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PCB上镀锡工艺研究及其电化学过程探讨

作　者: 程骄
导　师: 胡立新
学　校: 湖北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 甲基磺酸电镀化学镀添加剂
分类号: TQ153.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文通过大量实验研究了甲基磺酸型电镀锡和化学镀锡工艺配方,分析了镀液组成和工艺条件对镀层及镀液性能的影响,得到了一种新的镀锡体系,满足PCB中不同工序的要求,并对甲基磺酸镀锡中添加剂的作用机理进行了探讨。确定了一种甲基磺酸型电镀工艺配方,其组成和工艺条件为：甲基磺酸亚锡8.0ml/L～10.0ml/L、甲基磺酸96m1/L～112m1/L、hg11添加剂0.16g/L～0.24g/L、酚酞0.8ml/L-1.2ml/L、稳定剂0.8g/L-1.5g/L、分散剂1.0ml/L-1.4ml/L、温度为15℃～30℃、电流密度1.0A/dm2～3.0A/dm2、机械搅拌。采用SEM、AFM、金相显微镜、电化学工作站和其他检测方法,结果表明：该镀液分散能力和覆盖能力好,镀层厚度能达到3μm以上；形成了晶粒细致、平滑致密的镀层,与基体的结合强度高,能满足PCB上图形电镀的基本要求。并探讨了镀液中甲基磺酸、hgl1、酚酞和分散剂对锡沉积的作用机理。确定了一种甲基磺酸型化学镀工艺配方。首先通过单因素实验,研究了各因素对镀锡层厚度及微观形貌的影响,阐述了各组成的作用,之后通过正交试验得到了一个最优工艺配方。该镀锡液性能稳定,镀层银白细致,结合能力强,厚度能达到0.8μm以上,适合PCB板材焊锡的需要。AFM和SEM结果说明：随着温度和时间的增加,镀锡层的厚度逐渐增加,但是表面晶粒度越来越大,造成粗糙度随之增大；另外镀液中的PH值(甲基磺酸含量)也对镀层厚度和表观质量有影响。通过极化曲线与SEM相结合的方式研究了镀液中添加剂的作用机理。hg22能够在抑制亚锡离子在凸点的还原,减小基体附近的金属离子匮乏区的厚度,提高了镀液的分散能力和镀层表面质量,从而得到光亮镀层。XRD分析结果说明温度和时间对镀锡层的择优取向没有影响,晶面结构都是以Sn(220)和Sn(211)生长占优势,而次亚磷酸钠有利于晶面Sn(101)的形成。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第一章绪论  9-21
  1.1 课题研究的背景、意义和目的  9-10
  1.2 电镀锡的概述  10-16
    1.2.1 电镀锡的发展历史  10-11
    1.2.2 电镀锡的工艺现状  11-14
    1.2.3 电镀锡添加剂的研究  14-15
    1.2.4 电镀锡的沉积理论  15-16
  1.3 化学镀锡的概述  16-19
    1.3.1 化学镀锡的发展历史  16
    1.3.2 化学镀锡的研究现状  16-18
    1.3.3 化学镀锡的沉积理论  18-19
    1.3.4 化学镀锡添加剂理论研究  19
  1.4 镀锡工艺存在的问题  19-20
  1.5 课题的主要研究内容  20-21
第二章实验及研究方法  21-28
  2.1 实验材料及仪器  21-22
    2.1.1 主要的实验试剂  21-22
    2.1.2 主要的实验仪器  22
  2.2 电镀锡的工艺操作  22-24
    2.2.1 电镀实验装置  22-23
    2.2.2 溶液配制及工艺流程  23-24
  2.3 化学镀锡的工艺操作  24-25
  2.4 测试与表征方法  25-28
    2.4.1 镀液性能测试  25-26
    2.4.2 镀层性能测试  26-27
    2.4.3 电化学测试  27-28
第三章甲基磺酸电镀锡体系的研究  28-48
  3.1 电镀锡溶液的组成  28-34
    3.1.1 主盐和络合剂的配比  28-29
    3.1.2 光亮剂的选择  29-32
    3.1.3 表面活性剂的选择  32-33
    3.1.4 稳定剂的选择  33-34
  3.2 电镀锡工艺条件的确定  34-38
    3.2.1 温度的确定  34-35
    3.2.2 搅拌方式的确定  35
    3.2.3 工作电流密度  35-37
    3.2.4 电镀时间  37-38
  3.3 镀液及镀层性能研究  38-41
    3.3.1 镀液性能的检测  38
    3.3.2 镀层结构的分析  38-41
  3.4 添加剂的电沉积行为及作用机理研究  41-48
    3.4.1 添加剂对阴极极化曲线的影响  41-44
    3.4.2 添加剂对循环伏安曲线的影响  44-46
    3.4.3 添加剂对镀层微观表面形貌的影响  46-48
第四章甲基磺酸化学镀锡工艺体系的研究  48-65
  4.1 化学镀锡液的组成  48-53
    4.1.1 甲基磺酸盐浓度的确定  48-49
    4.1.2 络合剂浓度的选择  49-51
    4.1.3 还原剂浓度的选择  51
    4.1.4 光亮剂浓度的选择  51-52
    4.1.5 其他添加剂的选择  52-53
  4.2 化学镀锡工艺条件的确定  53-55
    4.2.1 温度的确定  53-54
    4.2.2 体系PH值的影响  54-55
    4.2.3 沉积时间的影响  55
    4.2.4 搅拌的确定  55
  4.3 配方的正交试验分析  55-57
  4.4 镀液及镀层性能的研究  57-58
    4.4.1 镀液性能的检测  57
    4.4.2 镀层结构的分析  57-58
  4.5 添加剂对镀液的电沉积行为及作用机理研究  58-65
    4.5.1 添加剂对阴极极化曲线的影响  59-60
    4.5.2 添加剂对镀层微观表面形貌的影响  60-63
    4.5.3 添加剂对镀层晶体结构的影响  63-65
第五章总结  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
附录攻读硕士期间发表的论文  73

PCB上镀锡工艺研究及其电化学过程探讨

内容摘要

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