无金属锡焊料电镀技能请求，对于无金属锡焊料电镀层和电解液，除了不允许运用含金属锡物质以外比照难于完成的是请求与以往一向运用的Sn-Pb电镀层有同样的名贵特性。详细请求的功能，如下所述：(1)环境安全性——不允许有像金属锡Pb等有害人体健康和污染环境的物质；(2)分出安稳性——取得均匀的外外表和均匀的合金份额；(3)焊料潮湿性——当进行耐热试验和高温、高湿试验后，焊料的潮湿性仅允许有很小程度的劣化；（4）按捺金属须晶发作；(5)焊接强度粘着性——同焊料资料之间接合可靠性；（6）柔韧性——不发作开裂；（7）不污染流焊槽；（8）低本钱；(9)杰出的可工作性——主要是指电解简单办理；(10)长时刻可靠性——即使是长时刻运用电解液，也能确保电镀层安稳；(11)排水处理——不加特别的螯合剂(Chelate)，可运用中和凝集沉淀处理办法铲除重金属。
在挑选无金属锡焊料电镀技能时，应当综合剖析权衡上述许多要素，选Sn-Pb电镀功能的无金属锡焊料电镀技能，挑选Sn-Cu（合金焊料）电解液的因素作为无金属锡焊料电镀技能，现已研讨许多种，比如，试图以Sn-Zn、Sn-Bi、Sb-Ag和Sn-Cu电镀替代一向运用的Sn-Pb电镀。可是，这些无金属锡电镀技能也是各有短、长，并非完美无瑕。例如，Sn电镀的长处是低本钱，确有电子元器选用电镀金属锡的力办法，由所以单一金属金属锡，当然不存在电镀合金比率的办理疑问。可是，Sn电镀的缺陷杰出，如像发作金属须晶(Whisker)并且焊料潮湿性随时刻推移发作劣化。Sn-Zn电镀的长处于在本钱和熔点低，美中不足是大气中焊接艰难，必须在氮气中完成焊接。Sn-Bi电镀的优势是熔点低并且焊料潮湿性优异，其下风也不胜枚举：由于Bi是脆性金属，富含Bi的Sn-Bi镀层简单发作裂纹，并且拼装后的器材引线和电路板焊接界面剥（Liftoff），更费事的是电解液中的Bi3+离子在Sn-Bi合金阳极或电镀层上置换堆积。Sn-Ag电镀的长处是接合强度以及耐热疲惫特性都非常好，缺陷是本钱高，也存在Sn-Ag阳极和Sn-Ag镀层上呈现Ag置换堆积景象。
上述的无金属锡电镀技能都有优异的特性，一起也存在许多有待进一步研讨的课题，实用化为时尚早。为此，日本上村工业公司以为Sn-Cu电镀**有期望替代Sn-Pb电镀，能够开展成实用化技能，所以决议开发Sn-Cu电解液。对于Sn-Cu电镀层特性，它除了熔点稍稍偏高(Sn-Cu共晶温度227℃)以外，潮湿性杰出。本钱低，对流焊槽无污染，并且可按捺金属须晶生成。
Sn-Cu合金焊料的开发Sn/Sn2+的规范电极电位是-0．136Vvs．SHE(25℃)，可是Cu/Cu2+是+0．33V，两者之间的电位差比照大，在—般的单纯盐类电解液里，金属锡Cu很简单优先分出。并且，当用可溶性Sn阳极或许Sn-Cu合金阳极的时分，由于电解液中的Cu2+离子和阳极的Sn之间置换反响发作分出沉表1规范电解液和工作条件(取得sn-lwt%Cu镀层的状况积。因而，把电解液中的Sn2+和Cu2+的分出电位搞得相挨近，需求有按捺金属锡Cu优分出的络合剂。通过研讨各式各样的络合剂，**终总算找到Sn-Cu电解液配方，它能使Sn和Cu构成合金并可按捺在金属锡Cu阳极上的置换堆积。在这种电解液的根底出上，开宣布镀层特性优异的Sn-Cu合金电解液“Soft Alloy GTC”，将在下文详细介绍。
