼是一种强还原剂，可以吸收掉混合在溶液中的氧气，为体系提供一个更加稳定的环境；界面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，让镀液能顺利进入线路板的通孔或者盲孔内；乙酸铋为镀层中铋的来源，和锡形成锡铋合金镀层，合金化的镀层可以防止纯锡镀层出现锡须的风险；多氨基多醚基甲叉膦酸为化学锡面保护剂，在化学镀锡完成后，其可以附着在化学锡表面，防止化学锡镀层在水中或者空气中变色氧化。
其中，所述化学镀锡溶液中各组分混合的温度在60-80℃之间，且时间为15min左右。
其中，所述亚锡离子来源于甲基磺酸锡。
其中，所述界面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或者两种。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的印制线路板的化学镀锡配方，具有如下优势：
1）本发明采用柠檬酸作为第一种络合剂，采用亚氨基二琥珀酸四钠第二种络合剂，可以有效络合亚锡离子，与柠檬酸复配，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险，亚氨基二琥珀酸四钠是一种比较强烈的络合剂，与传统的络合剂相比，配伍性优异，对锰、钙、锌及其他过渡金属离子的螯合力可与EDTA媲美，尤其对铁、铜金属离子螯合力极佳，超过EDTA的螯合力，其可以螯合设备上溶解出来铁离子等，降低杂质金属对镀层的不良影响；由于化学锡反应过程中，锡和铜为置换反应，溶液中铜离子的存在，会影响化学锡的沉积速率，特别是其在超过5g/L以上，化学锡的沉积速率会下降1/3，该络合剂的存在，可以有效络合铜离子，降低其对沉积速率的影响；另外络合剂对锡离子的络合也较为强烈，可以使锡在沉积的过程中更加有序排列，所以得到的镀层相对平整致密；
2）本发明中碳酰肼是一种强还原剂，可以吸收掉混合在溶液中的氧气，为体系提供一个更加稳定的环境；碳酰肼是肼的一种衍生物，具有强烈的还原性，是除氧的最先进材料，毒性小、熔点高、脱氧效率远远大于目前使用的材料，传统锡溶液，包括化学镀锡和电镀锡，大部分使用酚类作为抗氧剂，但是酚类作为还原性和抗氧剂，能力相对低下，除氧能力远不及碳酰肼。
3）本发明中乙酸铋为镀层中铋的来源，和锡形成锡铋合金镀层，合金化的镀层可以防止纯锡镀层出现锡须的风险；传统锡合金中，第二种金属为铅，但近年来铅因为不环保，被限制使用，目前出现了锡银、锡铟合金技术，但是银、铟等均存在成本高的缺点，乙酸铋的使用解决了这些问题；
4）多氨基多醚基甲叉膦酸为化学锡面保护剂，在化学镀锡完成后，其可以附着在化学锡表面，防止化学锡镀层在水中或者空气中变色氧化；目前化学锡生产过程中，锡面发黑是困扰业界的主要问题之一，因为锡不耐酸碱，在潮湿环境下，空气暴露十多秒就会发黑，该多氨基多醚基甲叉膦酸的加入，会与锡形成一层分子级别的多氨基多醚基甲叉膦酸锡的分子膜，可以杜绝锡面变色；
5）该配方中含有多种络合剂，可以使亚锡离子不易被氧化成四价锡，利用还原剂可以除掉溶解在镀液中的氧气对亚锡离子的氧化，镀液中含有乙酸铋，镀层为锡铋合金，合金化的镀层不易生长锡须；且该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。
附图说明
图1为本发明第一实施例使用化学镀锡配方得到的镍层表面形貌图；
图2为本发明第二实施例使用化学镀锡配方得到的镍层表面形貌图；
图3为本发明第三实施例使用化学镀锡配方得到的镍层表面形貌图；
图4为传统的镍层图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
本发明的印制线路板的化学镀锡配方，按照浓度包括以下组分：
按照浓度包括以下组分：
亚锡离子10-30g/L，亚锡离子为镀层锡的来源；
硫脲70-130g/L，硫脲可以大幅降低铜的化学电位，使锡和铜的置换反应得以顺利进行；
甲基磺酸30-70g/L，甲基磺酸为化学镀锡溶液提供一种酸性环境；
柠檬酸30-60g/L，柠檬酸为化学镀锡溶液中的第一种络合剂，可以有效络合亚锡离子，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；
