CN116288557A - 一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，通过锡液成分与温度、冷却强度、风机速度协同控制，减少锡层与铜材合金化时间，降低游离合金层的产生率，获得最佳合金层厚度，提高产品抗老化性能，调控进气管的风量，使风刀的风力平衡，消除镀锡厚度误差，提高镀锡带盐雾耐蚀性。

Description

一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法

技术领域

本发明属于镀锡铜带加工技术领域，尤其涉及一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法。

背景技术

铜带和铜合金带用无铅镀锡膜在电子工业中常被应用于电子元器件、线板材、印制线路板和集成电路的可焊性与保护性镀层。镀锡膜因无毒性且具有优异的耐腐蚀性，是多种电子产品生产的首选材料，包括汽车用连接器、保险丝、重型开关柜和精密电子元件等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

镀锡膜还具有良好的耐变色、抗腐蚀、易钎焊、柔软、熔点低和延展性好等优点，通过特殊的镀前工艺处理，在基体金属材料表面生成结合牢固、致密、光亮、连续、均匀的合金镀层。锡可以采用电镀、热浸镀和化学镀等方法沉积在基体金属表层，生成致密的金属镀层，目前生产中采用的主要是电镀和热浸镀，其中电镀锡的应用最为广泛。与其他镀锡方法相比，电镀锡的主要优点是镀层金属厚度均匀，并可随意控制，但其生产工艺较热浸镀锡繁琐，操作要求严格，电镀设备价格高，且电镀液成分复杂，配方成本较高，排放与环境污染较为严重。相比之下，热浸镀锡的优点是可焊接性好、镀层致密牢固、污染较轻、生产简单、流程简单、交货期短，因而被国外许多镀锡厂家采用，而国内尚缺少成熟的热镀锡生产工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，加强镀锡铜带表面的耐蚀性，提高镀锡带盐雾耐蚀性，延长其使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，包括以下步骤：

配料→熔炼→铸造→铣面→粗轧→裁边→中间退火→脱脂清洗→中轧→中间退火→脱脂清洗→精轧→退火→拉弯矫直→清洗→研磨抛光→清洗烘干→涂助焊剂→热浸镀→风冷→水冷→烘干→包装。

所述热浸镀步骤中，采用的热浸的温度为200-500℃。

所述风冷步骤中，采用风机转速700-900转/min风速条件；合金层高度占整个锡层厚度的1/5。

镀锡过程中，锡液最佳温度在200～500℃。

电镀液的选择上采用的工业级99％硫酸亚锡溶液。

电镀液的生产方法是将120kg锡粒加入到130L浓度为9mol/L硫酸中，加热煮沸，直至锡不再溶解为止；倒出混合的溶液，并用约550L水与剩余物一起加热，提取出剩余SnSO4；将两部分溶液合并后过滤；在真空下蒸发至生成糊状物后冷却，用布氏漏斗将生成的盐分离出来，并用乙醇洗涤二次后干燥。

在镀锡带进行盐雾试验时，在盐雾试验机底部安装了超声清机和玻璃材质喷嘴。

生产的镀锡带抗拉强度≥560MPa；屈服强度≥535MPa；维氏硬度≥170HV；导电率≥25％IACS；侧边弯曲度≤1.0mm/m；断后延伸率≥3％；厚度：0.08-0.5mm、公差：±2％；表面粗糙度Ra≤0.3μm。

盐雾实验采用中性盐雾试验；喷嘴喷洒5％氯化钠溶液来进行模拟试验。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，通过锡液成分与温度、冷却强度、风机速度协同控制，减少锡层与铜材合金化时间，降低游离合金层的产生率，获得最佳合金层厚度，提高产品抗老化性能，调控进气管的风量，使风刀的风力平衡，消除镀锡厚度误差，提高镀锡带盐雾耐蚀性。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法的风速对生产合金层厚度影响原理图；

图2为提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法的温度对自由锡层中游离合金层的原理图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-2，一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，包括以下步骤：

配料→熔炼→铸造→铣面→粗轧→裁边→中间退火→脱脂清洗→中轧→中间退火→脱脂清洗→精轧→退火→拉弯矫直→清洗→研磨抛光→清洗烘干→涂助焊剂→热浸镀→风冷→水冷→烘干→包装。

(1)风速对生产合金层厚度影响分析。通过试验论证，影响合金层高度的主要因素是冷却风机风速，加大冷却风机风速缩短熔融锡液凝固时间，从而减少锡层与铜材合金化时间，降低合金层高度，会引发各类不可避免的问题，如：镀锡铜带表面生长出锡须，造成电子元器件发生短路；镀锡带表面因合金层厚度降低导致镀锡带使用过程发生划痕、破裂、穿孔等发生更快的腐蚀，大大降低了产品的使用寿命等。

