沉锡

2021-10-11 09:30:47

一、技术原理
化学镀锡系列用于SMT与芯片封装，在铜表面以化学方式沉积锡金属镀层，适用于高密度、高精度、细导线、窄焊盘和小间距的印制电路板的表面处理，是取代Pb-Sn合金镀层制程的一种绿色环保工艺，沉积的镀层结晶细致、外观银白、表面平整、可焊性高且性能稳定。
化学镀锡的原理是通过改变铜离子的化学电位使镀液中的亚锡离子发生化学置换反应，被还原的锡金属沉积在基板铜的表面形成锡镀层，且其浸锡镀层上吸附的金属络合物对锡离子还原为金属锡起催化作用，以使锡离子还原反应继续进行，确保化学镀锡层厚度。

二、工艺流程

入板

→

去油

→

水洗

→

微蚀

→

水洗

→

活化

→

预镀

→

沉锡A

→

沉锡B

→

热水洗

→

冷水洗

→

吸干

→

烘干

流程说明

酸性清洁去油/整孔

GZ-2061/2062用于清除印制板焊盘、导通孔表面的有机污物、指印及铜氧化物，为化学镀锡提供干净的铜表面。
该工艺所需物料为GZ-2061/2062
2、活化
GZ-2066用于保护后续沉锡药水，减少污染，延长使用周期。
该工艺所需物料为GZ-2066
3、预镀
预镀用于印制板沉锡之前，先在铜基上预镀一薄层锡，以便在随后沉锡工序中得到良好的镀层外观和致密的镀层。
该工艺所需物料为GZ-2069
4、沉锡
沉锡可取代喷锡制程，在铜基上以置换方式沉积锡金属，可焊性超过半年。
该工艺所需物料为GZ-2069

产品特性

印制板经化学镀锡处理后，能得到外观良好、均一致密、结合力强，厚度在0.8～1.2µm的锡镀层，锡层无晶须和树枝状结晶。

流程设备要求

项目	整孔	黑孔	微蚀
槽体	聚乙烯、聚丙烯、 304或316不锈钢	聚丙烯、聚氯乙烯、 316不锈钢	聚乙烯、聚丙烯、硬质聚氯乙烯
加热器	304或316不锈钢、特氟隆加热器	316不锈钢加热器	316不锈钢、钛加热器
过滤	连续过滤		连续过滤
搅拌	机械摆动、振动	机械摆动、振动	机械摆动、振动、吹气搅拌

六、流程工艺控制
1、化学镀锡药水开缸

缸名	药品名称	缸体积	开缸浓度	开缸量
去油	GZ-2061	100L	50mL/L	5L
	GZ-2062		2g/L	0.2Kg
	H₂SO₄		50mL/L	5L
微蚀	H₂SO₄	100L	25mL/L	2.5L
	GZ-2065		20g/L	2Kg
	SPS		100g/L	10Kg
活化	GZ-2066	100L	150mL/L	15L
预镀	GZ-2069	100L	100﹪	100L
沉锡 A	GZ-2069	100L	100﹪	100L
沉锡 B	GZ-2069	100L	100﹪	100L

2、化学镀锡操作条件

药水名称	分析项目	控制范围	分析频率	操作温度	时间（min）	过滤
去油	H₂SO₄	40～50mL/L	1次∕日	40～50℃	3～5	√
微蚀	H₂SO₄	20～25mL/L	1次∕日	20～30℃	1～2	√
	SPS	80～120g/L	1次∕日
	微蚀速率	0.5～1.5µm	1次∕班
	Cu²⁺	<20g/L	1次∕日
活化	酸当量	0.1~0.2N	1次/日	22～32℃	1～2	√
预镀	酸当量	2.0～4.0N	1次∕日	36～40℃	1～2	√
预镀	锡含量	12～16g/L	1次∕日	36～40℃	1～2	√
沉锡A	酸当量	2.0～4.0N	1次∕日	50～60℃	5～10	√
沉锡A	锡含量	12～16g/L	1次∕日	50～60℃	5～10	√
沉锡 B	酸当量	2.0～4.0N	1次∕日	68～72℃	10～12	√
	锡含量	12～16g/L	1次∕日
	沉锡厚度	0.8～1.2µm	1次∕日