亚氨基二琥珀酸四钠20-50g/L，氨基二琥珀酸四钠为化学镀锡溶液中的第二种络合剂，可以有效络合亚锡离子，与柠檬酸复配，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；
碳酰肼10-30g/L，亚碳酰肼是一种强还原剂，可以吸收掉混合在溶液中的氧气，为体系提供一个更加稳定的环境；
界面活性剂10-50mg/L，界面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，让镀液能顺利进入线路板的通孔或者盲孔内；
乙酸铋0.05-0.15g/L，乙酸铋为镀层中铋的来源，和锡形成锡铋合金镀层，合金化的镀层可以防止纯锡镀层出现锡须的风险；
多氨基多醚基甲叉膦酸20-40g/L，多氨基多醚基甲叉膦酸为化学锡面保护剂，在化学镀锡完成后，其可以附着在化学锡表面，防止化学锡镀层在水中或者空气中变色氧化；
将上述的各组分溶液混合均匀后配置成化学镀锡溶液；该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。
在本实施例中，所述化学镀锡溶液中各组分混合的温度在60-80℃之间，且时间为15min左右。所述亚锡离子来源于甲基磺酸锡。
在本实施例中，所述界面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或者两种。
相较于现有技术，本发明提供的印制线路板的化学镀锡配方，具有如下优势：
1）本发明采用柠檬酸作为第一种络合剂，采用亚氨基二琥珀酸四钠第二种络合剂，可以有效络合亚锡离子，与柠檬酸复配，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险，亚氨基二琥珀酸四钠是一种比较强烈的络合剂，与传统的络合剂相比，配伍性优异，对锰、钙、锌及其他过渡金属离子的螯合力可与EDTA媲美，尤其对铁、铜金属离子螯合力极佳，超过EDTA的螯合力，其可以螯合设备上溶解出来铁离子等，降低杂质金属对镀层的不良影响；由于化学锡反应过程中，锡和铜为置换反应，溶液中铜离子的存在，会影响化学锡的沉积速率，特别是其在超过5g/L以上，化学锡的沉积速率会下降1/3，该络合剂的存在，可以有效络合铜离子，降低其对沉积速率的影响；另外络合剂对锡离子的络合也较为强烈，可以使锡在沉积的过程中更加有序排列，所以得到的镀层相对平整致密；
2）本发明中碳酰肼是一种强还原剂，可以吸收掉混合在溶液中的氧气，为体系提供一个更加稳定的环境；碳酰肼是肼的一种衍生物，具有强烈的还原性，是除氧的最先进材料，毒性小、熔点高、脱氧效率远远大于目前使用的材料，传统锡溶液，包括化学镀锡和电镀锡，大部分使用酚类作为抗氧剂，但是酚类作为还原性和抗氧剂，能力相对低下，除氧能力远不及碳酰肼。
3）本发明中乙酸铋为镀层中铋的来源，和锡形成锡铋合金镀层，合金化的镀层可以防止纯锡镀层出现锡须的风险；传统锡合金中，第二种金属为铅，但近年来铅因为不环保，被限制使用，目前出现了锡银、锡铟合金技术，但是银、铟等均存在成本高的缺点，乙酸铋的使用解决了这些问题；
4）多氨基多醚基甲叉膦酸为化学锡面保护剂，在化学镀锡完成后，其可以附着在化学锡表面，防止化学锡镀层在水中或者空气中变色氧化；目前化学锡生产过程中，锡面发黑是困扰业界的主要问题之一，因为锡不耐酸碱，在潮湿环境下，空气暴露十多秒就会发黑，该多氨基多醚基甲叉膦酸的加入，会与锡形成一层分子级别的多氨基多醚基甲叉膦酸锡的分子膜，可以杜绝锡面变色；
5）该配方中含有多种络合剂，可以使亚锡离子不易被氧化成四价锡，利用还原剂可以除掉溶解在镀液中的氧气对亚锡离子的氧化，镀液中含有乙酸铋，镀层为锡铋合金，合金化的镀层不易生长锡须；且该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。
以下通过具体实施例对本发明做进一步的阐述：
实施例一：
亚锡离子：10g/L；
硫脲：70g/L；
甲基磺酸：70g/L；
柠檬酸：30g/L；
亚氨基二琥珀酸四钠：50g/L；
