CN110158121A - 防锡须镀锡铜包钢线生产工艺 - Google Patents

防锡须镀锡铜包钢线生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，总体工艺流程为：低碳钢盘条→酸洗→防锈→拉拔Ⅰ→热处理Ⅰ→电镀铜→拉拔Ⅱ→热处理Ⅱ→电镀镍→电镀锡→成品。本发明提供的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，能够有效地抑制锡须的生长，避免低电压下锡须导致的电路持续短路；也能避免高电压下的电路瞬时短路；能够较好地保护电子设备，避免造成精密机械的故障或破坏。

Description

防锡须镀锡铜包钢线生产工艺
技术领域
本发明属于防锡须工艺技术领域，具体涉及防锡须镀锡铜包钢线生产工艺。
背景技术
锡须是在纯锡或锡合金镀层表面自发生长出来的一种细长形状的锡的结晶。在电子线路中，锡须会引起短路，降低电子器件的可靠性，甚至引发电子器件故障或失效。 1959年Arnold曾发现向锡中添加一定量的铅(即Sn-Pb合金镀层)可以减小锡须的生长倾向，但是铅是一种有毒的重金属，主要损伤人类的神经系统，且电子产品中焊料用铅在技术上难以回收。出于环保、人类自身健康的考虑，我国以及日本、欧盟、美国等国家或地区相继出台相关法规或法令明文限制或禁止在电子电气设备中使用铅，使电子产品无铅化。电子行业无铅化的趋势，意味着电子工业中最广泛应用的Sn-Pb焊料将成为历史，同时广泛应用的Sn-Pb镀层也将被新的金属或合金所取代，作为可能的替代者，纯Sn， Sn-Bi， Sn-Cu，Sn-Ag都被研究过，它们均有潜在的锡须自发生长问题。
影响锡须生长的因素很多，主要包括应力、金属间化合物、镀层晶粒大小与取向、基体材料、镀层厚度、温度及环境、电镀工艺、合金元素、辐射等。 锡须的生长主要发生在室温附近。升高温度可以加快锡原子的扩散速度，有利于锡晶须生长。但是温度较高的时候(如超过100℃后)，应力(锡须生长的驱动力)被松弛，它又不利于锡须生长。 据报导，锡须在115℃时生长变慢，到150℃以上就停止生长。一般认为50～60℃是最适宜锡须生长的温度。 湿度对锡须生长也有影响。相对湿度越高，锡须生长越快，特别当相对湿度达到85%以上时。目前湿度已经作为加速锡须生长手段的一部分，但微观机理目前并不清楚。因此，环境对锡须生长的影响尚需要进一步的探索。 到目前为止，工业界尚未找到完全能防止锡须生长的方法，但是，由于锡须对电子产品的长期可靠性存在着实际的威胁，目前工业界最为关注的是如何采取有效的措施能够抑制锡须的生长。但是随着电子产品无铅化进程的推进，Sn-Pb合金镀层已不再可用，有必要寻求其它有效抑制锡须生长的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防锡须镀锡铜包钢线生产工艺。
防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，工艺流程为：低碳钢盘条→酸洗→防锈→拉拔Ⅰ→热处理Ⅰ→电镀铜→拉拔Ⅱ→热处理Ⅱ→电镀镍→电镀锡→成品。
a酸洗，使用盐酸去除钢条盘表面的铁锈和氧化表皮；酸洗的目的是防止拉拔时氧化铁皮损伤模具和钢丝表面，为后继工艺准备良好的表面条件以及减小拉拔时的摩擦降低拉拔力。
优选的，a酸洗步骤中，盐酸浓度100~300g/L，温度为常温，酸洗60~100分钟。
b防锈，使用亚硝酸钠水溶液进行防锈处理。
优选的，b防锈步骤中，使用10~30%亚硝酸钠水溶液进行防锈处理；亚硝酸钠属于阳极型缓蚀剂，也是氧化膜型缓蚀剂，使金属表面形成钝态的极薄致密氧化膜，造成金属离子化受阻，抑制腐蚀电化学阳极反应，减缓金属锈蚀。
c拉拔Ⅰ，工艺流程为水洗→电解酸洗→水洗→涂硼→拉拔；将钢盘条拉拔至所需规格的铁丝，便于后续加工。
优选的，c拉拔Ⅰ步骤中；
水洗：采用自来水冲洗，去除钢盘条表面残留物。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
涂硼：在钢盘条表面涂覆硼砂；硼砂的涂覆在硼砂溶液中进行，硼砂溶液用10水硼砂Na2B4O7·10H2O配制，浓度约为300~400mg/L；工作温度为80～95℃，溶液温度高有利于对盘条表面的残酸进行充分的中和、增加硼砂在水中的溶解度和均匀度。
拉拔：在外加拉力的作用下，使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同铁丝。
d热处理Ⅰ,包括升温、保温、退温三个过程，互相衔接且不间断。
优选的，热处理Ⅰ采用天然气热处理炉，温度在500~700℃，整个热处理时间为4~6h；软化铁丝，便于后续加工。
e电镀铜，在铁丝上覆盖铜层，达到所需的导电率18~60%。
