CN113930812B - 片式电子元器件镀锡液和锡电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种片式电子元器件镀锡液和和锡电镀方法，涉及片式电子元器件技术领域。本发明的镀锡液包括以下工作浓度的组分：主盐5‑20g/L，导电盐50‑250g/L，络合剂20‑150g/L，添加剂1‑20g/L，本发明的锡电镀方法采用上述镀锡液对片式元器件进行镀锡。本发明的镀锡液可以提升电镀液整体的导电能力，提升电流效率，获得的锡层结晶细致，锡层厚度均匀，锡层形貌平整光滑，且具有优良的可焊性和耐焊性。
Description
技术领域
本发明涉及片式电子元器件技术领域，特别是涉及一种片式电子元器件镀锡液和锡电镀方法。
背景技术
锡是一种具有熔点低、易焊接、无毒、稳定性强、抗变色、柔软和延展性好等优点的银白色金属，其用途甚广。在电子元器件领域，锡是电子元器件可焊端电极表面处理材料的重要材料之一。锡的主要应用方式是电镀成膜，即在电镀液中，通过电流的作用，纯锡阳极发生水解反应，端电极表面发生法拉第反应并沉积析出形成纯锡层膜。
近几年来，随着科技飞速发展，电子元器件不断向集成化、小型化、智能化方向发展，片式电容、片式电阻、片式电感等超微型元器件涌现，例如0201、01005等型号的超微型片式元器件。0201、01005等型号的片式元器件，由于尺寸小，引线用的端电极部分也很小，导致使用常规的锡电镀技术时存在以下问题：需要电镀的时间长，能量损耗大；电流效率低，电镀过程中析氢严重，易在锡层留下孔隙，直接影响了产品焊接性能；电镀得到的产品锡层结晶粗糙，晶粒不均匀，平整度差，孔隙多，导致产品焊接时空洞率高，可焊性能和耐焊性能差；传统电镀锡液和电镀技术形成的锡层抗氧化能力弱，易出现锡层氧化、变色现象，缩短电子元器件的使用寿命和储存期限。现有的锡电镀技术限制了超微型片式电子元器件的产业化进程，改善锡电镀技术以适应小型化片式电子元器件是急需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种片式电子元器件镀锡液，可以提升电镀液整体的导电能力，提升电流效率，电镀形成的锡层结晶细致，锡层厚度均匀，锡层形貌平整光滑，且具有优良的可焊性和耐焊性。
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，包括以下工作浓度的组分：主盐5-20g/L，导电盐50-250g/L，络合剂20-150g/L，添加剂1-20g/L；所述主盐选自：甲基磺酸亚锡、乙基磺酸亚锡、苯基磺酸锡和苯酚磺酸锡的一种或两种以上；所述导电盐选自：甲基磺酸、甲基磺酸盐、苯磺酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、钾盐和钠盐中一种或两种以上；所述络合剂选自：葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠盐、酒石酸钾钠和海藻酸钠中的一种或两种以上；所述添加剂选自：表面活性剂、抗氧化剂和光亮剂的一种或两种以上。
上述片式电子元器件镀锡液，以能够更好地电离出二价锡离子的锡盐作为主盐，维持电镀时二价锡离子的稳定性，同时提高镀层均匀性，使得镀层具有优良的可焊性能；导电盐主要起到溶剂和电解质的作用，能使其他组分得到充分的溶解，使电镀液的稳定性能提高，导电能力增强；络合剂与二价锡离子配位能力强，能够在溶液中形成比二价锡离子更加稳定存在的络合离子，保证在电镀过程中二价锡离子能够以锡单质从溶液中沉积出来，从而生成更细腻的晶粒，增大镀层的致密性以及增加镀层与基体的结合力。
与传统的电镀液相比，采用本发明的镀锡液可以提升电镀液整体的导电能力，提升电流效率，使超微型片式元器件上镀效率提升15％以上。本发明的镀锡电镀液络合剂螯合作用强，锡层沉积过程减少了四价锡和杂质的混入，使产品具有优良的可焊性；锡电镀液分散性好，在各组分协调作用下，形成的锡层结晶细致，锡层厚度均匀，锡层形貌平整光滑，且具有优良的可焊性、耐焊性、防变色性和抗氧化性。
在其中一个实施例中，所述主盐为甲基磺酸亚锡。
