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摘要：在歐盟的 ROHS 和 WEEE 指令的大背景下，引線腳的純錫電鍍大范圍推廣，但純錫鍍層變色問(wèn)題卻開(kāi)始困擾大家。錫層表層被氧化、腐蝕是鍍層變色的主要原因，其和鍍層表面的粗糙程度、空隙率有較大關(guān)聯(lián)，去氧化工藝的腐蝕性、氧化性、去除雜質(zhì)金屬粒子的能力都將影響鍍層表面狀態(tài)，進(jìn)而影響鍍層的抗變色能力。
中圖分類號(hào)： TQ153.1+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 文章編號(hào)： 1004-4507(2008)07-0001-03
1 引 言
錫是銀白色金屬，無(wú)毒、延展性和可焊性好，因而錫鍍層常作為半導(dǎo)體引線腳的保護(hù)及保證焊接的功能性鍍層。特別在歐盟的 ROHS和 WEEE指令的大背景下，引線腳的純錫電鍍大范圍推廣。由于生產(chǎn)及使用中情況不同，特別在夏天，鍍層表面易氧化變色，直接影響產(chǎn)品外觀和可焊性能。本文從理論和實(shí)踐的角度初步探討純錫鍍層變色的原因和去氧化工藝對(duì)鍍層變色的影響。由于目前我公司的錫鍍層基體大多數(shù)為銅框架，前期在電鍍過(guò)程中選擇去氧化化學(xué)品具有過(guò)高的腐蝕性，考核中發(fā)現(xiàn)這些去氧化溶液會(huì)導(dǎo)致鍍層會(huì)老化變色。直到通過(guò)對(duì)比上海新陽(yáng)的去氧化粉劑 SYT 系列的性能，才對(duì)電鍍前去氧化與鍍層老化變色之間的聯(lián)系有了一定認(rèn)識(shí)，在此，本文將討論銅基體的去氧化工藝對(duì)純錫鍍層的變色影響，以與業(yè)內(nèi)人士分享。
2 純錫鍍層變色的原因
錫是 IVA 族元素，鈍化能力很弱，在硝酸、中等濃度及高濃度的硫酸和鹽酸中易被腐蝕，在堿中不穩(wěn)定，在稀硫酸和鹽酸中十分穩(wěn)定，但在有氧進(jìn)入酸時(shí)穩(wěn)定性降低。在潮濕大氣中，金屬表面有一層肉眼看不出的很薄的水膜存在，這層水膜因毛細(xì)管作用、吸附作用或化學(xué)凝集而形成在金屬表面。 這層水膜并不是純凈的水，空氣中氣體(N2、O2、 CO2)及工業(yè)大氣中氣體雜質(zhì)(SO2、NH3、HCL、NOX)和鹽粒都會(huì)溶解在金屬表面的水膜中，形成一種電解質(zhì)溶液。水膜的生成在大氣腐蝕中起著決定的因素，腐蝕速度隨著濕度增加而增加。當(dāng)鍍層表面粗糙或有塵埃和腐蝕產(chǎn)物時(shí)，水蒸汽會(huì)凝聚在低凹的地方或固體顆粒之間的縫隙處，形成很薄的、肉眼看不出的水膜，從而加速腐蝕進(jìn)程。
銅基體上的錫鍍層在大氣中是陽(yáng)極性鍍層，在潮濕的大氣環(huán)境中，錫鍍層表面水膜(電解質(zhì)溶液)與銅基體及錫鍍層構(gòu)成腐蝕原電池，從而加速錫鍍層的腐蝕，發(fā)生變色等外觀現(xiàn)象。
所以鍍層表面光滑程度，鍍層的空隙率如何，將直接影響鍍層的防變色性能。
3 去氧化工藝對(duì)鍍層的影響
(1) 去氧化工藝目的
去除銅基體表面的氧化皮及其他微量金屬雜質(zhì)，增加基體的表面積，保證純錫鍍層和銅基體之間的結(jié)合力。
(2) 去氧化原理
去氧化又稱之為微蝕，其有 2 個(gè)主要化學(xué)反應(yīng)，第一是由酸將銅基體表面的氧化銅溶掉，第二是再次氧化基體的表面，生成易溶于酸的銅氧化物。該 2 個(gè)反應(yīng)一同作用，最終把銅基體表面不良的表層剝離，同時(shí)增加了基體的表面積。
從傳統(tǒng)的角度看，去氧化工藝最終的目的是去除氧化皮，保證鍍層和基體的結(jié)合力，從而保證引線腳的可焊性。所以許多工程師只會(huì)擔(dān)心去氧化效果太弱，氧化皮去除不干凈，而影響可焊性，很少會(huì)想到去氧化液的腐蝕性和氧化性太強(qiáng)帶來(lái)的麻煩。
