电镀锡基础知识培训

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2 高速自动线
上料电解去毛刺自来水洗去氧化自来水洗纯 水洗预浸电镀水洗中和自来水洗纯水洗 吹干/烘干下料钢带退镀水洗吹干/烘干上料
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十、电镀生产线的技术管理
1 挂镀自动线(手工线)的技术管理。
1.1 电镀药水的正向控制。 每个班对电镀药水进行化学分析,主要分析主金属离子 浓度(Sn2+:g/L),酸浓度(H+: g/L ),通过分析及时 调整。
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※ 添加剂的表面吸附理论
加入镀液的添加剂、表面活性剂一般是有机物。有机物有两个特性: (1)具有电阻 (2)在工件表面有较大的吸附力。
金属离子要到工件表面(阴极)去放电(接受电子还原),受到吸附在 工件表面有机薄膜的阻挡(添加剂的阻挡)。原本可以还原析出的条件,因 为有了有机膜的阻挡而不能还原。如果要使其还原(接受阴极的电子),就 得增加阴极的电位,使阴极电位变得更负,也就是说有了添加剂的吸附作用, 增加了阴极极化。如果我们把吸附在工件表面的有机膜当作成千上万只电容 器(微观电容),金属离子要在阴极上放电(接受电子还原),就得冲破 (击穿)这些微观电容器,要击穿电容器,必须增加电场能,必须使阴极电 位变得更负,也就是说析出电位向负方向移动。上面说过,析出电位向负方 向移动的现象,就是阴极极化了。
电镀工程重要的技术之一就是控制络合剂和添加剂的浓度。如果二 者含量过多,阴极极化过大,会降低阴极电流效率,降低电析速度,增 加析氢量,造成严重的针孔镀层。
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六、微电子电镀技术的特点
1. 微电子电镀的目的是功能电镀,为了提高可焊性,所以电 镀的是可焊性金属镀层。如金、银、锡、锡铅合金、锡铜 银合金、锡铈合金、锡铋合金等镀层。
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在相对比较高的电场能下进行电析,也就是在电析时克服了一些阻 力。克服了电析的困难,析出金属(金属离子得到电子还原的过程)的 过程不那么容易了。这种阻力,这种阴极极化,给离子还原后的排列成 整齐的晶格创造了必要的条件。使镀层变得细腻致密,而不是疏松。我 们可以调整络合剂或添加剂的量,是阴极的到合适的极化值,直至镀得 合格的镀层。
例如:两个氰根“CN- ”与银离子“ Ag+ ”络合后,由正离子转为负离 子,使它靠近阴极去放电(接受电子)变得比较困难。
又例:四个甲基磺酸与二价的锡离子络合后由正离子转为负离子,增加 了放电的难度,即增加了阴极的极化。
Sn2 4CH 3SO3 CH 3SO3
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目录
➢ 什么叫电镀 ➢ 电镀电路和电极反应
➢ 以电镀锡为例用电镀电路 解释电镀过程
➢ 电流效率
➢ 络合物的配位理论和添加 剂的表面吸附理论应用
➢ 微电子电镀技术的特点
➢ 电镀过程三部曲和电镀工 序功能
➢ 去除塑封体溢料工艺流程 ➢ 电镀工艺流程 ➢ 电镀线的技术管理 ➢ 生产线平时维护要点 ➢ 赫尔槽试验和赫尔片说明 ➢ 对某些镀层弊病的描述及
1. 电镀前处理
电镀前处理的目的是为了使工件表面彻底干净,为电镀作 准备。彻底干净是指工件表面无溢料(残胶、毛刺)、无油污 染、无氧化物、表面是活化的。表面活化是指金属表面的晶格 暴露得很新鲜。
以上的处理都是为了提高镀层与基材的结合力。
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2 电镀:微电子器件锡铅合金电镀有四个基本技术指标。
用电化学反应式表示如下:
阳极: Sn 2e Sn2 (阳极的溶解过程) 阴极: Sn2 2e Sn (工件上析出镀层的过程)
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四、电流效率
以上已经说明在阴—阳极电化学反应中,阳极上除了金属溶解消 耗电流外,析出氧气也要消耗电流。阴极上除了金属镀层析出消耗电 流外,析出氢气也要消耗电流。
那么络合剂和添加剂为什么会使阴极产生极化作用呢?
※络合剂的配位ห้องสมุดไป่ตู้论
金属离子在无络合剂的条件时在溶液中是很自由的,加入络合剂后, 络合物能把中心金属离子以配位的方式束缚起来,使金属离子的放电行 为变得不自由,增加了放电的困难,甚至改变了离子的电荷性质,由正 离子转为负离子。
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2. 微电子器件一般是塑料封装体,为了减少电镀药水对微电 子器件电性影响(酸、碱的侧蚀作用)。电镀药水宜采用 性能比较柔和的烷基磺酸体系而尽量少用强酸体系,如硫 酸和氟硼酸等。
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3. 随着微电子技术的发展,微电子管的塑封体越来越小,微电子 电极的引线越来越细,塑封体小至芝麻粒大,电极引线细至 0.3mm左右,引线与引线之间的距离也不过0.3mm。在一个 微电子框架上聚集着上千个管子,为了避免线间短路,对镀层 的要求不宜太厚,尤其是镀层厚度误差精度的控制上高于五金 电镀。要求控制±2微米。
2.1 镀层外观:必须是呈银白色、灰白色,色泽均匀一致, 无水迹,框架无变形,塑封体乌亮,塑封体完整无缺 角、无塌棱,无气孔等缺陷。
2.2 厚度控制 纯锡镀层 11±2 微米 厚度中心值的大小和厚度误差的适用性由塑封体大小和 电极导线(管子引出线)规格所决 定。一般说塑封体 越小,引线越细,则镀层厚度和厚度误差精度的控制越 严要求。
电极反应:
※ 阳极反应: M ne M n (主反应)
金属原子失去n个电子,氧化成正n价的金属离子。
4OH 4e 2H 2O O2 (副反应)
水溶液中的羟基氧化成氧气。
※ 阴极反应: M n ne M
(主反应)
正n价金属离子得到n个电子后还原成金属,成为电镀层。
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如上所言,通过络合物配位的方法和加入添加剂的方法,虽然方法 不同,理论也不同,但都能达到阴极极化的目的。既然用两种不同的理 论和方法都能增加阴极极化,很自然的,我们经常把二者结合起来同时 作用于某种镀液,使起到协同作用,增加阴极极化。所以常规的镀液有 如下几种材料组成:
CH 3SO3 |
Sn2 |
CH 3SO3
2


