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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，但純錫鍍層變色問題卻開始困擾大家。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)，進而影響鍍層的抗變色能力。
中圖分類號： TQ153.1+3 文獻標識碼： B 文章編號： 1004-4507(2008)07-0001-03
1 引 言
錫是銀白色金屬，無毒、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。本文從理論和實踐的角度初步探討純錫鍍層變色的原因和去氧化工藝對鍍層變色的影響。由于目前我公司的錫鍍層基體大多數(shù)為銅框架，前期在電鍍過程中選擇去氧化化學(xué)品具有過高的腐蝕性，考核中發(fā)現(xiàn)這些去氧化溶液會導(dǎo)致鍍層會老化變色。直到通過對比上海新陽的去氧化粉劑 SYT 系列的性能，才對電鍍前去氧化與鍍層老化變色之間的聯(lián)系有了一定認識，在此，本文將討論銅基體的去氧化工藝對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，但在有氧進入酸時穩(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。當鍍層表面粗糙或有塵埃和腐蝕產(chǎn)物時，水蒸汽會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，從而加速腐蝕進程。
銅基體上的錫鍍層在大氣中是陽極性鍍層，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 個反應(yīng)一同作用，最終把銅基體表面不良的表層剝離，同時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擔心去氧化效果太弱，氧化皮去除不干凈，而影響可焊性，很少會想到去氧化液的腐蝕性和氧化性太強帶來的麻煩。
下面我將從銅基體強腐蝕、銅基體表面過強氧化與基體表面過多雜質(zhì)金屬粒子殘留三方面來討論去氧化工藝對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強，經(jīng)處理后的銅基體表面會變得粗糙。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了挑戰(zhàn)。純錫鍍層的空隙率明顯大于錫鉛鍍層，主要是因為純錫鍍層的晶粒較大。在平面上排布時，錫晶粒與晶粒之間會留下較大空隙，那在一個高低不平的面上進行排布，肯定會造成更多的空隙，且鍍層表面的平整度也會大大下降。銅基體強腐蝕與正常去氧化后所鍍純錫鍍層晶粒排布的對比。
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，去氧化控制過強，會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
氧化性較強的去氧化處理液不但容易造成銅基體強腐蝕，而且處理后的銅基體在后道水洗時，其表面在短時間內(nèi)就會被空氣再次氧化，基體表面會明顯變色。因為經(jīng)強氧化性的溶液處理后，銅基體表面附有較多的強氧化性物質(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，銅基體表面也會變得更加粗糙，表面攜帶的氧化性物質(zhì)也難被清洗掉，通過長時間的攜帶，將大量的氧化性物質(zhì)帶到了鍍液中，加速鍍液中二價錫離子向四價錫離子轉(zhuǎn)變，鍍液開始變混濁?；鞚岬腻円河謺绊戝a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)體封測行業(yè)的成本壓力越來越大，許多生產(chǎn)商開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，在較強去氧化液處理過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)的銅基體將會進入清洗后鍍錫。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，會加速鍍層的腐蝕變色。
4 結(jié)束語
隨著半導(dǎo)體引腳純錫電鍍的發(fā)展，鍍層變色問題將會被越來越重視。去氧化工藝對鍍層的影響也會被逐漸突現(xiàn)出來。開發(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抗的大量工程人員一點建議，相信該問題一定能被完美解決。