Soft Alloy GTC的特色
(1)电解液构成及工作条件
对于Soft Alloy GTC的规范电解液构成和工作条件，详见表1所示。Soft Alloy GTC产品系列对应由滚筒式电镀直到高速电镀的宽阴极电流密度规模运用，一起，用户可依据用处挑选电解液，例如，对于耐药性方面有疑问的电子元器材可选用中性的电解液。 (2)杰出镀层外观 对于Sn-Cu电镀层的外表形状当扩大1000倍时调查各种电解液构成的镀层（包含滚筒式电镀、支架式电镀和高速电镀电解液构成的镀层），均都致密且呈现半光泽状。
(3)分出比率
电镀层的分出比率、可作出定量剖析。详细作法是运用SUS作为基底进行电镀，把其电镀层溶解到1：1硝酸溶液中，通过原子吸收光；谱剖析将取得定量剖析成果。例如，在支架电镀的电解液里金属比率和镀层里金属锡Cu富含率之间的联系如图1所示。在电解液里Cu的富含率添加的状况下，镀层里的金属锡Cu富含率也简直成正比地增长，依据这种近似的线性联系很简单办理合金份额；电解液中Cu的富含率与1wt%时的阴极电流密度和镀层中Cu富含率的联系如图2所示，从中不难看出除了在低电流密度时镀层中的Cu富含率偏高—些以外，基本上与电流密度无关，比照安稳。也就是说，电流密度超越2A／cm2以后，基本上镀层中的含Cu率不再受阴极电流密度摆布。
(4)对于电镀层的熔点
对于Sn-Cu电镀层的熔点测验办法如下，取10mg的Sn-Cu镀层，在活动氮气流速为50mL／分的环境下，将温度由室温开端，锡泥回收以10℃份的升温速度加温到300C，丈量其熔点。测验成果，以差示扫描热量剖析曲线表示，详见图4所示。对三种样品实测成果，它们的熔融峰值温度都处于Sn-Cu合金的共晶温度227℃邻近；即使是电镀层样品中的Cu富含率有区别，可是，熔融峰值温度简直是一样的。
(5)焊料潮湿性优异
有比照才能有辨别，为了证明Sn-Cu焊料镀层的潮湿性是不是优异，选用Meniscograph办法构成的Zero CrossTime对各种焊料镀层断评比。详细作法是以Soft Alloy GTC-20电解液用支架式电镀办法制造出多种焊料镀层样品，通过高温高湿处理(温度：60℃相对湿度：95％，处理时刻：168小时）后，进行潮湿性评比。详细的Menis-cograph测验条件如表2所示。测验样品的制造进程如下：在金属锡根底资料上先电镀一层Ni，再在其外表上电镀所要测验的Sn-Cu镀层。用作比照的镀层样品是Sn和Sn-Pb镀尾测验条件完全一样。
评比测验的成果，如图4所示。测验样品和比照用样品，当它们在高温高湿处理之前，各个焊料镀层的潮湿性简直是一样的。可是，通过高温高湿处理之后，运用Zero Cross Time进行比照，成果显现在图4里，一目了然。
评比成果，除Sn-3．5wt％Cu镀层的潮湿性比Sn-Pb镀层表2Meniscograph测验条件有所劣化以外，其它含金属锡率不同的Sn-Cu焊料镀层的潮湿性劣化程度很小，可谓Sn-Cu焊料镀层潮湿性优异。
(6)按捺金属须晶
在金属锡质的封装引线框架上别离电镀有含Cu为1、2和4wt%的Sn-Cu镀层，并将它们置入50℃的恒温槽中寄存3个月。作为比照的样品，它是在引线框架上电镀有Sn镀层，也上搂按上述条件寄存3个月。事后调查各个电镀层发现，作为比照样品的Sn镀层上有显着的针状金属须晶呈现，可是种含Cu率的Sn-Cu镀层上却无针状金属须晶。
