无铅Sn-Cu合金焊料的电沉积研究

摘要

由于铅对人体及环境的危害，世界上很多国家和组织近年已通过立法禁止含铅材料的使用。欧盟通过的WEEE／Rot{S双指令中规定2006年7月1日之后禁止铅等六种有害元素在电子工业中的使用，这些禁令极大地推进了无铅化在电子封装产业中的应用。 本论文以在波峰焊中得到广泛使用的锡铜合金焊料为研究对象，通过电沉积的方法制备锡铜合金焊料薄膜。研究中通过使用柠檬酸、EDTANa<,2>、草酸、酒石酸、柠檬酸三铵等五种有机酸(盐)作为络合剂配制稳定溶液，并考察溶液在不同pH值条件下对生成镀层的影响，以比较这五种有机酸络合剂络合能力的强弱。 研究表明，用这五种有机酸作为络合剂配制锡铜合金电镀液，均可获得合乎要求的锡铜镀层，而且在不同pH值条件下沉积镀层中的含铜量曲线都近似U型，只是这个U型两侧的高度和底部的宽度因络合剂不同而不同。而这个“pH一镀膜含铜量U型曲线”形状的不同，标志着络合剂络合能力的不同，由此可以判断哪些络合剂更适合作为电沉积锡铜合金溶液的络合剂。 “pH-镀膜含铜量U型曲线”两侧高度表示络合剂与锡铜络合的能力，U型曲线壁越高，则镀层中含铜量越大，那么，就表明该络合剂的络合能力较差，反之则较好。实验结果表明，在研究的五种锡铜电沉积络合剂中，草酸络合能力最差，其次是柠檬酸和柠檬酸三铵，再其次是酒石酸和EDTANa<,2>。 “pH-镀膜含铜量u型曲线”底部宽底表示溶液的有效PH值范围。U型曲线底部越宽，则溶液的有效pH值范围越大，那么，就表明该络合剂就越好，反之则较差。实验结果表明，在研究的五种络合剂中，草酸和酒石酸络合能力较差，其次是柠檬酸、柠檬酸三铵和EDTANa<,2>。 分析“pH-镀膜含铜量U型曲线”表明，两侧越低，底部越宽，则该络合剂越好。综合比较研究的五种络合剂，可以认为草酸和酒石酸络合能力总体较差，而柠檬酸、柠檬酸三铵和EDTANa<,2>则总体较好。 本研究还考察了电流密度对生成锡铜镀层的影响。实验结果表明，在采取的试验条件下，提高电流密度并不影响生成镀层中锡铜的百分比含量，镀层中铜的百分含量并不随电流密度的增加而有显著变化；随着电流密度的增加，生成镀层晶粒有细化趋势，但是当电流密度大于1.0A/dm<'2>时，晶粒有长大趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1无铅钎料的提出

1.1.1锡铅的应用

1.1.2铅的危害

1.2国内外无铅(Lead-Free)立法状况

1.3无铅钎料的研发状况

1.3.1无铅钎料的要求

1.3.2无铅钎料的研发状况

1.4本课题研究的主要问题

第二章试验研究方法

2.1试验试剂

2.2相关仪器

2.3实验方法步骤

2.3.1 CuSn合金电沉积溶液配制

2.3.2 CuSn合金电沉积溶液配制步骤

2.3.3试样制作步骤

2.3.4具体实验步骤

第三章电化学沉积原理

3.1电化学沉积的原理

3.2电镀的电极过程

3.3金属合金电沉积的基本理论

3.3.1金属共沉积的条件

3.3.2金属共沉积的过程

3.3.3金属共沉积的类型

3.3.4电沉积条件对镀层性能的影响

3.4小结

第四章络合剂在不同pH值条件下SnCu合金的沉积试验

4.1溶液主盐浓度的确定

4.2柠檬酸在不同pH值下对镀层的影响

4.2.1柠檬酸性质

4.2.2试验结果及分析

4.2.3小结

4.3 EDTANa2在不同pH值下对镀层的影响

4.3.1 EDTA性质

4.3.2具体实验数据及分析

4.3.3小结

4.4草酸在不同pH值下对镀层的影响

4.4.1草酸性质

4.4.2具体实验数据及分析

4.4.3小结

4.5酒石酸在不同pH值下对镀层的影响

4.5.1酒石酸性质

4.5.2具体实验数据及分析

4.5.3小结

4.6柠檬酸三铵在不同pH值下对镀层的影响

4.7本章小结

第五章电流密度对生成SnCu合金镀层的影响

第六章SnCu合金镀层物相分析

6.1镀层合金熔化特性研究

6.2镀层合金显微组织观察

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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