CN108193241A - 一种铜或铜合金零件的镀锡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜或铜合金零件的镀锡方法，包括如下步骤：铜或铜合金零件进行预处理→镀镍→镀镍后处理→电镀锡铈锑→碱中和+消泡→三级逆流水洗→草酸清洗→三级逆流水洗→防锡变色处理→后处理；经过本发明方法处理的零件，能够满足老化后无铅焊锡要求。

Description

一种铜或铜合金零件的镀锡方法

技术领域

本发明涉及铜或铜合金零件电镀方法。

背景技术

电镀锡零件不经过老化处理，可以满足无铅焊锡可焊性要求，但经过高温老化或蒸汽老化后无法满足特定条件无铅焊锡要求：

①锡层老化后变色引起可焊性不良：

锡的化学性质很稳定。常温下，锡对许多气体和弱酸或弱碱的耐腐蚀能力较强，不易被氧化，所以它常保持银闪闪的光泽。加热条件下氧化反应加快，温度高于150℃时，锡能与气作用生成SnO和SnO₂。在高温及潮湿环境气氛中，锡及其合金镀层受氧化、水蒸汽和有害介质等作用产生氧化腐蚀变色，结果使镀层表面发生变黄或变黑现象，老化后极易出现变色现象，从而导致可焊性下降。

②黄铜基材中的锌扩散引起可焊性不良：

黄铜基材为铜锌合金，黄铜基材零件直接镀锡，锌从含锌合金如黄铜中扩散出来，经过锡镀层达到表面。会降低镀层可焊性能、附着强度和外观。

③铜锡金属间化合物导致可焊性不良：

锡镀层与铜或铜合金之间的相互扩散，能导致锡镀层可焊性变坏和颜色变暗。变坏的程度依储存条件而定，而在不良储存条件下，保存期可能只有一周或一个月。

④镀层异物夹杂或残留导致可焊性不良：

硫酸盐体系镀锡液在电镀过程中为确保镀层的光亮度，加入较多的光亮剂，导致有机物夹杂。或者硫酸盐体系镀锡液泡沫较多，不容易清洗干净，酸性泡沫腐包镀层。从而导致可焊性下降。

基于上述情况，常规镀锡零件经过高温老化155℃±2℃、16h或蒸汽老化93℃±3℃、8h±15min后，采用245℃±3℃、3S±0.3S无铅焊锡，常出现虚焊、针孔或浸润性不良的问题。

发明内容

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

一种铜或铜合金零件的镀锡方法，包括如下步骤

铜或铜合金零件进行预处理→镀镍→镀镍后处理→电镀锡铈锑→碱中和+消泡→三级逆流水洗→草酸清洗→三级逆流水洗→防锡变色处理→后处理；其中，

所述的镀镍步骤中，镍层厚度0.1μm～10μm，电镀锡铈锑步骤中，锡铈锑厚度3μm～7μm；

电镀锡铈锑采用4.3A/Kg～6.6A/Kg(每公斤零件的电流大小)的阴极电流密度，

电镀锡铈锑工艺条件为：硫酸亚锡15g/L～40g/L，硫酸180g/L～210g/L，硫酸高铈1g/L～5g/L，酒石酸锑钾0.2g/L～0.8g/L，温度8℃～16℃；

中和水洗步骤为：无水碳酸钠5g/L～10g/L，消泡剂5mL/L～10mL/L，温度：室温，时间40s～80s；

草酸清洗步骤为：草酸8g/L～12g/L，时间40s～80s。

在本发明中，所述的铜合金种类包括但不限于下列中的一种：黄酮、青铜。黄酮包括普通黄铜、铅黄铜、锡黄铜、锰黄铜、铁黄铜、镍黄铜；青铜包括磷青铜、锡青铜。

在本发明中，所述的预处理优选包括如下步骤：化学脱脂→化学脱脂→阴阳极电解脱脂→三级逆流水洗→酸洗→三级逆流水洗。在本发明的另外实施例中，也可以采用其它现有技术的预处理方式，其主要目的是将表面清洗干净。

