防止錫回流變色的連接器電鍍工藝

　　l前言

　　基于西方和日本等工業(yè)圍家對生態(tài)環(huán)境的保護意識的愈趨增強，歐盟(Ec)的禁止鉛(Pb)和其它有害物質(zhì)的使用的wEEE/ROHS指令(WEEE Directive指EC Directive on waste Electrical and Electronic E—qlJipment，ROHS Directive指EC Directive on Restriction 0f Hazardous Material)的生效，以及由中國政府制定的適合自己國情的“RoHS”法令的即將強制執行，目前在集成線(xiàn)路/引線(xiàn)框、被動(dòng)元器件和連接器行業(yè)中，純錫電鍍已經(jīng)成為一種廣為接受的錫鉛電鍍的替代品。但對于連接器的純錫電鍍，通常存在以下問(wèn)題：當同流溫度從235℃提高到260℃時(shí)會(huì )導致錫變色，見(jiàn)圖1。而變色后的錫鍍層會(huì )呈現較差的外觀(guān)，從而導致產(chǎn)品最終不被用戶(hù)所接受。

　　盡管純錫已經(jīng)成為一種廣為接受的錫鉛可焊性表面的替代品，但是在汽車(chē)工業(yè)和消費工業(yè)中，純錫的電鍍工藝還是有區別的。光亮錫電鍍的連接器由于有更好的外觀(guān)和在熱老化后有更佳的可焊性能而廣泛應用于電腦、手機和其它消費性電子產(chǎn)品中。但是，在汽車(chē)工業(yè)中，出于產(chǎn)品可靠性的考慮，相對于光亮錫來(lái)說(shuō)霧錫(無(wú)光錫)才是首選?？傊?，即便是霧錫和光亮錫，在回流后錫鍍層的變色也讓人難以接受。因此，筆者通過(guò)采用鎳層表而再電鍍一層磷鎳(Ni-P)合金形成Ni/Ni-P雙層鍍層的工藝，有效地改善了鎳層表面純錫的回流變色問(wèn)題，滿(mǎn)足了客戶(hù)的需求。

　　2錫的回流變色分析

　　簡(jiǎn)單而言，錫的回流變色與錫氧化層的厚度有莫大的關(guān)系。當對光亮錫進(jìn)行不同的熱處理時(shí)，會(huì )因不同的熱處理條件而產(chǎn)生不同厚度的氧化層。圖2為不同處理溫度下連接器的照片及其俄歇圖譜。

　　由圖2可見(jiàn)，在干燥烘烤后的樣品沒(méi)有變色，蒸汽老化試驗后的樣品變黃，而在260℃回流3次后的樣品則變?yōu)樽仙?。圖2中的俄歇圖譜表明，在150℃下干燥烘烤24h后產(chǎn)生的氧化錫厚度約為50Å，蒸汽老化12h后氧化錫約為250Å，而在260℃回流3次后，鍍層中氧化膜超過(guò)500Å。這就說(shuō)明錫處理后的變色與錫氧化物之形成有關(guān)，并且變色來(lái)源于氧化層的干擾色。干燥烘烤在相對較低的溫度及水氣下進(jìn)行，因此產(chǎn)生較少的氧化物。而12h的蒸汽老化試驗后，由于在較高的濕度下進(jìn)行，表而的氧化層也較厚。俄歇圖譜顯示氧化層有恒定的sn/0比例，這就說(shuō)明其表面有大量的結晶顆粒發(fā)生了氧化反應。而在回流過(guò)程中，樣品會(huì )經(jīng)過(guò)一段超過(guò)錫熔點(diǎn)的溫度區域，其中鍍層達到熔融狀態(tài)。其俄歇圖譜顯示盡管在氧化層有比較低的氧含量，但是它卻存在于鍍層的深入處。由此說(shuō)明在回流過(guò)程中氧化反應主要發(fā)生在疵點(diǎn)區域及晶粒的邊界。

　　3防止鍍錫層變色的工藝研究

　　3.1調整晶粒和碳含量

　　研究發(fā)現，更大的結晶粒度、更低的晶粒邊界密度和共沉積碳含量均有助于控制錫的回流變色。因此，新工藝采用了調整晶粒和碳含量的方法。圖3比較了新工藝產(chǎn)生的錫層和傳統的光亮錫層的晶體取向結構。由圖3可知，與傳統光亮錫相比，盡管新的錫處理工藝所得的錫層具有較大的結晶顆粒，但是，其光亮程度還是可以和傳統光亮錫相比。

　　由于新的半光亮錫具有更大的結晶粒度和更低的晶粒邊界密度，因而表現出更少的回流變色問(wèn)題(見(jiàn)圖4)。從圖4中的俄歇電子縱深分析圖譜可以看出，在260℃下回流3次后，傳統光亮錫表面會(huì )產(chǎn)生400～500Å的氧化層，而相應的半光亮錫產(chǎn)生的表面氧化層卻少于150Å。