优选的，电镀铜的工艺流程为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→预镀铜→水洗→酸性镀铜→水洗→防变色。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
预镀铜：焦磷酸钾、焦磷酸铜溶液为镀液，以电解铜作为阳极，进行预镀铜，提高镀层结合力；焦磷酸铜浓度100~200g/L,焦磷酸钾浓度300~500g/L，PH值：8~11，温度：40~60℃。
酸性镀铜：酸性电镀铜是以铜板作阳极，槽液浓度控制在氟硼酸铜（100～300g/L），氟硼酸（30～80g/l）作电解液。
防变色：利用苯并三氮唑乙醇溶液作为防变色剂，苯并三氮唑乙醇溶液均匀涂在镀铜后的产品表面，使产品经各种加工后长时间保持原有色泽，避免出现红斑、绿斑等各种斑点。
f拉拔Ⅱ，对铜包钢进行拉拔，以获得各种规格的铜包钢线。
g热处理Ⅱ,对拉拔好的铜包钢线进行软化；通过控制热处理温度，以获得各种抗拉强度的铜包钢线。
h电镀镍，在锡铜之间电镀一层阻挡层--镍层，镍层厚度在1~5微米，防止铜锡相互扩散形成金属间化合物Cu6Sn5（IMC），从而防止由于锡层内应力的增加而导致锡原子沿着晶体边界扩散产生锡须。
优选的，h电镀镍步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀镍→水洗→烘干→收线。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
酸性镀锡：以镍板作为阳极，以氟硼酸镍（300~450g/L），氟硼酸（20~60g/L）为主盐进行电镀。
i电镀锡，在电镀好镍的产品上电镀厚度6~16微米的纯锡层，使其具有良好的可焊性。
优选的，i电镀锡步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀锡→水洗→拉光。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
酸性镀锡：以锡板作为阳极，以甲基磺酸亚锡（100~200g/L），甲基磺酸（200~300g/L）为主盐。
拉光：用天然钻石模具碾磨拉光。
更为优选的，酸性镀锡中，以甲基磺酸亚锡（100~200g/L），甲基磺酸（200~300g/L）为主盐，配以310添加剂为电镀液；所述310添加剂，以重量百分比计，包括晶粒细化剂（20~30%）、整平剂（0.1~0.5%）、表面活性剂（5~10%）、晶格调整剂（1~2%）、抗氧化剂（0.2~0.4%）、消泡剂（0.1~0.2%）、稳定剂（0.05~0.1%），余量为水。
进一步的，所述晶粒细化剂为月桂酰胺丙酸盐，整平剂为芳香酮衍生物，表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚TX-15，晶格调整剂为酚醛缩聚物，抗氧化剂为间苯二酚，消泡剂为丙二醇嵌段聚醚L61，稳定剂为聚丙烯酰胺。
有益效果：本发明提供的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，能够有效地抑制锡须的生长，避免低电压下锡须导致的电路持续短路，也能避免高电压下的电路瞬时短路；能够较好地保护电子设备，避免造成精密机械的故障或破坏。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明的目的在于提供一种防锡须镀锡铜包钢线生产工艺。
防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，工艺流程为：低碳钢盘条→酸洗→防锈→拉拔Ⅰ→热处理Ⅰ→电镀铜→拉拔Ⅱ→热处理Ⅱ→电镀镍→电镀锡→成品。
a酸洗，使用盐酸去除钢条盘表面的铁锈和氧化表皮；酸洗的目的是防止拉拔时氧化铁皮损伤模具和钢丝表面，为后继工艺准备良好的表面条件以及减小拉拔时的摩擦降低拉拔力。
a酸洗步骤中，盐酸浓度100~300g/L，温度为常温，酸洗60~100分钟。
b防锈，使用亚硝酸钠水溶液进行防锈处理。
b防锈步骤中，使用10~30%亚硝酸钠水溶液进行防锈处理；亚硝酸钠属于阳极型缓蚀剂，也是氧化膜型缓蚀剂，使金属表面形成钝态的极薄致密氧化膜，造成金属离子化受阻，抑制腐蚀电化学阳极反应，减缓金属锈蚀。
c拉拔Ⅰ，工艺流程为水洗→电解酸洗→水洗→涂硼→拉拔；将钢盘条拉拔至所需规格的铁丝，便于后续加工。
c拉拔Ⅰ步骤中；
水洗：采用自来水冲洗，去除钢盘条表面残留物。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
涂硼：在钢盘条表面涂覆硼砂；硼砂的涂覆在硼砂溶液中进行，硼砂溶液用10水硼砂Na2B4O7·10H2O配制，浓度约为300~400mg/L；工作温度为80～95℃，溶液温度高有利于对盘条表面的残酸进行充分的中和、增加硼砂在水中的溶解度和均匀度。