(2)温度对自由锡层中游离合金层影响分析。自由锡层中的游离合金在高温老化实验中，自由锡中的游离合金层会增长，使得整个自由锡层硬化，从而降低热浸镀镀锡材料的焊接性能，游离的合金层主要是由于基材的Cu离子还未完全溢出，停留在镀锡层的自由锡层中。

(3)锡液成分设计：传统电镀工艺中采用的是阳极为纯锡棒，电解质溶液采用的是30％稀硫酸溶液，将待镀黄铜连接在电源的负极上，纯锡棒连接在电源的正极上，通电后纯锡会不断溶解成锡离子，在待镀黄铜上进行附着形成镀锡层，但这样产生的镀锡铜带的锡层厚度不均，在铜带表面附着能力不好，大大降低了镀锡黄铜的使用寿命和使用范围。

对于问题(1)：通过一系列调节风速实验，150-250风速下合金层高度约占整个锡层厚度的1/2；在风机转速700-900转/min风速条件下，合金层高度达到最佳水平，约占整个锡层厚度的1/5，如图1所示。

通过实验证明在700-900转/min风速下合金层高度达到最优条件，这样对后期抗盐雾腐蚀有更好的性能，增强镀锡铜带的抗腐蚀能力，延长使用寿命。

对于问题(2)：通过实验论证，游离的合金层主要由锡液的温度和锡液化学成分有关。不同的锡液成分对应不同的锡液温度，在锡液成分一定时，锡液温度低于该值时，溢出速度过慢，Cu离子还未完全溢出，产品表面不良；锡液的温度过高，导致Cu离子从铜材中溢出数量增加且速度加快，在锡层中游离合金层数量同样增加。

以其他元素总和为0.05％进行研究，锡液最佳温度在200～500℃，在低于200℃生产成，锡层中无游离合金层；而在200～500℃生产时，锡层中游离合金层偏多，如图2所示。

对于问题(3)：对于电解液而言：本工艺中不是采用的是阳极锡棒，电解液是30％的稀硫酸这种模式，而是采用工业级含量99％的硫酸亚锡溶液，在铜带电镀锡工艺之前增加混合硫酸锡溶液的工艺，硫酸亚锡的生产方法是将120kg锡粒加入到130L浓度为9mol/L硫酸中，加热煮沸数小时，直至锡不再溶解为止。倒出溶液，并用约550L水与剩余物一起加热，提取出剩余SnSO4。将两部分溶液合并后过滤。在真空下蒸发至生成糊状物后冷却，用布氏漏斗将生成的盐分离出来，并用乙醇洗涤二次后干燥。在特定的情况下则需要将硫酸亚锡溶解使用，一般是与稀硫酸或水进行溶解。注意事项：1、将锡粒加入硫酸中，而不是将硫酸加入锡粒中。2、在溶解时需要将溶液进行加热，直至锡不再溶解。3、硫酸亚锡具有弱刺激性、弱腐蚀性和毒性，会刺激人体的皮肤、眼睛和消化道，所以在配置时需要佩戴相关防具，情节严重的要立即就医。4、配置完成后的硫酸亚锡废液或使用不完溶液需收集起来进行中和处理才可排放出来。

盐雾实验机的设计：盐雾实验是一种主要利用盐雾实验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金属材料腐蚀性能的环境试验，与天然环境相比，是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，使腐蚀速度大大提高，对产品进行盐雾实验，得出的结果的时间也大大缩短。盐雾试验方法有：中性盐雾(NSS)试验、醋酸盐雾(ASS)试验、铜加速的醋酸盐雾(CASS)试验。目前中性盐雾试验是应用领域最广的一种加速腐蚀试验方法，适用于多种金属材料和涂镀层的耐蚀性。常规盐雾试验机采用的是不锈钢喷嘴进行喷洒5％氯化钠溶液来进行模拟客户端使用，但是这样操作长时间使用会有发生腐蚀和管路堵塞等现象出现，影响盐雾实验的进行，使盐雾试验机使用寿命大大减小，此类问题需要进行改进措施，既解决盐雾实验的使用问题，又可以避免发生管路堵塞问题。

对于盐雾实验来说：本装置主要在原装置上进行调整，主要包括在盐雾试验机底部安装了超声清机和玻璃材质喷嘴。在机器长时间使用后，玻璃喷嘴内壁有氯化钠晶体残留，但喷嘴不会出现腐蚀(玻璃材质为硅酸盐)，开启超声清洗机后，启动纯水后，氯化钠晶体会迅速溶解。众多材质中选用玻璃材质原因在于玻璃材质既可以耐腐蚀，又可以防止在超声清洗过程中发生变形，影响正常的喷雾性能。这种超声清洗机+玻璃喷嘴的搭配模式大大避免了喷头腐蚀和发生堵塞情况，对于操作人员的使用和设备寿命大大提高，降低了设备的成本。