在其中一个实施例中，所述导电盐选自：甲基磺酸、甲基磺酸钠和氢氧化钾中的两种或三种。
在其中一个实施例中，所述主盐的浓度为12-15g/L。
在其中一个实施例中，所述导电盐的浓度为140-210g/L。
在其中一个实施例中，所述络合剂的浓度为50-100g/L。
优选地，所述络合剂的浓度为60-100g/L。
在其中一个实施例中，所述络合剂为葡萄糖酸钠和/或乙二胺四乙酸二钠。
在其中一个实施例中，所述添加剂包括表面活性剂、抗氧化剂和光亮剂，所述表面活性剂的浓度为0.5-5g/L，所述抗氧化剂的浓度为0.5-10g/L，所述光亮剂的浓度为0.05-5g/L。
优选地，所述表面活性剂的浓度为2.5-4g/L，所述抗氧化剂的浓度为3-6g/L，所述光亮剂的浓度为1.5-4g/L。
在其中一个实施例中，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
在其中一个实施例中，所述表面活性剂选自：聚乙二醇辛基苯基醚、辛酸聚氧乙烯酯，戊酸聚氧乙烯酯、月桂酸聚氧乙烯酯、辛烷醇聚氧乙烯醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚和十八烷醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上。
上述表面活性剂可以较好地吸附在阴极表面，从而降低锡沉积速度，同时抑制晶核生长速率，使形成的镀层晶粒均匀，镀层平整致密，镀层结合力强，可焊性能和耐焊性能好。
优选地，所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚和月桂醇聚氧乙烯酯的组合物，或聚乙二醇辛基苯基醚和异构十三醇聚氧乙烯醚的组合物，或月桂醇聚氧乙烯醚和月桂酸聚氧乙烯酯。上述组合的非表面活性剂具有协同作用，能有效控制晶粒生长速率和大小，提升镀层的质量和电流效率。
在其中一个实施例中，所述光亮剂选自：二丙二醇甲醚、邻氯苯甲醛、2-羟基-1-萘甲醛、枯茗醛、2-甲基苯并噻唑、肉桂醛和香草醛中的一种或两种以上。
光亮剂可通过与金属离子的配位或在阴极上的吸附，增大阴极极化，使锡沉积电位负移，同时扩大温度电流密度范围，使高端区和低端区同样光亮，得到的结晶细致、光亮，并具有较好可焊性、不易脱落的镀层。
优选地，所述光亮剂选自：邻氯苯甲醛、2-羟基-1-萘甲醛、2-甲基苯并噻唑中的两种以上。
在其中一个实施例中，所述抗氧化剂选自：对苯二酚、间苯二酚、抗坏血酸、β-萘酚、苯酚磺酸和桑色素中的一种或两种以上。
抗氧化剂可提高镀液稳定性，抑制镀液中的二价锡氧化，提高电镀液极化能力。
优选地，所述抗氧化剂选自：对苯二酚、抗坏血酸、β-萘酚和桑色素中的两种以上。
本发明还提供一种锡电镀方法，采用上述片式电子元器件镀锡液作为电镀液，电镀液pH调至4.0-4.5，电镀温度为20-25℃，电镀电流密度为0.2-0.6A/dm2，电镀时间为80-120min。
采用上述方法对片式电子元器件镀锡，锡层厚度均匀，结晶致密，微观形貌平整光滑，产品的可焊性和耐焊性良好，焊接空洞率低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的片式电子元器件镀锡液，可以提升电镀液整体的导电能力，提升电流效率，使超微型片式元器件上镀效率提升15％以上；而且可减少锡层沉积过程四价锡和杂质的混入，使产品具有优良的可焊性；锡电镀液分散性好，在各组分协调作用下，形成的锡层结晶细致，锡层厚度均匀，锡层形貌平整光滑，且具有优良的可焊性、耐焊性、防变色性和抗氧化性。
本发明的锡电镀液和电镀方法对对片式电子元器件镀锡，锡层厚度均匀，结晶致密，微观形貌平整光滑，产品的可焊性和耐焊性良好，焊接空洞率低。
附图说明
图1为实施例1所得产品的SEM图。
图2为实施例2所得产品的SEM图。
图3为实施例3所得产品的SEM图。
图4为实施例4所得产品的SEM图。
