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摘要：介紹了光亮硫酸鹽鍍錫液中各成分作用及其工藝流程，對(duì)錫鍍層變色的原因進(jìn)行了分析。通過(guò)赫爾槽試驗(yàn)研究了鍍液中各成分含量、操作條件及電源對(duì)鍍層外觀的影響。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中常見(jiàn)故障進(jìn)行了排除。
關(guān)鍵詞：光亮硫酸鹽鍍錫；變色原因
1 前言
光亮硫酸鹽鍍錫電流效率高，沉積速度快，可在室溫下工作，且原料易購(gòu)，成本較低，同時(shí)錫鍍層柔軟、孔隙小，既可作表面裝飾性鍍層如代銀等，也可作可焊性鍍層。因此，光亮硫酸鹽鍍錫在電子工業(yè)和輕工業(yè)中應(yīng)用很廣泛。
然而，其工藝中存在著二價(jià)錫易氧化及添加劑分解造成鍍液混濁及性能惡化、鍍層光亮區(qū)變窄等問(wèn)題，故需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
2 鍍液各成分作用及工藝流程
2.1 鍍液中各成分作用
光亮硫酸鹽鍍錫液主要成分為硫酸亞錫和硫酸，生產(chǎn)中其含量隨所采用的添加劑不同而不同。
硫酸亞錫為主鹽，含量十般控制在40～
SnSO4含量控制在20～
硫酸具有降低亞錫離子的活性、防止其水解、提高鍍液導(dǎo)電性能及陽(yáng)極電流效率等作用。當(dāng)硫酸量不足時(shí)，亞錫離子易氧化成四價(jià)錫。
從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分析，當(dāng)有足夠的H2SO4時(shí)，可以減慢二價(jià)錫的水解，穩(wěn)定鍍液，實(shí)際生產(chǎn)中H2SO4含量一般在80～150mL/L。
鍍錫光亮劑一般是由主光劑、輔助光亮劑、載體光亮劑復(fù)配制成。
酸性光亮鍍錫光亮劑的種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)可分為 兩大類(lèi)：第1類(lèi)主要是芳醛、芳酮、酯類(lèi)及不飽和有機(jī)酸 烯的衍生物，第2類(lèi)主要是西佛堿類(lèi)(基本結(jié)構(gòu)單元為-CH=N—CH=CH-或-CH=CH-CH=N-)，由乙醛與鄰甲丙胺縮合而成，是酸性光亮鍍錫有效的增光劑，能單獨(dú)使用，也可與第l類(lèi)光亮劑配合使用，當(dāng)與第1類(lèi)光亮劑配合使用時(shí)，能顯著拓寬光亮區(qū)，有效消除鍍層白霧。
有機(jī)光亮劑的光亮作用主要表現(xiàn)為在陰極上的吸附，陰極上的吸附過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱均無(wú)法獲得理想的光亮鍍層。因?yàn)槲教珡?qiáng)，脫附電位太負(fù)，析氫嚴(yán)重，易形成針孔；吸附過(guò)弱時(shí)，脫附電位相對(duì)較正，鍍層結(jié)晶粗糙。只有適當(dāng)?shù)奈讲拍苓_(dá)到好的光亮效果。
所以，在配制組合光亮劑時(shí)，應(yīng)將吸附過(guò)強(qiáng)、適當(dāng)和過(guò)弱的添加劑有機(jī)配合使用，以達(dá)到吸附適度、吸附電位范圍較寬的目的，且各項(xiàng)組合量由實(shí)驗(yàn)確定。目前可用作主光劑的有：芐叉丙酮、枯茗醛、二苯甲酮、O—氯苯甲醛等，其中芐叉丙酮常用。
因?yàn)橹鞴鈩┚荒茉谀骋浑娏髅芏确秶鷥?nèi)發(fā)揮光亮作用，所以單獨(dú)使用是不能獲得理想鍍層的，但是如果和輔助光亮劑配合使用就能起到協(xié)同效應(yīng)，從而使鍍層結(jié)晶細(xì)化、光亮電流密度區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。屬于這類(lèi)添加劑的是脂肪醛和一些有機(jī)酸類(lèi)，常用的有甲醛、丙烯酸、肉桂酸等。