3、生产药水补充及换缸标准

药水缸	化学药品	补充	换缸标准	更换频率
去油	H₂SO₄	分析补加	每处理40～50m²/L印制板更换槽液	每周更换一次过滤芯
微蚀	H₂SO₄	分析添加	当Cu²⁺含量大于20g/L时更换槽液	每周更换一次过滤芯
	SPS	分析添加
活化	酸当量	分析添加		每周更换一次过滤芯
预镀	酸当量	分析添加	当Cu²⁺含量大于8g/L时更换槽液	每二天更换一次过滤芯
	锡含量
沉锡	酸含量	分析添加	当Cu²⁺含量大于8g/L时更换槽液	每二天更换一次过滤芯
	锡含量

4、储存条件
GZ-2001、GZ-2002、GZ--2004避免阳光直射，保质期二年，在-5℃～40℃下储藏。
GZ-2003在3℃～30℃下储藏。

5、废水处理
清洁槽废液：将废液用酸中和，按环保要求排放。
整孔槽废液：将废液用酸中和，按环保要求排放。
活化槽废液：将废液中和，按环保要求排放。
沉锡槽废液：将废液用碱中和，按环保要求排放。
微蚀槽废液：采取电纯化和重结晶的方法回收硫酸铜；将废液用碱中和，按环保要求排放。

七、药水分析
1、微蚀液中H₂SO₄含量分析
A.试剂：
⑴NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]
⑵0.1﹪甲基橙指示剂
B.步骤：
⑴取5mL槽液于250 mL锥形瓶中
⑵加50mL纯水及2－5滴甲基橙指示剂
⑶用NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]滴至颜色由红转黄色为终点，记录体积V
C.计算：H₂SO₄(mL/L)=5.43 c V
c——NaOH标准液实际浓度（mol/L）；
V——消耗NaOH标准液的体积（mL）。
D.添加：H₂SO₄(mL) = (设定值－分析值)×槽液体积（L）
2、微蚀液中SPS含量分析
A.试剂：
⑴硫代硫酸钠标准液[c(Na₂S₂O₃)=0.1mol/L]
⑵1﹪淀粉指示剂
⑶KI
⑷20﹪的H₂SO₄
B.步骤：
⑴取2mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加50mL 纯水，5mL20﹪的H₂SO₄，2gKI，于暗处放置20分钟；
⑶用硫代硫酸钠标准液[c(Na₂S₂O₃)=0.1mol/L]滴至淡黄色后加入几滴淀粉指示剂；
⑷继续滴定至无色为终点，记录体积V。
C.计算：SPS (g/L)＝60 cV
c——硫代硫酸钠标准液实际浓度(mol/L)；
V——消耗硫代硫酸钠标准液的体积(mL)。
D.添加：
SPS (g)总添加量＝(设定值－分析值)×槽液体积(L)
3、微蚀液中Cu²⁺含量分析
A.试剂：
⑴EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]
⑵pH=10氨水-氯化铵缓冲液
⑶0.1﹪PAN指示剂
B.步骤：
⑴取1mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加100mL 纯水，20mLpH=10氨水-氯化铵缓冲液，5滴PAN指示剂；

⑶用EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]滴至草绿色为终点，记录体积V。
C.计算：Cu²⁺(g/L)＝63.5 cV
c——EDTA-2Na标准液实际浓度(mol/L)；
V——消耗EDTA-2Na标准液的体积(mL)。
控制范围：Cu²⁺＜30g/L。
4、清洁/整孔剂中H₂SO₄含量分析
1、H₂SO₄含量分析
试剂：NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]、0.1﹪甲基橙指示剂
方法：⑴取5mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加50mL纯水及2～5滴0.1﹪甲基橙指示剂；
⑶用NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]滴至颜色由红变为黄色为终点，记录体积V。
计算：H₂SO₄(mL/L)＝5.43 cV
c—NaOH标准液实际浓度(mol/L)；
V—消耗NaOH标准液的体积(mL)。
添加：H₂SO₄(mL)＝(45－分析值)×槽液体积(L)
控制范围：H₂SO₄ 40～50mL/L。
5、活化剂中酸含量分析
试剂：NaOH标准液[c(NaOH)=0.1mol/L]、0.1﹪溴甲酚绿指示剂
方法：⑴取5mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加150mL纯水及5～10滴0.1﹪甲基橙指示剂；
⑶用NaOH标准液[c(NaOH)=0.1mol/L]滴至颜色变蓝色为终点，记录体积V。
计算：酸当量＝0.02×V
V—消耗NaOH标准液的体积(mL)。
控制范围：酸当量 0.1～0.2N。