CH 3SO3
Ag 2CN CN Ag CN



络合物对中心金属离子的配位络合作用,降低了金属离子的有效浓度, 控制了金属离子的活度,增加了阴极的极化,为镀层晶格的细化创造了条件, 也就是说络合配位作用控制了金属离子的电化学行为,控制了反应速度和电 结晶过程。
原因 ➢ 电功设计公式 ➢ 电镀重要参数的计算公式
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一、什么叫电镀
1,模拟说法:把一种金属通过某种手段和方法包封到另一种金属表面上 去的过程称为电镀。
2,电镀的硬件说法:实现电镀过程必须有五个硬件,即:
(1) 直流电源; (2) 镀槽; (3) 含电镀金属的离子的药水; (4) 阳极(要电镀的金属)和阴极(加工的工件); (5) 导电棒、电缆、挂架等。把五种硬件组合成电镀电路。开通
2 电解高压水喷淋去除溢料(一步工序)
上料(Loading)电解去溢料水洗高压水喷淋吹干/烘 干下料
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九、电镀工艺流程
1 挂镀自动线
上挂具化学/电解除油2~3级热自来水逆流漂洗去 氧化2级自来水逆流漂洗2级纯水逆流漂洗活化 电镀3级自来水逆流漂洗中和2级自来水逆流漂洗 2级热纯水逆流漂洗(线内)吹干/烘干下挂具 或(线外)甩干/烘干检验(线外)挂具退镀
2.3 镀层结合力。通过各种结合力试验合格。 2.4 可焊性:通过浸锡试验合格。
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3 镀后处理
电镀后处理的目的是使产品清洁和干燥。 用中和法除去镀层中的残酸,同时除去吸附在镀层表面的添 加剂有机薄膜。因为锡是两性金属(溶于也溶于酸),故通过用 碱中和也起到化学抛光作用。 通过清洗(或加超声波清洗)和烘烤,得到清洁和干燥的电 镀产品。 由以上电镀过程三部曲的分析,电镀工序中去溢料(残胶、 毛刺)、除油、去氧化、活化、电镀、中和、漂洗、干燥成为微 电子电镀常规的八个功能工序。
阳极电流效率: A
阳极溶解消耗的电流 通过镀槽的总电流
×100%
阴极电流效率: K