大多數(shù)有機(jī)光亮劑在水中的溶解度非常小，因而在陰極上被吸附的量也少，所以不宜單獨(dú)加入鍍液；有些有機(jī)光亮劑在電鍍過(guò)程中因發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)，容易從鍍液中析出。因此，如果要使光亮劑的效果得到充分發(fā)揮，就必須加入一些表面活性劑，利用其增溶作用來(lái)提高光亮劑在鍍液中的含量，這些表面活性劑稱(chēng)為載體光亮劑，亦稱(chēng)為分散劑。同時(shí)它還具有潤(rùn)濕和細(xì)化結(jié)晶等功能。
最早使用的載體光亮劑是一些陰離子表面活性劑，但是它們?cè)陉帢O上的吸附較弱。后來(lái)又開(kāi)發(fā)出非離子型表面活性劑，如聚氧乙烯、聚氧丙烯醚等，它們既具有潤(rùn)濕分散作用，又具有抑制H2析出及Sn2+放電而使鍍層晶粒細(xì)化的作用。在上述分散劑中，OP乳化劑使用廣泛。
以硫酸亞錫為主鹽的酸性鍍錫液連續(xù)工作半個(gè)月就會(huì)發(fā)生混濁，難以鍍出合格產(chǎn)品，需加一定穩(wěn)定劑。
常用的酸性鍍錫穩(wěn)定劑大多是Sn2+的絡(luò)合劑，如草酸、檸檬酸、酒石酸等，且復(fù)配比單獨(dú)使用效果好。另外，某種催化劑也有穩(wěn)定鍍液的作用，生產(chǎn)表明，在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，加入這種催化劑的鍍液能保持半年以上的時(shí)間清亮不濁。
至今還沒(méi)有一種穩(wěn)定劑：能長(zhǎng)期保持鍍液穩(wěn)定、清澈透明，因此Sn4+不可避免產(chǎn)生。隨著Sn4+的積累，鍍液逐漸變渾，沉渣增加，鍍層光亮區(qū)變小、均勻性變差，甚至出現(xiàn)發(fā)暗、發(fā)花等現(xiàn)象，此時(shí)必須對(duì)鍍液進(jìn)行絮凝劑處理。
絮凝劑分無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類(lèi)，無(wú)機(jī)絮凝劑有各種鹽類(lèi)、活性硅土等，有機(jī)絮凝劑可分為陰離子、陽(yáng)離子、非離子3種。陰離子型絮凝劑主要有環(huán)氧胺系共聚物、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺類(lèi)衍生物等，陰離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺水解物、聚丙烯酰胺、磺酸鈉類(lèi)等，非離子型絮凝劑主要有聚丙烯酰胺、脲—醛聚合物等。
聚丙烯酰胺和無(wú)機(jī)絮凝劑配合使用效果非常好，對(duì)鍍液的性能無(wú)任何影響，但沉降速度太慢，長(zhǎng)達(dá)48 h以上。環(huán)氧胺系共聚物的效果較好，但過(guò)量使用對(duì)鍍液有一些影響，嚴(yán)重時(shí)影響鍍層光亮度，但沉降速度特別快，一般在2h之內(nèi)可完全沉淀下來(lái)(使用時(shí)切忌過(guò)量)。
2.2 工藝流程
酸洗除油等前處理→純水洗→鍍高Pb-Sn合金個(gè)自來(lái)水洗→純水洗→鍍錫→自來(lái)水噴洗→中和(Na2HPO4+Na3PO4)→自來(lái)水噴洗→浸硬脂酸→自來(lái)水噴洗→熱純水浸洗→烘干。
3 錫鍍層變色的原因及控制
錫具有銀白色的外觀，化學(xué)穩(wěn)定性高，在大氣中耐氧化不易變色，與硫化物不起反應(yīng)，與硫酸、鹽酸、硝酸及一些有機(jī)酸等溶液也幾乎無(wú)反應(yīng)，即使在濃硫酸、濃鹽酸中也要在加熱條件下才能緩慢反應(yīng)。但錫鍍層容易變黃，原因及控制應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：
(1)銅錫擴(kuò)散層的增厚與時(shí)間呈線(xiàn)性關(guān)系，增加中間層(阻擋層)能根除由于銅錫擴(kuò)散而引起的變色。中間層可選擇鎳鍍層、高鉛及錫合金等，其中以高Pb-Sn合金最佳。這是由于鎳中間層雖能阻止銅錫擴(kuò)散，但不能阻止表面錫層的氧化，經(jīng)高溫處理后，其可焊性急劇下降，而Pb-Sn作為中間層時(shí)，Pb能擴(kuò)散到Sn層，形成的Pb-Sn合金可降低熔點(diǎn)，提高潤(rùn)濕力，有利于焊接。
