電鍍工藝純錫高溫變色主因研究報(bào)告PPT課件

純錫高溫變色主因分析,背景說(shuō)明變色實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)變色表面物質(zhì)分析變色可能原因分析純錫高溫變色真因高溫變色改善方法,報(bào)告內(nèi)容,背景說(shuō)明,為符合RoHS環(huán)保規(guī)範(fàn)，各業(yè)界均需將現(xiàn)今含鉛製程改採(cǎi)無(wú)鉛製程，對(duì)連接器端子電鍍來(lái)說(shuō)純錫為目前最佳也最經(jīng)濟(jì)的替代方案。但由錫鉛改為純錫後，最明顯直接的改變就是SMT溫度由225提升為240甚至260，隨之而來(lái)的問題就是純錫在高溫時(shí)發(fā)生變色問題(黃色或藍(lán)紫色)。雖然目前並未有因變色而導(dǎo)致產(chǎn)品功能性異常的問題發(fā)生，但為確保產(chǎn)品品質(zhì)、消除客戶疑慮，找出變色真因及改善方法實(shí)為當(dāng)前重要課題，業(yè)界對(duì)變色的機(jī)制說(shuō)法眾出紛紜，本報(bào)告旨在找出變色主因並確認(rèn)改善方向。,變色實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié),綜合多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯整純錫高溫變色有以下特性：在airatmosphere下,變色隨著溫度高低(230260)或高溫時(shí)間長(zhǎng)短而有不同程度的變化：由銀白顏色黃色藍(lán)紫色。Sn/Pb鍍層，純錫塊在高溫時(shí)也有這種變色情形。使用亮錫變色嚴(yán)重，而霧錫變色較輕微。使用半亮鎳為底鍍層易變色，而不鍍鎳底或使用磷鎳則不易變色，且IRreflow後亮錫外觀變暗(霧)，霧錫外觀變亮(並非變黃或藍(lán)紫色)。氮?dú)庀?含氧量500ppm)過(guò)三次IRreflow不會(huì)變色(withoutpost-treatment)。鍍錫後再浸泡後保護(hù)劑或稀酸可改善變色，但三次reflow仍會(huì)變色(withoutinertatmosphere)。變色表面可被稀硫酸(約20%)洗去。固定ASD,錫厚度,變色程度。,Temp.orTime,硫酸浸洗,變色表面,變色表面物質(zhì)分析,Auger分析(ObtainedfromPBL-PTRD,substrate:stainlesssteel),Augerdepthprofile(ObtainedfromRohm-Haas),對(duì)變色樣品進(jìn)行不同深度的元素分析得知鍍層元素含有C,O,Sn,或Ni(當(dāng)?shù)撞臑椴荤n鋼時(shí))。C來(lái)源為鍍層共沈積的有機(jī)添加劑，O為氧化反應(yīng)而來(lái)，Ni為底材擴(kuò)散而來(lái)，因此推測(cè)造成變色的可能原因?yàn)椋河袡C(jī)物析出表面氧化底層金屬擴(kuò)散，形成Sn/Ni合金,Surface:C,O,Sn,Depth:11:O,Sn,Ni,Depth:22:O,Sn,Ni,Sn,O,C,高溫變色,表面氧化,底層金屬擴(kuò)散,有機(jī)物析出,變色可能原因分析,推論機(jī)制：變色錫層表面元素分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)表層含碳量較高，為錫層高溫熔化時(shí)，有機(jī)物自金屬晶界中釋放而浮出至表面，故碳元素多在鍍層表面。有機(jī)物析出為主因的矛盾點(diǎn)：若變色物質(zhì)為有機(jī)物，則應(yīng)可溶於有機(jī)溶劑，但實(shí)際使用醇類、正溴丙烷及DMSO皆無(wú)法洗去變色物質(zhì)，僅可被稀硫酸洗去(稀硫酸不溶純錫)。不鍍鎳及磷鎳樣品或在氮?dú)庀聄eflow皆不變色，若為有機(jī)物析出則不應(yīng)如此(因?yàn)殄a層仍會(huì)熔化)。於200長(zhǎng)時(shí)間烘烤外觀仍會(huì)變?yōu)樗{(lán)紫色，但此時(shí)錫層未熔化，沒有有機(jī)物析出的問題。下圖為對(duì)不同變色程度樣品Auger分析的結(jié)果：不同變色程度,碳含量分布並無(wú)太大變化，顯示碳含量對(duì)變色影響不大。,變色可能原因分析有機(jī)物析出,C含量分布相近,(ObtainedfromRohm-Haas),輕微變色,嚴(yán)重變色,以上分析雖無(wú)法完成排除有機(jī)物的影響，但可確定並非變色主因。