在本发明中，如果镍层厚度过低，例如低于0.1μm,会出现沾锡不良，如果高于10μm，则成本过高。作为优选，所述的镀镍步骤中，镍层厚度0.5μm～7μm。例如0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm。

在本发明中，所述的镀镍后处理优选包括如下步骤：镍回收→三级逆流水洗→活化→三级逆流水洗→预浸。

在本发明中，电镀锡铈锑采用4.3A/Kg～6.6A/Kg(每公斤零件的电流大小)的较小阴极电流密度，如果高于这个电流密度，同样会出现沾锡不良，如果低于这个电流密度，则沉积速度过慢。

在本发明中，所述的后处理优选包括如下步骤：三级逆流水洗→热水洗→热风离心甩干。在本发明的另外实施例中，也可以采用其它现有方式进行后处理。

在本发明中，防锡变色处理采用抗氧化变色性能较高的LF防锡变色剂水溶性保护剂防护处理。

在本发明中，防锡变色处理步骤优选为：LF防高温湿锡须剂40ml/L～60ml/L，温度为室温，时间30s～50s，pH值2.2-3.2。

作为优选，本发明的完整工艺流程为：化学脱脂→化学脱脂→阴阳极电解脱脂→三级逆流水洗→酸洗→三级逆流水洗→镀镍→镍回收→三级逆流水洗→活化→三级逆流水洗→预浸→电镀锡铈锑→碱中和+消泡→三级逆流水洗→草酸清洗→三级逆流水洗→防锡变色处理→三级逆流水洗→热水洗→热风离心甩干。

本发明采用上述处理流程，并通过以下五个方面满足镀锡零件老化沾锡的高可焊性要求：

(1)涂覆采用Cu/Ep·Ni1～3Sn-Ce-Sb3～7的镀层厚度及镀层组合，即电镀镍打底0.1μm～10μm，再电镀锡铈锑3μm～7μm。一定厚度的镍底层可以阻挡黄铜基材中锌的扩散，提高零件的防护性能。还可以防止基材铜与锡镀层形成铜锡金属间化合物，确保可焊性。

(2)电镀锡铈锑采用4.3A/Kg～6.6A/Kg(每公斤零件的电流大小)的较小阴极电流密度，提高镀层的致密性，减缓腐蚀，提高零件老化耐受性。

(3)电镀锡铈锑合金，通过在镀液中加入一定量的硫酸高铈，提高镀层的可焊性。并通过加入微量的酒石酸锑钾，在减少光亮剂含量的基础上保证镀层的光亮度。有利于改善因为镀层中夹杂有机物导致可焊性下降问题。

(4)碱中和+消泡处理：电镀锡铈锑后零件表面呈酸性，硫酸盐体系电镀锡合金泡沫又较多，不利于清洗。电镀后在弱碱性条件下清洗有利于中和镀层表面，同时利用消泡剂的消泡作用，防止镀锡液的泡沫在镀层表面残留腐蚀镀层，确保镀层表面的清洗效果。

(5)草酸清洗：碱中和清洗后采用草酸进行清洗，可以进一步去除微量残留在镀层表面的有机物，确保彻底清洁镀层表面。草酸清洗之后，镀层表面光亮均匀，而且老化沾锡效果好；如果不用草酸清洗，镀层表面外观较差，而且老化沾锡可能出现针孔或不浸润现象。

此外，本发明还通过以下方面满足镀锡零件老化沾锡的高可焊性要求：

(6)采用抗氧化变色性能较高的LF防锡变色剂水溶性保护剂防护处理，提高零件在储存过程中抗氧化变色能力，提高老化性能，同时确保零件的导电性能。

经本发明处理的电镀锡零件可以满足：高温老化155℃±2℃、16h或蒸汽老化93℃±3℃、8h±15min后，245℃±3℃、3S±0.3S无铅焊锡的可焊性测试要求。