拉拔：在外加拉力的作用下，使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同铁丝；铁丝规格为Φ1.0、Φ1.1、Φ1.3、Φ1.5、Φ1.6、Φ1.8、Φ2.0、Φ2.5。
d热处理Ⅰ,包括升温、保温、退温三个过程，互相衔接且不间断。
热处理Ⅰ采用天然气热处理炉，温度在500~700℃，整个热处理时间为4~6h；软化铁丝，便于后续加工。
e电镀铜，在铁丝上覆盖铜层，达到所需的导电率18~60%。
电镀铜的工艺流程为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→预镀铜→水洗→酸性镀铜→水洗→防变色。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
预镀铜：焦磷酸钾、焦磷酸铜溶液为镀液，以电解铜作为阳极，进行预镀铜，提高镀层结合力；焦磷酸铜浓度100~200g/L,焦磷酸钾浓度300~500g/L，PH值：8~11，温度：40~60℃。
酸性镀铜：酸性电镀铜是以铜板作阳极，槽液浓度控制在氟硼酸铜（100～300g/L），氟硼酸（30～80g/l）作电解液。
防变色：利用苯并三氮唑乙醇溶液作为防变色剂，苯并三氮唑乙醇溶液均匀涂在镀铜后的产品表面，使产品经各种加工后长时间保持原有色泽，避免出现红斑、绿斑等各种斑点。
f拉拔Ⅱ，对铜包钢进行拉拔，以获得各种规格的铜包钢线。
g热处理Ⅱ,对拉拔好的铜包钢线进行软化；通过控制热处理温度，以获得各种抗拉强度的铜包钢线。
h电镀镍，在锡铜之间电镀一层阻挡层--镍层，镍层厚度在1~5微米，防止铜锡相互扩散形成金属间化合物Cu6Sn5（IMC），从而防止由于锡层内应力的增加而导致锡原子沿着晶体边界扩散产生锡须。
h电镀镍步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀镍→水洗→烘干→收线。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A。
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
酸性镀锡：以镍板作为阳极，以氟硼酸镍（300~450g/L），氟硼酸（20~60g/L）为主盐进行电镀。
i电镀锡，在电镀好镍的产品上电镀厚度6~16微米的纯锡层，使其具有良好的可焊性。
i电镀锡步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀锡→水洗→拉光。
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A；
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A。
酸性镀锡：以锡板作为阳极，以甲基磺酸亚锡（100~200g/L），甲基磺酸（200~300g/L）为主盐，配以310添加剂为电镀液；所述310添加剂，以重量百分比计，包括晶粒细化剂（20~30%）、整平剂（0.1~0.5%）、表面活性剂（5~10%）、晶格调整剂（1~2%）、抗氧化剂（0.2~0.4%）、消泡剂（0.1~0.2%）、稳定剂（0.05~0.1%），余量为水。
所述晶粒细化剂为月桂酰胺丙酸盐，整平剂为芳香酮衍生物，表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚TX-15，晶格调整剂为酚醛缩聚物，抗氧化剂为间苯二酚，消泡剂为丙二醇嵌段聚醚L61，稳定剂为聚丙烯酰胺。
拉光：用天然钻石模具碾磨拉光。

Claims (10)

1.防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，工艺流程为：低碳钢盘条→酸洗→防锈→拉拔Ⅰ→热处理Ⅰ→电镀铜→拉拔Ⅱ→热处理Ⅱ→电镀镍→电镀锡→成品；
a酸洗，使用盐酸去除钢条盘表面的铁锈和氧化表皮；
b防锈，使用亚硝酸钠水溶液进行防锈处理；
c拉拔Ⅰ，工艺流程为水洗→电解酸洗→水洗→涂硼→拉拔；将钢盘条拉拔至所需规格的铁丝，便于后续加工；
d热处理Ⅰ,包括升温、保温、退温三个过程，互相衔接且不间断；
e电镀铜，在铁丝上覆盖铜层，达到所需的导电率18~60%；
f拉拔Ⅱ，对铜包钢进行拉拔，以获得各种规格的铜包钢线；
g热处理Ⅱ,对拉拔好的铜包钢线进行软化；
h电镀镍，在锡铜之间电镀一层阻挡层--镍层，镍层厚度在1~5微米；
i电镀锡，在电镀好镍的产品上电镀厚度6~16微米的纯锡层。
2.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：a酸洗步骤中，盐酸浓度100~300g/L，温度为常温，酸洗60~100分钟。
