【摘 要】
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表面贴装(SMT)是将电子元器件通过回流焊或波峰焊等方法焊接在制作好的印制电路板(printed circuit board,PCB)表面的技术,Sn-Pb合金曾因其诸多优点而被作为可焊层广泛应用于SMT领域之内,然而由于金属Pb具有毒性,严重威胁了人体健康与环境安全,RoHS指令与WEEE指令严格限制了金属Pb的使用,因此需要寻找一种Sn-Pb合金的替代品。SnAgCu三元合金熔化温度低,与无铅
【基金项目】
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国家自然科学基金委项目((Nos.51801018 和 61974020)); 珠海市创新团队项目(No.ZH0405190005PWC); 广东省重点领域研发计划项目(No.2019B090910003); 珠海市科技项目(No.ZH01084702180040HJL);
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表面贴装(SMT)是将电子元器件通过回流焊或波峰焊等方法焊接在制作好的印制电路板(printed circuit board,PCB)表面的技术,Sn-Pb合金曾因其诸多优点而被作为可焊层广泛应用于SMT领域之内,然而由于金属Pb具有毒性,严重威胁了人体健康与环境安全,RoHS指令与WEEE指令严格限制了金属Pb的使用,因此需要寻找一种Sn-Pb合金的替代品。SnAgCu三元合金熔化温度低,与无铅焊料相容性良好,焊接性能优良,可以抑制锡须生长,是目前领域内公认的性能最为优良,前景最为广阔的Sn-Pb合金替代品。本文提出一种使用柠檬盐为主配位剂的新的SnAgCu三元合金电镀配位体系,用以在PCB表面制作组成成分为含锡96.5%,含银3.0%,含铜0.5%的三元合金可焊性镀层。具体研究内容包括:(1)通过实验确定了三元合金电镀液的成分及各成分的比例和浓度。通过霍尔槽实验、稳定性实验以及阴极电流效率实验,分别对柠檬酸、柠檬酸铵+MPS和柠檬酸铵+硫脲三种体系进行实验,确定了柠檬酸铵+硫脲的优越性以及主配位剂与主盐离子的比例为2:1;通过观察表面形貌和测定镀液成分的方法,从多种电镀添加剂中选出了合适的添加剂——苄叉丙酮+聚乙二醇作为光亮剂、聚丙三醇作为分散剂、抗坏血酸作为稳定剂;通过阴极极化曲线确定了苄叉丙酮和聚乙二醇的比例为9:500,通过四因素三水平正交实验确定了三元镍合金电镀液中甲基磺酸亚锡、甲基磺酸银、甲基磺酸铜和光亮剂的最佳浓度分别为0.10mol/L,7mmol/L,0.5mmol/L,30ml/L(含苄叉丙酮27mg/L,含聚乙二醇1.5g/L)。(2)测定了三元合金电镀液受温度、p H值和电流密度工艺参数的影响,确定了最佳温度为30℃,最佳p H值为5.0,并使用电化学测试的方法,对三元合金电镀液的电化学反应过程进行了分析,发现三种金属离子在-1.05V处发生了共沉积。(3)对制得的SnAgCu三元合金镀层的各项性能进行了分析,并与纯锡镀层进行了比较,结果为制得的SnAgCu三元合金镀层熔化温度低,镀层结合力、润湿性能、抗腐蚀性能、可焊性能、镀层回流性能、抑制锡须生长能力均较为优异。综上所述,本文提出了一种新的SnAgCu三元合金电镀体系,成功得到了成分接近含锡96.5%,含银3.0%,含铜0.5%的三元合金镀层,并对得到的镀层的各项可焊性能进行了分析,均表现良好,可以在实际生产中进行应用。
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