附图说明

图1为实施例1纯铜零件电镀后经155℃、16h高温老化后外观无变色；

其中，左图为老化后发黄变色图片，右图为老化后不变色图片；

图2为实施例2黄铜零件电镀后经155℃、16h高温老化后外观无变色；

图3为实施例3纯铜零件电镀后高温老化沾锡外观；

图4为实施例4黄铜零件电镀后高温老化沾锡外观。

具体实施方式

1、镀层组合及其厚度选择：无论是纯铜、黄铜还是锡磷青铜，为防止铜与锡之间相互扩散形成金属间化合物降低可焊性，在电镀锡铈锑之前都要先打镍底。而且镍底镀层厚度按照0.1μm～10μm控制，锡铈锑镀层按3μm～7μm控制。

2、镀锡：

(1)电镀锡铈锑合金镀层，通过在镀锡液中加入一定量的硫酸高铈，提高镀层的可焊性，以及微量的酒石酸锑钾提高镀层的光亮度。电镀锡铈锑工艺条件为：硫酸亚锡15g/L～40g/L，硫酸180g/L～210g/L，硫酸高铈1g/L～5g/L，酒石酸锑钾0.2g/L～0.8g/L，温度8℃～16℃。

(2)电镀锡铈锑关键工艺参数，采用4.3A/Kg～6.6A/Kg(待电镀零件每Kg重量的电流大小)较小阴极电流密度，提高镀层的致密性，减缓腐蚀，提高零件老化耐受性，确保可焊性。

3、碱中和+消泡：硫酸盐体系酸性镀锡，镀液泡沫较多，为防止镀锡至水洗转移过程中镀层被酸性液体腐蚀以及酸性泡沫粘附在镀层表面，镀锡后采用碱中和+消泡的方式进行中和水洗，中和水洗工艺条件为：无水碳酸钠5g/L～10g/L，消泡剂5mL/L～10mL/L，温度室温，时间40s～80s。

4、草酸清洗：碱中和清洗后采用草酸进行清洗，可以进一步去除微量残留在镀层表面的有机物，确保彻底清洁镀层表面。草酸清洗工艺条件为：草酸8g/L～12g/L，时间40s～80s。

5、防锡变色处理：为防止镀锡铈锑零件在夏季温湿度较高的季节或梅雨季节储存时，以及老化后发生氧化变色现象，对电镀锡铈锑零件采用LF水性防锡变色剂进行防护处理。防锡变色处理工艺条件为：LF防高温湿锡须剂40ml/L～60ml/L，温度，室温，时间30s～50s，pH值2.2-3.2。LF保护剂可在潮湿及高温的环境下，给锡或锡合金镀层表面提供防腐蚀能力。防止因贮存而导致镀层晦暗，防止焊锡出现问题。

实施例1

处理对象，纯铜

处理过程：化学脱脂1→化学脱脂2→阴阳极电解脱脂→三级逆流水洗→酸洗→三级逆流水洗→镀镍→镍回收→三级逆流水洗→活化→三级逆流水洗→预浸→电镀锡铈锑→碱中和+消泡→三级逆流水洗→草酸清洗→三级逆流水洗→防锡变色处理→三级逆流水洗→热水洗→热风离心甩干。

其中，

1、化学脱脂1：SF302除油粉(广州三孚化工有限公司)80g/L、温度50℃、时间5min。

2、化学脱脂2：SF302除油粉80g/L、温度50℃、时间5min。

3、电解脱脂：E260除油粉80g/L、电压3V/滚桶、温度50℃、时间5min。

4、酸洗：工业级盐酸450mL/L、温度为常温、时间3min。

5、镀镍，厚度为2μm；

6、活化：工业级硫酸80mL/L、温度为常温、时间2min。

7、预浸：硫酸(化学纯级)65mL/L、温度为常温、时间90S。

8、镀锡：

(1)电镀锡铈锑合金镀层，..电镀锡铈锑工艺条件为：硫酸亚锡25g/L，硫酸200g/L，硫酸高铈3g/L，酒石酸锑钾0.4g/L，温度10℃；电镀锡铈锑，采用5A/Kg(待电镀零件每Kg重量的电流大小)较小阴极电流密度。镀层厚度为5μm。