图5为实施例5所得产品的SEM图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，以下将给出较佳实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，其组分和浓度如表1所示。采用该镀锡液对0201片式电阻进行锡电镀：温度25℃下，调节电镀液pH值为4.2，电流密度0.4A/dm2，电镀100min，得到电镀产品。
实施例2
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，其组分和浓度如表1所示。采用该镀锡液对0201片式电阻进行锡电镀：温度25℃下，调节电镀液pH值为4.2，电流密度0.4A/dm2，电镀100min，得到电镀产品。
实施例3
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，其组分和浓度如表1所示。采用该镀锡液对0201片式电阻进行锡电镀：温度25℃下，调节电镀液pH值为4.2，电流密度0.4A/dm2，电镀100min，得到电镀产品。
实施例4
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，其组分和浓度如表1所示。采用该镀锡液对0201片式电阻进行锡电镀：温度25℃下，调节电镀液pH值为4.2，电流密度0.4A/dm2，电镀100min，得到电镀产品。
实施例5
一种片式电子元器件镀锡液，以水为溶剂，其组分和浓度如表1所示。采用该镀锡液对0201片式电阻进行锡电镀：温度25℃下，调节电镀液pH值为4.2，电流密度0.4A/dm2，电镀100min，得到电镀产品。
表1实施例组分和浓度
实验例1
观察上述实施例电镀过程中析氢情况，电镀完成后取各实施例的电镀产品进行检测，观察锡层结晶状态、锡层厚度，测试产品的可焊性、耐焊性和焊接空洞率。结果如图1-5和表2所示。
表2电镀产品性能检测
由表2可以看出，采用实施例1-4的镀锡液电镀后所获得的贴片电阻锡层厚度均匀，结晶致密，微观形貌平整光滑，产品的可焊性和耐焊性良好，焊接空洞率底。实施例1、实施例2、实施例4中非离子表面活性剂组合能够发挥很好的协同作用，有效地控制晶粒生长速率和大小，提升了镀层的质量和电流效率。实施例3中表面活性剂协同作用较弱，电流效率下降，导致产生轻微析氢现象；同时络合剂浓度相对较低，沉积的晶粒不够致密，在图3中可以看出，锡层中存在孔隙，孔隙的存在将会影响产品的焊接空洞率。实施例5的络合剂浓度相对较低，螯合能力弱，沉积的晶粒尖锐不致密，而且单一种类的非离子表平面活性剂抑制能力稍差，导致晶粒生长大小不一致；电镀产品锡层不平整，晶粒间存在间隙，导致可焊性不良，焊接空洞率偏高。
由SEM图可看出，实施例1、实施例2、实施例4的锡层晶粒大小均匀，锡层结晶致密，表面平整光滑；实施例3的晶粒大小略微不均，平整度也有所下降；实施例5的晶粒大小不均匀，且颗粒尖锐，致密性和平整性差。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种片式电子元器件镀锡液，其特征在于，以水为溶剂，由以下工作浓度的组分组成：主盐5-20g/L，导电盐50-250g/L，络合剂60-150g/L，表面活性剂的浓度为0.5-5g/L，抗氧化剂的浓度为0.5-10g/L，光亮剂的浓度为0.05-5g/L；
所述主盐为甲基磺酸亚锡；
所述导电盐为：甲基磺酸和甲基磺酸钠，或甲基磺酸和氢氧化钾；
所述络合剂为：葡萄糖酸钠，或乙二胺四乙酸二钠；
所述表面活性剂为：聚乙二醇辛基苯基醚和月桂醇聚氧乙烯酯的组合物，或聚乙二醇辛基苯基醚和异构十三醇聚氧乙烯醚的组合物，或月桂醇聚氧乙烯醚和月桂酸聚氧乙烯酯；
所述光亮剂为：邻氯苯甲醛和2-甲基苯并噻唑，或2-羟基-1-萘甲醛和2-甲基苯并噻唑；
所述抗氧化剂为：对苯二酚和β-萘酚，或对苯二酚和抗坏血酸，或对苯二酚和桑色素。
2.一种锡电镀方法，其特征在于，采用权利要求1所述的片式电子元器件镀锡液作为电镀液，电镀液pH调至4.0-4.5，电镀温度为20-25℃，电镀电流密度为0.2-0.6A/dm2，电镀时间为80-120min。
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