3.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：b防锈步骤中，使用10~30%亚硝酸钠水溶液进行防锈处理。
4.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：c拉拔Ⅰ步骤中：
水洗：采用自来水冲洗，去除钢盘条表面残留物；
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A；
涂硼：在钢盘条表面涂覆硼砂；硼砂的涂覆在硼砂溶液中进行，硼砂溶液用10水硼砂Na2B4O7·10H2O配制，浓度约为300~400mg/L；工作温度为80～95℃；
拉拔：在外加拉力的作用下，使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同铁丝。
5.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：热处理Ⅰ采用天然气热处理炉，温度在500~700℃，整个热处理时间为4~6h；软化铁丝，便于后续加工。
6.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：电镀铜的工艺流程为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→预镀铜→水洗→酸性镀铜→水洗→防变色；
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A；
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A；
预镀铜：焦磷酸钾、焦磷酸铜溶液为镀液，以电解铜作为阳极，进行预镀铜，提高镀层结合力；焦磷酸铜浓度100~200g/L,焦磷酸钾浓度300~500g/L，PH值：8~11，温度：40~60℃；
酸性镀铜：酸性电镀铜是以铜板作阳极，槽液浓度控制在氟硼酸铜（100～300g/L），氟硼酸（30～80g/l）作电解液；
防变色：利用苯并三氮唑乙醇溶液作为防变色剂，苯并三氮唑乙醇溶液均匀涂在镀铜后的产品表面。
7.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：h电镀镍步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀镍→水洗→烘干→收线；
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A；
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A；
酸性镀锡：以镍板作为阳极，以氟硼酸镍（300~450g/L），氟硼酸（20~60g/L）为主盐进行电镀。
8.根据权利要求1所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：i电镀锡步骤为：放线→电解除油→水洗→电解酸洗→水洗→酸性镀锡→水洗→拉光；
电解除油：在碱性溶液中，在直流电作用下将铁丝表面油污除去；使用氢氧化钠浓度：60~150g/L，温度：40~60g/L，电流：100~200A；
电解酸洗：在电解质溶液中将钢盘条与电解槽的阴极链接，电解极板与阳极链接；电解时产生的氢气和氧气使钢盘条表面的氧化物爆裂疏松、机械剥离，同时酸对氧化皮进行溶解；电解酸洗液采用硫酸，浓度200~500g/L，电解电流100~600A；
酸性镀锡：以锡板作为阳极，以甲基磺酸亚锡（100~200g/L），甲基磺酸（200~300g/L）为主盐；
拉光：用天然钻石模具碾磨拉光。
9.根据权利要求8所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：酸性镀锡中，以甲基磺酸亚锡（100~200g/L），甲基磺酸（200~300g/L）为主盐，配以310添加剂为电镀液；所述310添加剂，以重量计，包括晶粒细化剂（20~30%）、整平剂（0.1~0.5%）、表面活性剂（5~10%）、晶格调整剂（1~2%）、抗氧化剂（0.2~0.4%）、消泡剂（0.1~0.2%）、稳定剂（0.05~0.1%），余量为水。
10.根据权利要求9所述的防锡须镀锡铜包钢线生产工艺，其特征在于：所述晶粒细化剂为月桂酰胺丙酸盐，整平剂为芳香酮衍生物，表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚TX-15，晶格调整剂为酚醛缩聚物，抗氧化剂为间苯二酚，消泡剂为丙二醇嵌段聚醚L61，稳定剂为聚丙烯酰胺。
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