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(2)變色與鍍層的表面狀態(tài)有關(guān)。由于析氧及鍍液被污染等原因，鍍層將不可避免產(chǎn)生針孔，而針孔里的殘酸如果清洗不凈，也將引起變色。
(3)變色與清洗方式及清洗水質(zhì)有關(guān)，采用純水加噴淋，對(duì)鍍層變色有很大的抑制作用。
(4)變色與光亮劑在鍍液中的含量有關(guān)。有時(shí)候?yàn)榱俗非箦儗油庥^，最大限度地添加光亮劑，但適得其反，鍍層很容易變色，這可能是由于光亮劑較多夾雜在鍍層中，有機(jī)物的含量隨之增加而引起的。以芐叉丙酮為主光劑的工藝?yán)铮阱円褐械恼：繛?SPAN lang=EN-US>0.4～
(5)近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些商品化錫專(zhuān)用“防變色劑”，其價(jià)格昂貴，筆者曾多次用過(guò)許多供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，但效果甚微，“防變色劑”不能解決問(wèn)題，但發(fā)現(xiàn)所有“防變色劑”有一個(gè)共性：使用時(shí)必須加熱至60～
(6)雖然不能使鍍層長(zhǎng)時(shí)間不“變色”，但只要工藝控制得當(dāng)、流程安排合理，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，可以做到讓其不變色。
4 鍍錫工藝條件的研究
試驗(yàn)裝置為赫爾槽，試片為紫銅片或黃銅片，其表面一定要平滑，最好拋光，以便正確判定鍍層外觀質(zhì)量。4.1 鍍液中成分含量對(duì)試片鍍層外觀的影響
鍍液組成及操作條件：
H2SO4 100ml/L
GH-1穩(wěn)定劑 50ml/L
GH-2開(kāi)缸劑 60ml/L
I
t 5 min
θ (20±2)℃
由圖l可知，SnSO4含量變化對(duì)鍍層外觀的影響不大。一般隨SnSO4含量的提高鍍液分散能力下降，鍍層色澤偏黃，結(jié)晶變粗。SnSO4的最佳含量為20～
鍍液組成及操作條件
SnSO4
GH-1穩(wěn)定劑 50mL/L
GH-2開(kāi)缸劑 60mL/L
I
t 5 min
θ (20±2)℃
由圖2可知，H2SO4含量的變化對(duì)鍍層外觀無(wú)明顯影響。
鍍液組成及操作條件：
SnSO4
H2SO4 80mL/L
GH-2開(kāi)缸劑 60mL/L
I
t 5 min
θ (20±2)℃
從試驗(yàn)可知，GH-1穩(wěn)定劑含量的變化對(duì)鍍層外觀影響不大。含量偏低，鍍液走位性相對(duì)較差；含量高，對(duì)鍍層無(wú)明顯影響。
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鍍液組成及操作條件：
SnSO4
H2SO4 80mL/L
GH-1穩(wěn)定劑 50mL/L
I
t 5 min
θ (20±2)℃
從試驗(yàn)結(jié)果可知，GH-2開(kāi)缸劑含量變化對(duì)鍍層外觀的影響較大。GH-2開(kāi)缸劑含量在30～50mL/L時(shí)，鍍層外觀隨開(kāi)缸劑的增大，光亮區(qū)逐漸擴(kuò)大；在50mL/L時(shí)，試片低電流區(qū)l～
4.2 操作條件對(duì)鍍層外觀的影響
鍍液組成及操作條件
SnSO4
H2SO4 80mL/L
GH-1穩(wěn)定劑 50mL/L
GH-2開(kāi)缸劑 60mL/L
t 5 min
θ (20±2)℃
電流分別是
從試驗(yàn)結(jié)果可知，電流對(duì)鍍層外觀的影響較大。電流在0.8～
鍍液組成及操作條件
SnSO4
H2SO4 80mL/L
GH-1穩(wěn)定劑 50mL/L
GH-2開(kāi)缸劑 60mL/L
I
t 5 min
溫度分別為：
從試驗(yàn)結(jié)果可知，溫度的變化對(duì)鍍層外觀有明顯的影響。溫度在10～
4.3 電源對(duì)試片外觀的影響
操作條件及鍍液組成為：
SnSO4
H2SO4 80mL/L
GH-1穩(wěn)定劑 50mL/L
GH-2開(kāi)缸劑 60mL/L
θ (20±2)℃
I
t 5 min
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謝謝了！��！