析出镀层消耗的电流 通过镀槽的总电流
×100%
例如:若通过镀槽的电流为100A,其中有90A用来析出镀层,有
10A用来析出了氢气。则阴极的电流效率
K
90A 100A
90%
若通过镀槽的电流为100A, 其中有95A用来溶解金属,有5A用来 析出了氧气。则阳极的电流效率
4. 从微电子框架的基材特性说,镀前处理尤为重要。在用基材一 般是铜基和铁镍合金(Ni42Fe)。Ni42Fe在焊片(D/B)、 焊线(W/B)和塑封后固化的工序中极易氧化钝态。所以在电 镀过程中去氧化工序成了工艺成败的核心问题。
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七、电镀过程三部曲和电镀工序功能
通过加入络合剂或添加剂能使金属子还原析出镀层的电位向负方 向移动的现象称之为阴极的极化现象。例如:原来析出金属镀层的电 位为-1.2伏,加入了络合剂或添加剂以后使析出金属镀层的电位为-1.8 伏。这说明阴极极化了,其极化的值为 - (1.8-1.2)= -0.6伏。阴极极化了,使析出金属镀层相对困难了,需 要消耗比原来较高的电能。
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八、去除塑封体溢料工艺流程
目前常用的有2种方法:
1 浸泡后高压水喷淋去除溢料(两步工序)
工件装料盒(挂上LOT牌)浸泡6~8%稀硫酸(室温浸泡15-20 分钟,疏松溢料)三级逆流漂洗沥水浸泡SYD712 (110±5℃,30-90分钟,视溢料严重程度而定)热水 (60℃)三级逆流漂洗6~8%稀硫酸中和三级逆流漂洗吹 去水珠高压水喷淋去除溢料飞边
① 主盐:含有被镀金属的盐,提供金属离子。 ② 络合剂:用于与金属离子络合配位,提高阴极极化。同时增加药水导电
能力。 ③ 添加剂(包括光亮剂):吸附在工件表面提高阴极极化。有增加药水电
阻的效应。 ④ 润湿剂:使工件表面与镀液亲润(它常存在于添加剂中)。 ⑤ 抗氧化剂:防止变价金属氧化(它常存在于添加剂中)。
电源后就能把电镀金属包封到工件上(阴极上)去,称为电镀。
3,电化学说法:以电化学氧化还原理论为基础把一种金属包封到另一种 金属表面上去的过程称之为电镀。
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二、电镀电路和电极反应
把电镀的五种硬件有机的组合连通 起来就称为电镀电路。(见左图)
电镀电路
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三、以电镀锡为例用电镀电路解释电镀过程
在直流电源的作用下,电流通向阳极,阳极锡板(锡球)不 断失去电子氧化成金属离子扩散到药水中(阳极的溶解过程), 失去的电子在电源电势的驱动下,向电流反方向运动,通过直流 电源富集到阴极上,锡离子在阴极上 不断得到电子而还原成金属 镀层。
A

95A 100A

95%
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五、络合物的配位理论和 添加剂的表面吸附理论应用
电镀药水中不是有了金属离子,一通电就能在工件上析出合格的 金属镀层的。而是要使阴极在一定的极化条件下,才能析出合格的镀 层。
那么什么是阴极的极化呢?金属离子在原始的药水中(没有络合 剂和添加剂的药水)有一个析出电位,当阴极上加上这个析出电位值 时,金属离子就接受电子还原析出金属镀层。但是析出的金属是没有 规律的晶格,是疏松的镀层。
2H 2e H 2 (副反应)
水溶液中的氢质子得到电子还原成氢气。
在电镀过程中,以上四个反应同时发生。即阳极金属不断失去电子而 氧化成为金属离子溶解在药水中(阳极金属的溶解);同时阳极上有氧 气析出。阴极(工件)表面金属离子不断得到电子而还原成金属,即成 为电镀层;同时阴极上不断析出氢气。
1.2 用赫尔槽试验,对赫尔样片的分析,判断添加剂或光亮 剂的 量,及时调整添加剂或光亮剂。也可用表面张力环 检查添加剂量。
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