碳酰肼：30g/L；
十二烷基苯磺酸钠：10mg/L；
乙酸铋：0.15g/L；
多氨基多醚基甲叉膦酸：20g/L；
其中镀液温度65℃；时间15min；
得到镀层厚度为0.84μm，镀层表面形貌如图1所示，从图1中可以看出业界对于化学锡镀层的厚度一般要求在0.8微米以上，该配方及参数条件下的镀层厚度符合业界要求，而且镀层结晶清晰致密。
实施例二：
亚锡离子：30g/L；
硫脲：130g/L；
甲基磺酸：30g/L；
柠檬酸：60g/L；
亚氨基二琥珀酸四钠：20g/L；
碳酰肼：10g/L；
十二烷基苯磺酸钠：50mg/L；
乙酸铋：0.05g/L；
多氨基多醚基甲叉膦酸：40g/L；
其中镀液温度70℃；时间15min；
得到镀层厚度为1.34μm，镀层表面形貌如图2所示，从图2中可以看出，业界对于化学锡镀层的厚度一般要求在0.8微米以上，该配方及参数条件下的镀层厚度符合业界要求，而且镀层结晶清晰致密。
实施例三：
亚锡离子：20g/L；
硫脲：100g/L；
甲基磺酸：45g/L；
柠檬酸：50g/L；
亚氨基二琥珀酸四钠：35g/L；
碳酰肼：15g/L；
十二烷基硫酸酸钠：45mg/L；
乙酸铋：0.1g/L；
多氨基多醚基甲叉膦酸：30g/L；
其中镀液温度75℃；时间15min；
得到镀层厚度为1.28μm，镀层表面形貌如图3所示，从图3中可以看出业界对于化学锡镀层的厚度一般要求在0.8微米以上，该配方及参数条件下的镀层厚度符合业界要求，而且镀层结晶清晰致密。
作为对比例：使用一市售化学镀锡溶液进行化学镀锡，温度70℃，时间15min，得到的镀层厚度为0.92μm；镀层的表面形貌如图4所示，该镀层厚度达到业内要求，但是由镀层形貌可以看出其镀层疏松，结晶不明显，镀层孔隙率较高等缺点。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种印制线路板的化学镀锡配方，其特征在于，按照浓度包括以下组分：
亚锡离子10-30g/L
硫脲70-130g/L
甲基磺酸30-70g/L
柠檬酸30-60g/L
亚氨基二琥珀酸四钠20-50g/L
碳酰肼10-30g/L
界面活性剂10-50mg/L
乙酸铋0.05-0.15g/L
多氨基多醚基甲叉膦酸20-40g/L
将上述的各组分溶液混合均匀后配置成化学镀锡溶液；该化学镀锡溶液具有锡沉积速率稳定，二价锡不易被氧化成四价锡，溶液稳定好的特点。
2.根据权利要求1所述的印制线路板的化学镀锡配方，其特征在于，所述亚锡离子为镀层锡的来源；硫脲可以大幅降低铜的化学电位，使锡和铜的置换反应得以顺利进行；甲基磺酸为化学镀锡溶液提供一种酸性环境；柠檬酸为化学镀锡溶液中的第一种络合剂，可以有效络合亚锡离子，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；亚氨基二琥珀酸四钠为化学镀锡溶液中的第二种络合剂，可以有效络合亚锡离子，与柠檬酸复配，降低亚锡离子被氧化成四价锡的风险；碳酰肼是一种强还原剂，可以吸收掉混合在溶液中的氧气，为体系提供一个更加稳定的环境；界面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，让镀液能顺利进入线路板的通孔或者盲孔内；乙酸铋为镀层中铋的来源，和锡形成锡铋合金镀层，合金化的镀层可以防止纯锡镀层出现锡须的风险；多氨基多醚基甲叉膦酸为化学锡面保护剂，在化学镀锡完成后，其可以附着在化学锡表面，防止化学锡镀层在水中或者空气中变色氧化。
3.根据权利要求1所述的印制线路板的化学镀锡配方，其特征在于，所述化学镀锡溶液中各组分混合的温度在60-80℃之间，且时间为15min左右。
4.根据权利要求1所述的印制线路板的化学镀锡配方，其特征在于，所述亚锡离子来源于甲基磺酸锡。
5.根据权利要求1所述的印制线路板的化学镀锡配方，其特征在于，所述界面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或者两种。
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