沉锡液分析

1、酸当量分析
试剂：NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]、0.1﹪酚酞指示剂
方法：⑴取2mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加100mL纯水及2～5滴0.1﹪酚酞指示剂；
⑶用NaOH标准液[c(NaOH)=1mol/L]滴至颜色由无色转为红色为终点，记录体积 V。
计算：酸当量＝0.5 cV
c——NaOH标准液实际浓度(mol/L)；
V——消耗NaOH标准液的体积(mL)。
2、锡含量分析
试剂：EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]，二甲苯酚橙指示剂（将100mg 二甲苯酚橙与10g 硝酸钾研磨混合），pH=4.5的醋酸-醋酸钠缓冲液
方法：⑴取5mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加25mL pH=4.5的醋酸-醋酸钠缓冲液及100mL纯水；
⑶充分混合后加入约50mg(一小匙)二甲苯酚橙指示剂；
⑷用EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]滴至颜色由粉红转为黄色为终点，记录体积V。
计算：Sn(g/L)＝24 cV
c——EDTA-2Na标准液实际浓度(mol/L)；
V——消耗EDTA-2Na标准液的体积(mL)。
3、Cu²⁺含量分析
试剂：EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]，PAN指示剂，pH=10缓冲溶液
方法：⑴取1mL槽液于250mL锥形瓶中；
⑵加100mLDI水，20mLpH=10的缓冲液，5滴PAN指示剂；

⑶用EDTA-2Na标准液[c(EDTA-2Na)=0.05mol/L]滴至草绿色为终点，记录体积V。
计算：Cu²⁺(g/L)＝63.5 cV
c——EDTA-2Na标准液实际浓度(mol/L)；
V——消耗EDTA-2Na标准液的体积(mL)。

八、品质控制
锡镀层厚度测定（称重法）
⑴取5×5cm²无钻孔双面覆铜板于120℃烘箱中烘15分钟，取出冷却15分钟，以精密天平称重（W₁）；
⑵上面测试板自去油、微蚀后，在120℃烘箱中烘15分钟,取出冷却15分钟，以精密天平称重（W₂）；
⑶再将上述测试板置于化学沉锡槽中进行化学镀锡，取出于120℃烘箱中烘15分钟,取出冷却15分钟，以精密天平称重(W₃)；
⑷按下式计算微蚀厚度(微米)：
微蚀厚度(微米)＝22.42(W₁－W₂)
⑸按下式计算沉锡厚度(微米)
沉锡厚度(微米)=386.13(W₃－W₂)
W₁——为微蚀前样板重量(克)
W₂——为微蚀后样板重量(克)
W₃——为镀锡后样板重量(克)
22.42——换算系数
386.13——换算系数

九、特别提示
1、一定要用称重法或X射线测厚等方法测定镀锡厚度，将厚度控制在0.8～1.2微米，以确保可焊性和储存期。
2、一定要在印阻焊油墨之前，使用超粗化工艺粗化铜表面、使用上等油墨作阻焊层，以确保阻焊膜耐受化锡药水的攻击。
十、镀锡板问题处理措施

问题描述	可能原因	解决措施
锡厚不够	1.锡缸温度不够	1.检查加热器是否正常加热，温度在工艺范围内才可做板；
	2.锡缸酸度太高	2.补加纯水调整酸度至要求值；
	3.锡含量低	3.补加GZ-2069-B至锡浓度范围。
	4.微蚀速率低	4.提高微蚀速率在工艺范围内
锡面变暗	1.锡缸过滤不佳	1.检查过滤系统，更换过滤芯，在40℃下过滤2－4小时；
	2.锡缸酸度太高	2.补加纯水调整酸度到要求值；
	3.微蚀速度太低	3.检查微蚀液中H₂SO₄、Na₂S₂O₈、Cu²⁺是否在正常工作范围内；
	4.沉锡后水洗不干净	4.加强水洗或更换水洗缸。
锡面颜色不均	1.锡缸比重太高	1.稀释溶液并做分析；
	2.微蚀速率太低	2.检查微蚀液中H₂SO₄、Na₂S₂O₈、Cu²⁺是否在正常工作范围内；
	3.预镀缸、沉锡缸药水污染	3.更换预镀缸或沉锡缸。
	4. 铜面颜色异常	4. 清洗铜面。
可焊性不良	1.锡缸Cu²⁺含量超标	1.更换锡缸药水；
	2.沉锡后水洗不干净	2.加强水洗或更换水洗缸；
	3.风干时污染	3.清洁烘干段及鼓风机。

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