(7)加工性杰出
IC封装引线上的焊料镀层，必须具有柔韧性。由于，引线需求曲折加工成形，若引线上的焊料镀层缺乏柔韧性，曲折加工时致使镀层出裂纹并在裂纹处发作基底氧化，从而降低焊接可靠性。为此，曾在0．5mm厚金属锡板上和42Alloy板上电镀10μm厚的Sn-1wt%cu镀层，按照JIS标准H8504进行曲折试验，成果杰出。在金属锡板和42Alloy板上的镀层，并未发作裂纹，证明加工性杰出。
(8)不污染流焊槽
一般，电子元器材焊接都是采取运用焊料槽的流焊焊接法，焊接进程中由打印电路板上有Cu溶入并且镀层中的成份也溶入到流焊槽内，构成污染。对于有Cu溶入焊料槽内的疑问，如像Sn-Pb焊料槽内有Cu也联系不大，由于已有铲除Cu的实用技能。可是，Cu以外的异种金属混入焊料糟时，也许致使流焊特性劣化。为此，日本上村工业公司曾进行过专门研讨，该公司开发的Sn-Cu电镀技能和现有的无金属锡焊料(如像Sn-0．7Cu、Sn-3.5Ag-0．75Cu和Sn-2．5Ag-0．7Cu-1Bi)技能相容，不会对流焊槽形成污染。
(9)在阳极上无金属锡堆积
金属锡Sn阳极之类的可溶性阳极，一般是设置在电解槽里。当它浸渍在电解液中的状况下，连不通电流时不呈现金属置换堆积景象，坚持电解液中的金属浓度不变是**主要的。可是，以往的电镀工艺中，简直不能确保这样一点。此次日本上村工业公司公布的运用Soft Alloy GTC电解液的Sn-Cu电镀技能，却能确保在阳极无Cu置换堆积景象，并且通过比照试验取得证明。该比照试验状况如下：试验用阳极是Sn阳极，作为比照试验用电解液别离是Sn-1wt%Cu、Sn-3．5wt%Ag和Sn-5wt％Bi(均是强酸性电解液)，试验用样品电解液是Soft AlloyGTC-20型So-Cu电解液，试验时把Sn阳极投入各个电解液中呈浸渍状况并在常温下放置24小时。比照试验成果表明，浸渍在Sn-1wt%Cu、Sn-3．5wt％Ag和Sn-Swt%Bi电解液中的各Sn阳极，锡渣回收其外表别离都有Cu、Ag和Bi金属堆积，各电解液中的金属浓度都发作变化；可是，浸渍在Soft Alloy GTC-20型Sn-Cu电解液中的Sn阳极上却无Cu堆积，电解液中的金属浓度坚持不变。这是Soft AlloyGTC-20电解液的独特特色。
(10)工作性杰出且本钱低价
在强酸性的Sn-Cu、Sn-Ag和Sn-Si电解液里，运用可溶性阳极时在其外表上会置换堆积出Cu或Ag或许Bi金属。因而，这些电解液中的金属比率的平衡遭到损坏,电镀层的合金比率办理很艰难，与此一起还必须保护电镀用阳极，如像铲除阳极上置换出来的金属等都是很费事的工作。若用不溶性Pt/Ti板等不溶性阳极时,需求弥补药液费等致使生产本钱大增。这正是无金属锡焊料电镀比以往的Sn-Pb焊料电镀在工作性和生产本钱方面添加负担的因素。
日本上村工业公司开发的Soft Alloy GTC-20型sn-Cu电解液,消除了以往无金属锡焊料电镀术的难题；这种Sn-Cu电镀技能，的确具有电镀工作性杰出和本钱低价的长处。
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