下面我將從銅基體強(qiáng)腐蝕、銅基體表面過(guò)強(qiáng)氧化與基體表面過(guò)多雜質(zhì)金屬粒子殘留三方面來(lái)討論去氧化工藝對(duì)純錫鍍層變色的影響。
3.1 去氧化液腐蝕性
去氧化液的腐蝕性過(guò)強(qiáng)，經(jīng)處理后的銅基體表面會(huì)變得粗糙。雖然增加了基體的表面積，但在這樣高低不平的地方鍍純錫，給純錫電鍍的整平性能帶來(lái)了挑戰(zhàn)。純錫鍍層的空隙率明顯大于錫鉛鍍層，主要是因?yàn)榧冨a鍍層的晶粒較大。在平面上排布時(shí)，錫晶粒與晶粒之間會(huì)留下較大空隙，那在一個(gè)高低不平的面上進(jìn)行排布，肯定會(huì)造成更多的空隙，且鍍層表面的平整度也會(huì)大大下降。銅基體強(qiáng)腐蝕與正常去氧化后所鍍純錫鍍層晶粒排布的對(duì)比。
鍍層晶粒排布凌亂，且晶粒之間的空隙較大，顯示的鍍層晶粒之間雖有空隙，但較平整，且空隙很明顯，去氧化控制過(guò)強(qiáng)，會(huì)增加鍍層表面的粗糙程度及鍍層的空隙率，所以較容易變色。同時(shí)由于鍍層表面粗糙和高空隙率，電鍍后清洗的難度也相應(yīng)增加，如清洗不徹底，更加速了鍍層的變色。
3.2 去氧化液的氧化性
氧化性較強(qiáng)的去氧化處理液不但容易造成銅基體強(qiáng)腐蝕，而且處理后的銅基體在后道水洗時(shí)，其表面在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)被空氣再次氧化，基體表面會(huì)明顯變色。因?yàn)榻?jīng)強(qiáng)氧化性的溶液處理后，銅基體表面附有較多的強(qiáng)氧化性物質(zhì)，遇到空氣中的氧氣后，就加速氧化銅基體表面，使表面變色。與此同時(shí)，銅基體表面也會(huì)變得更加粗糙，表面攜帶的氧化性物質(zhì)也難被清洗掉，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攜帶，將大量的氧化性物質(zhì)帶到了鍍液中，加速鍍液中二價(jià)錫離子向四價(jià)錫離子轉(zhuǎn)變，鍍液開(kāi)始變混濁。混濁的鍍液又會(huì)影響錫離子的正常電化學(xué)沉積，使鍍層夾帶的雜質(zhì)粒子增加，影響其空隙率，最終影響其防變色的能力。由于鍍液變混濁后的異常鍍層晶格。
3.3 去氧化液去除雜質(zhì)金屬的能力
由于半導(dǎo)體封測(cè)行業(yè)的成本壓力越來(lái)越大，許多生產(chǎn)商開(kāi)始在引線框架銅材的純度上想辦法，最終導(dǎo)致引線框架銅材雜質(zhì)金屬含量越來(lái)越高。但為了保證在鍵合區(qū)能夠較好地鍍銀，框架生產(chǎn)商又會(huì)在框架表面電鍍一層銅，但這層銅厚度只有0.5￣1 μm，在較強(qiáng)去氧化液處理過(guò)程中容易被剝離而露出雜質(zhì)含量高的銅基體，而一般的去氧化液無(wú)法將全部雜質(zhì)金屬粒子去除。所以附有較多雜質(zhì)的銅基體將會(huì)進(jìn)入清洗后鍍錫。但由于錫在不同金屬上的析出電位不同，結(jié)合力不同等因素，最終會(huì)影響錫層的結(jié)晶形態(tài)。
鍍層晶格排列尚可，但在晶粒上出現(xiàn)許多小孔，且每個(gè)晶粒形狀較尖銳，這樣也就增加了鍍層表面的粗糙程度和空隙率。加上鍍層內(nèi)部雜質(zhì)金屬極易和鍍層、銅基體形成腐蝕原電池，會(huì)加速鍍層的腐蝕變色。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著半導(dǎo)體引腳純錫電鍍的發(fā)展，鍍層變色問(wèn)題將會(huì)被越來(lái)越重視。去氧化工藝對(duì)鍍層的影響也會(huì)被逐漸突現(xiàn)出來(lái)。開(kāi)發(fā)、使用腐蝕性、氧化性適中，能較好處理雜質(zhì)金屬粒子的去氧化化學(xué)品已經(jīng)迫在眉睫。希望此文可以給正在和純錫鍍層變色作對(duì)抗的大量工程人員一點(diǎn)建議，相信該問(wèn)題一定能被完美解決。