,高溫變色,表面氧化,底層金屬擴(kuò)散,變色可能原因分析,反應(yīng)機(jī)制：不同金屬之交界面常因擴(kuò)散而生成界面合金(Intermetallics,IMC)，界面合金的生長(zhǎng)速度與溫度、金屬特性及晶粒大小有關(guān)。銅錫合金成長(zhǎng)速度相當(dāng)快，而鎳與錫合金則較慢，IMC生長(zhǎng)最終可至錫層耗盡。底層金屬擴(kuò)散為主因的矛盾點(diǎn)：在固定鎳及錫電鍍條件且使用相同IRprofile時(shí)，生成鎳錫合金的速度及厚度應(yīng)不會(huì)有太大差異，故鍍薄錫應(yīng)該因錫鎳合金較易顯露至表面而變色，鍍厚錫則較不會(huì)變色，但實(shí)際結(jié)果卻相反(薄錫50minch輕微變色，厚錫500minch變色嚴(yán)重)。由於銅擴(kuò)散速度較鎳快，故不鍍鎳應(yīng)易生成較厚IMC致嚴(yán)重變色，此外鎳錫合金生長(zhǎng)不受鎳膜厚影響，故增加鎳膜厚理應(yīng)不會(huì)影響變色，但實(shí)際結(jié)果卻相反(不鍍鎳不變色，薄鎳20m變色較輕微，厚鎳200m變色嚴(yán)重)。合金生成理應(yīng)不受外層環(huán)境影響，故在氮?dú)庀禄蚴褂冕岜Ｗo(hù)劑仍該因有合金生長(zhǎng)而變色，但與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反。若僅為合金則為何可被稀硫酸洗去，卻無(wú)法為濃硝酸蝕去。若底材為不鏽鋼則已被證實(shí)底層鎳擴(kuò)散有很大的影響(byPBL-PTRD)，而本實(shí)驗(yàn)底材為銅。以上分析可得底層金屬擴(kuò)散生成合金並非銅材鍍錫變色主因。,變色可能原因分析底層金屬擴(kuò)散,高溫變色,表面氧化,變色可能原因分析,反應(yīng)機(jī)制：純錫易生成氧化錫(SnO,SnO2)，隨著溫度及時(shí)間增加，氧化膜持續(xù)增厚，外觀顏色加深。氧化速率與溫度、氧濃度及錫晶粒大小(晶粒愈細(xì)反應(yīng)愈快)有關(guān)，故在高溫熔融時(shí)氧化速率更是常溫的數(shù)倍。表面氧化證據(jù)：在氮?dú)庀卵醯臐舛葮O低，有效阻止氧化反應(yīng)發(fā)生，故不變色。氧化錫易溶於硫酸SnO(solid)+6H+3SO42-SnSO4(aqueous)+3H2O+2SO2(gas),因此變色表面可以稀硫酸洗掉使用後處理劑(磷酸鹽膜)或稀酸可在表面形成酸性保護(hù)膜，阻止氧與錫接觸。不同變色樣品分析可得兩者氧化程度不同(見下圖)，嚴(yán)重變色的氧化膜厚度較厚且相同厚度下(200)氧化程度較多。氧化程度(氧化錫厚度)造成顏色差異的原理,變色可能原因分析表面氧化,200,O25%,200,O3%,嚴(yán)重變色,輕微變色,Othickness1200,Othickness600,Reflow過(guò)程機(jī)制,變色可能原因分析表面氧化,錫膜厚影響：在IRreflow過(guò)程中最高氧化速率發(fā)生在錫熔融時(shí)，故若錫在其熔融態(tài)的時(shí)間愈長(zhǎng)氧化(變色)愈嚴(yán)重，進(jìn)一步可推論再結(jié)晶速率愈快氧化(變色)愈輕微，因此我們可以解釋：錫膜厚愈厚則表層錫處在熔融態(tài)的時(shí)間較薄錫長(zhǎng)，故氧化嚴(yán)重。IMC影響：此外，IMC可提供誘發(fā)晶核生長(zhǎng)的成核點(diǎn)(凹陷處)，故IMC粗糙度將影響再結(jié)晶的速率，如下圖所示。粗糙的IMC可加快再結(jié)晶速度，因此我們可以解釋：銅或磷鎳生成粗糙IMC，可有效引發(fā)錫晶核形成及熔融錫再結(jié)晶，因此減少錫在熔融態(tài)時(shí)間，故氧化輕微；MP200鎳生成平滑IMC，故氧化嚴(yán)重。最後由不變色樣品(不鍍鎳或鍍磷鎳)IRreflow後霧錫變亮、亮錫變暗(霧)，可知錫層高溫熔融後將再結(jié)晶成與原來(lái)晶粒大小不同的晶體。,錫晶核(晶種),高溫變色,表面氧化,純錫高溫變色主因,主因,最佳錫層結(jié)構(gòu)：加大錫晶粒且錫晶體排列緊密可有效減緩氧化反應(yīng)的速率，如下圖。加快再結(jié)晶速率：使用可生成粗糙IMC的底鍍層(如磷鎳)，有效加快再結(jié)晶速率，降低氧化程度。使用後保護(hù)劑：後保護(hù)劑可在表面形成酸性保護(hù)膜，加強(qiáng)表層抗氧化效果。Reflow環(huán)境：Reflow全程使用氮?dú)饪煞乐寡趸l(fā)生。,高溫變色改善方法,依現(xiàn)有條件，第1,2項(xiàng)需更改藥水系統(tǒng)；第3項(xiàng)後保護(hù)劑在三次reflow後仍會(huì)變色。,TheEndThankYou!,Tinplate,顏色變化：當(dāng)光線從氧化膜的外表面和內(nèi)表面(空氣/氧化膜與氧