关于甲基磺酸体系电镀铅锡合金工艺的探讨

向兴海

（中国振华集团永光电子有限公司 贵州贵阳 550000）

关于甲基磺酸体系电镀铅锡合金工艺的探讨

向兴海

（中国振华集团永光电子有限公司 贵州贵阳 550000）

为了响应国家节能减排、保护环境的号召，同时降低生产成本，提高镀层工艺质量，采用甲基磺酸体系进行电镀铅锡合金的工艺在目前得到了广泛应用。本文主要介绍了甲基磺酸体系电镀铅锡合金工艺，并对镀液成分和镀层关系变化进行了研究，根据研究结果对工艺规范进行了确定，以期能为相关从业人员提供借鉴意义。

甲基磺酸；电镀铅锡合金；工艺探讨

1 铅锡合金电镀原理

从合金电镀原理分析中可知，电镀铅锡合金时，二者各自的金属离子析出电位需保持十分接近，才能在共同放电的作用下电镀出铅锡合金镀层，根据电极过程定理：要实现在几种金属离子同时在阴极放电共沉积，提升合金镀层的性能，其关键因素在于其沉积电位需十分接近。公式如下：

式中：金属离子标准电极电位用ψ°表示；

金属放电离子活性用a表示；

超电压用η表示；

从公式分析可得，当两种金属的标准电极电位ψ1°、ψ2°大致上相等，但极化值η1、η2又较低时，两种金属离子在阴极上可共沉积。对铅、锡合金而言，其的标准电位分别为：铅-0.126V，锡-0.14V，其标准电位差值仅为0.014V；铅、锡的电化当量分别为3.866g/Ah、4.024g/Ah，二者也相当接近，因此为铅锡合金共沉积提供了良好的数据支持，在不含强酸性电解液中可以共沉积出来，因此在镀液中电镀处理得到理想的铅锡合金比较容易。

电镀铅锡合金工艺中，较为常见的方法为氟硼酸盐镀铅锡合金工艺，而无氟镀工艺则主要包括甲基磺酸体系和柠檬酸酸盐-醋酸盐体系。目前针对于甲磺酸体系的研究较多，对电镀后废水处理进行综合考虑后，烷基链应尽可能缩短，保证溶液化学耗氧量值处于最低水准，因此采用甲基磺酸和相应体系作为电镀材料比较成功。

2 甲基磺酸铅锡合金电镀试验

2.1 镀液参数

镀液成分为：20～30g/LSn2（+甲基磺酸锡加入），10～20g/LPb2（+甲基磺酸铅加入），100～140g/L甲基磺酸，40mL/L氯苯甲醛。操作控温18～35℃，Jc=2～4A/dm2，沉积速度为1.5μm/min（Jc=3A/dm2），阴极移动搅拌，禁用空气搅拌避免Sn2+氧化。阳极材料和镀液金属离子组成比例以及合金镀层铅锡合金含量比例相符，置入聚丙烯布袋进行保护，防治阳极材料对镀液造成污染，阴阳面积比例保持在1：2，试验和分析药品均为化学纯，溶液样品洗涤或配制用蒸馏水。

2.2 镀液覆盖能力测定

采用内控法进行测定，以规格为准10mm×100mm的薄壁紫铜管在阳极平行方向进行垂直吊挂，电流密度控制在4A/dm2，吊挂15min后横向切开通关，对内控镀层长度进行观察，镀液覆盖能力以内壁镀层长度和管径比值大小进行确定，管内若全部上镀则说明镀液覆盖力好。

2.3 镀层铅锡合金含量测定

用王水加热使镀层完全溶解对铅锡合金进行电镀试样，冷却后移到容量瓶中稀释，取10mL用浓氨水对pH值进行调节，达到弱酸性标准，加入0.1mol/L的EDTA溶液后加热到沸腾，让镀液各成分完全与EDTA溶液生成配合物，冷却后加入30%的六次甲基四胺溶液以及二甲酚橙指示剂，以0.05mol/L硝酸铅标准溶液滴入EDTA溶液，直至溶液颜色由黄变红，之后加入1gNH4F固体，摇匀后静置5min，让置换反应充分发生，此时溶液由红变黄，用硝酸铅标准液滴定后释放出EDTA至红色，得到锡含量；加入10%抗坏血酸后溶液再次变黄，用硝酸铅标准液滴定后释放出EDTA至红色，记录所消耗的标准液量，EDTA加入总量减去过量锡和铜配位反应的用量即为铅含量。