9、碱中和+消泡：工艺条件为：无水碳酸钠10g/L，消泡剂10mL/L，温度为室温，时间60s。

10、草酸清洗：碱中和清洗后采用草酸进行清洗，可以进一步去除微量残留在镀层表面的有机物，确保彻底清洁镀层表面。草酸清洗工艺条件为：草酸10g/L，时间60s。

10、防锡变色处理：采用LF水性防锡变色剂进行防护处理。防锡变色处理工艺条件为：LF防高温湿锡须剂(安美特化学有限公司)50ml/L，温度室温，时间40s，pH值2.7。

纯铜零件电镀后经155℃、16h高温老化后外观无变色：其结果见图1。

实施例2

在本实施例中，处理对象为黄铜，处理步骤与实施例1相同。黄铜零件电镀后经155℃、16h高温老化后外观无变色：其结果见图2。

实施例3

在本实施例中，处理对象为纯铜，处理步骤与实施例1相同。纯铜零件电镀后经155℃、16h高温老化，再经245℃±3℃、3S±0.3S无铅焊锡后，可焊性好，焊锡饱满、无针孔，外观如图3所示。

实施例4

在本实施例中，处理对象为黄铜，处理步骤与实施例1相同。黄铜零件电镀后高温老化沾锡外观见图4。

实施例5

在本实施例中，处理对象为黄铜，处理步骤与实施例1基本相同。所不同的是，镀镍厚度为7μm。

实施例6

在本实施例中，处理对象为黄铜，处理步骤与实施例1基本相同。所不同的是，镀镍厚度为10μm。

对比例1

在本实施例中，处理对象为纯铜，处理步骤与实施例1基本相同。所不同的是，镀镍厚度为0.05μm。结果，在后续工艺中沾锡不良。

对比例2

在本实施例中，处理对象为纯铜，处理步骤与实施例1基本相同。所不同的是，电镀锡铈锑采用8.0A/Kg。结果，在后续工艺中沾锡不良。

对比例3

在本实施例中，处理对象为纯铜，处理步骤与实施例1基本相同。所不同的是，电镀锡铈锑采用3.0A/Kg。沉积时间长。

Claims (8)

1.一种铜或铜合金零件的镀锡方法，包括如下步骤：铜或铜合金零件进行预处理→镀镍→镀镍后处理→电镀锡铈锑→碱中和+消泡→三级逆流水洗→草酸清洗→三级逆流水洗→防锡变色处理→后处理；其中，

所述的镀镍步骤中，镍层厚度0.1μm～10μm，电镀锡铈锑步骤中，锡铈锑厚度3μm～7μm；

电镀锡铈锑采用4.3A/Kg～6.6A/Kg的阴极电流密度，

电镀锡铈锑工艺条件为：硫酸亚锡15g/L～40g/L，硫酸180g/L～210g/L，硫酸高铈1g/L～5g/L，酒石酸锑钾0.2g/L～0.8g/L，温度8℃～16℃；

中和水洗步骤为：无水碳酸钠5g/L～10g/L，消泡剂5mL/L～10mL/L，温度：室温，时间40s～80s；

草酸清洗步骤为：草酸8g/L～12g/L，时间40s～80s。

2.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：所述的铜合金种类包括下列中的至少一种：黄酮、青铜。

3.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：所述的预处理包括如下步骤：化学脱脂→化学脱脂→阴阳极电解脱脂→三级逆流水洗→酸洗→三级逆流水洗。

4.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：所述的镀镍步骤中，镍层厚度0.5μm～7μm。

5.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：所述的镀镍后处理包括如下步骤：镍回收→三级逆流水洗→活化→三级逆流水洗→预浸。

6.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：所述的后处理包括如下步骤：三级逆流水洗→热水洗→热风离心甩干。

7.根据权利要求1所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：防锡变色处理采用抗氧化变色性能较高的LF防锡变色剂水溶性保护剂防护处理。

8.根据权利要求7所述的一种铜或铜合金零件的镀锡方法，其特征在于：防锡变色处理步骤为：LF防高温湿锡须剂40ml/L～60ml/L，温度为室温，时间30s～50s，pH值2.2-3.2。