包括以下步骤：配料→熔炼→铸造→铣面→粗轧→裁边→中间退火→脱脂清洗→中轧→中间退火→脱脂清洗→精轧→退火→拉弯矫直→清洗→研磨抛光→清洗烘干→涂助焊剂→热浸镀→风冷→水冷→烘干→包装。其中热浸镀中所采用的热浸的温度200-500℃是极其重要的，温度小于200℃锡层中无游离合金层，镀锡层在金属铜表面无法长久的附和，锡层容易出现厚度、密度不均等，导致镀锡铜带表面不够平整，在使用过程中容易发生积水、积液等氧化腐蚀，减少产品的使用寿命。在工艺中风冷的控制也是及其重要的，150-250风速下合金层高度约占整个锡层厚度的1/2；在700-900转/min风速条件下，合金层高度达到最佳水平，约占整个锡层厚度的1/5，由此就可以明显通过实验证明在700-900转/min风速下合金层高度达到最优条件，这样对后期抗盐雾腐蚀有更好的性能，增强镀锡铜带的抗腐蚀能力，延长使用寿命。在电镀液的选择上采用的工业级99％硫酸亚锡溶液虽然增加了一个工艺过程，但在使用过程不仅可以减少直接使用锡棒(更换锡棒需要停电处理)还可以有效的增加了生产的连续性，增加了收益，同时又能很好的避免了溶液中锡离子浓度不均所导致铜带表面铜锡合金厚度不同所引发的各类问题，进一步加强镀锡铜带表面的耐蚀性，延长其使用寿命。对于盐雾实验机的调整可以更好的模拟镀锡铜带好使用环境，得到的数据进一步表明镀锡铜带的耐蚀性和优良性，将各类可能性的环境都尽可能的考虑到，避免出现镀锡铜带在厂家和客户端出现不同现象的结果，减少损失。

采用上述的方案后，开发镀锡合金层厚度控制技术，通过锡液成分与温度、冷却强度、风机速度协同控制，减少锡层与铜材合金化时间，降低游离合金层的产生率，获得最佳合金层厚度，提高产品抗老化性能，调控进气管的风量，使风刀的风力平衡，消除镀锡厚度误差。产品数据可达到一下这些要求：抗拉强度≥560MPa；屈服强度≥535MPa；维氏硬度≥170HV；导电率≥25％IACS；侧边弯曲度≤1.0mm/m；断后延伸率≥3％；厚度：0.08-0.5mm、公差：±2％；表面粗糙度Ra≤0.3μm。盐雾实验结果也有明显的提高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

配料→熔炼→铸造→铣面→粗轧→裁边→中间退火→脱脂清洗→中轧→中间退火→脱脂清洗→精轧→退火→拉弯矫直→清洗→研磨抛光→清洗烘干→涂助焊剂→热浸镀→风冷→水冷→烘干→包装。

2.如权利要求1所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，所述热浸镀步骤中，采用的热浸的温度为200-400℃。

3.如权利要求2所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，所述风冷步骤中，采用风机转速700-900转/min风速条件；合金层高度占整个锡层厚度的1/5。

4.如权利要求3所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，镀锡过程中，锡液最佳温度在200～500℃。

5.如权利要求4所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，电镀液的选择上采用的工业级99％硫酸亚锡溶液。

6.如权利要求5所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，电镀液的生产方法是将120kg锡粒加入到130L浓度为9mol/L硫酸中，加热煮沸，直至锡不再溶解为止；倒出混合的溶液，并用约550L水与剩余物一起加热，提取出剩余SnSO4；将两部分溶液合并后过滤；在真空下蒸发至生成糊状物后冷却，用布氏漏斗将生成的盐分离出来，并用乙醇洗涤二次后干燥。

7.如权利要求6所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，在镀锡带进行盐雾试验时，在盐雾试验机底部安装了超声清机和玻璃材质喷嘴。

8.如权利要求7所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，生产的镀锡带抗拉强度≥560MPa；屈服强度≥535MPa；维氏硬度≥170HV；导电率≥25％IACS；侧边弯曲度≤1.0mm/m；断后延伸率≥3％；厚度：0.08-0.5mm、公差：±2％；表面粗糙度Ra≤0.3μm。

9.如权利要求8所述的提高镀锡带盐雾耐蚀性的方法，其特征在于，盐雾实验采用中性盐雾试验；喷嘴喷洒5％氯化钠溶液来进行模拟试验。

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