2.4 工艺性能试验

2.4.1 镀层外观

镀件外观在天然散射光线下或无反射光的白投射光线下，镀层外观颜色呈灰白色，结晶细致平滑为外观合格。

2.4.2 结合力

采用划格法进行试验，采用与镀件相同的材料以及表面状态，在同槽电镀的试片上进行划格，间隙1mm左右，达到试片金属基体，再以胶带粘贴，用力撕下，观察直线交叉划格处，若镀层无脱落、起皮现象说明镀层与基体结合力良好。

2.4.3 稳定性

试片涂布抗氧化剂进行保护，静置2个月后进行焊接装配试验，以润湿-平衡法标准进行，采用镀层焊接性检测仪进行检测，浸入表面润湿＞95%则符合标准，若试片基材为黄铜件，在镀上铅锡合金层前必须先镀一层紫铜，避免高温老化后降低焊性。

3 故障问题分析和解决对策

（1）以实际生产为例，在某次电镀过程中，出现了灰色半光亮镀层，在经过X线检查后测得镀层厚度为2～3μm，锡含量98%，其余为铅。对此，工作人员首先对镀液成分以及阳极材料进行检查，均正常，然后用水砂纸对飞钯铜排进行打磨，拧紧挂具螺丝，但仍然会出现灰色半光亮不合格工件。在对飞钯导电性能以及镀槽导电性能进行观察后，发现生产线飞钯两端导体为锥母，镀槽两端导电作为黄铜体，锥母落入槽两端导电座时呈吻合式接触，导电方式为一点式接通，随着生产时间延长，间隙越来越大，从而降低了导电性能。在飞钯锥母增加弹性铜簧片，以及在槽两端镀厚锡层后，解决了导电性差的问题，保证了镀件质量。

（2）在使用一段时间后，镀液逐渐变成黄色浑浊液体，表明在高温作业环境下，溶液中的Sn4+增大到一定量后，通过水解产生α-锡酸胶体，最后转变为β-锡酸乳白色胶体，并悬浮在镀液当中，此时会导致大量Sn2+损失。因此，在铅锡合金的电镀操作时，必须定期加入絮凝剂和稳定剂，并循环过滤，必要时还需加入专用活性炭进行吸附处理。此外，经常清洗铅锡挂灰和阳极袋中的泥渣也很有必要，可延长镀液使用时间，保证镀件表面光亮细致。

4 结束语

综上，在甲基磺酸体系电镀铅锡合金的操作过程中，镀液金属离子浓度和主盐含量对镀件质量有直接影响，通过对镀液当中的铅、锡离子浓度进行调配可得到不同的铅锡比例合金镀层。从上述工艺分析中可知，甲基磺酸体系电镀铅锡合金工艺较为简单，且只需控制到导电性并定期加入絮凝剂和稳定剂，清洗阳极材料则可有效保证质量，在今后的工业生产中将有广泛的应用前景。

[1]任秀斌，裘宇，吴水，等.被动元件甲基磺酸盐体系电镀纯锡[J].电镀与涂饰，2015，34（19）：1123～1127.

[2]王志登，王洺浩，王熙禹，等.亚铁离子对甲磺酸高速镀锡溶液电化学行为及其镀层的影响[J].电镀与涂饰，2015，34（20）：1139～1144.

TQ153

A

1004-7344（2016）15-0228-01

2016-5-11

向兴海（1979-），男，土家族，毕业于贵州大学化学系，从事半导体二极管、三极管、模块等配套的零部件设计、研发、工艺技术工作。