電沉積Sn-SiC納米復合鍍層及其可焊性研究.pdf

1、錫鉛合金鍍層因為具有優(yōu)良的抗蝕性和可焊性，能有效抑制錫晶須生長，曾被廣泛應用于電子封裝工業(yè)中。但是由于Pb對環(huán)境造成的負面影響，現(xiàn)已被禁止作為可焊性鍍層使用。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的無鉛可焊性鍍層是未來電鍍領域的發(fā)展方向。通過分析現(xiàn)有合金鍍層存在的問題及納米顆粒復合鍍層的特點，嘗試開發(fā)Sn-SiC復合鍍層，以提高鍍層的焊接可靠性，推進可焊性鍍層的無鉛化進程。
　　分別以直流、單脈沖及周期換向脈沖電沉積三種方式制備了Sn-SiC復合鍍層

2、，考察了鍍液組成及電沉積工藝對復合鍍層中納米SiC顆粒含量、鍍層微觀形貌及鍍層殘余應力的影響，最終確定出周期換向脈沖電沉積的鍍液組成及工藝條件為：50g·L-1Sn(CH3SO3)2，90ml·L-170％甲磺酸（MSA），30g·L-1納米SiC，50mg·L-1十二烷基硫酸鈉（SDS），2g·L-1對苯二酚，4ml·L-1光亮劑，正向工作時間3ms，正向工作比0.3，正向脈沖平均電流密度2.5A·dm-2，反向工作時間3ms，反向工

3、作比0.2，反向脈沖平均電流密度0.25A·dm-2，電極傾斜角度45°，溫度20℃。通過對鍍層組成、形貌及結構的表征，表明復合鍍層中納米SiC的加入有利于細化沉積金屬晶粒、平整鍍層，改善鍍層的應用性能；以浸漬實驗及Tafel曲線對鍍層耐蝕性進行了考察，通過潤濕鋪展實驗探討了復合鍍層的可焊性。
　　三種電沉積方式下，隨著鍍液中SiC微粒的濃度增大，復合鍍層中微粒復合量增加，復合鍍層中由于納米SiC微粒的加入，有利于新晶核的生成，能

4、夠細化錫的結晶顆粒；Sn-SiC復合鍍層的耐蝕性及抗高溫氧化性均隨著SiC微粒復合量的提高而增強；但是鍍層中SiC微粒復合量的提高，也會使鍍層的殘余壓應力增加。
　　在鍍液組成相同的情況下，周期換向脈沖電沉積方式，可有效增大陰極還原超電勢、細化沉積金屬晶粒，提高鍍層中 SiC微粒的復合量，而反向脈沖電流對基質(zhì)金屬的溶解作用，在平整鍍層的同時，大大降低了復合鍍層的殘余應力，有效減少了團聚微粒在鍍層中的存在；當鍍層中納米 SiC復合量

5、相近的情況下，周期換向脈沖電沉積所得鍍層具有最好的耐蝕性及抗氧化性，而直流電沉積所得鍍層最差。
　　對復合電沉積機理的研究結果表明，Sn-SiC復合鍍層的電沉積行為符合Guglielmi提出的兩步吸附機理，即鍍液中的微粒首先以弱吸附形式吸附于電極表面，隨后僅有少數(shù)微粒轉(zhuǎn)變?yōu)閺娢?，并被嵌入鍍層；SiC微粒與電極間作用力較弱，因而也導致該微粒在鍍層中的復合量較低；電流密度小于3A·dm-2時，鍍層中 SiC的體積百分比隨電流密度增加

6、而提高，電極與溶液界面的場強對納米微粒的共沉積的促進作用更為顯著，用電化學機理可以對納米 SiC的復合電沉積過程給予合理解釋。
　　不同電勢掃描速率下的循環(huán)伏安曲線中陰極的峰值電流（ip）與電勢掃描速率的平方根（υ1/2）呈較好的線性關系，表明電沉積過程為擴散控制。
　　稀土元素可作為復合電沉積的添加劑使用，以改善鍍層的組成及性質(zhì)。針對鍍液中La3+濃度對復合電沉積的影響的研究結果表明，鍍液中加入La3+后，SiC微粒的ze

7、ta電勢顯著增加，復合鍍層中SiC微粒的含量得到提高，鍍層表面更為平整；當La3+與適量的檸檬酸鈉共存于鍍液中時，鑭元素的沉積電勢發(fā)生正移，實現(xiàn)了稀土鑭與錫在銅電極上的共沉積，得到的復合鍍層中鑭的質(zhì)量分數(shù)達到2.35%~2.48%。
　　鍍層的潤濕性及抑制錫須生長性能為表征鍍層可焊性的兩個重要指標，本文對二者進行考察，得到了鍍層結構與可焊性的關系。對鍍層耐錫須生長性能的研究結果表明，鍍層中錫晶粒的（220）和（321）等晶面取向以

8、及金屬間化合物Cu6Sn5的存在，有利于錫須的生長，（420）晶面取向則恰好相反。鍍層殘余應力為促進錫須生長的主要因素之一，在殘余應力相近的情況下，復合鍍層的晶粒越細致、均一、致密，錫須突破鍍層表層所需的阻力就越增大，對錫須的生長起到的阻礙作用就越明顯。
　　復合鍍層的可焊性研究結果表明，三種電沉積方式下得到的復合鍍層呈現(xiàn)相似的規(guī)律，即在一定范圍內(nèi)，鍍層中 SiC復合量提高，復合鍍層變得平整、致密、晶粒細化，因此可使鍍層的潤濕性提