电镀工艺纯锡高温变色主因研究报告.ppt

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1、Page1/16純錫高溫變色主因分析Page2/16背景說明變色實驗結果總結變色表面物質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告內容Page3/16背景說明為符合RoHS環保規範，各業界均需將現今含鉛製程改採無鉛製程，對連接器端子電鍍來說純錫為目前最佳也最經濟的替代方案。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℃，隨之而來的問題就是純錫在高溫時發生變色問題(黃色或藍紫色)。雖然目前並未有因變色而導致產品功能性異常的問題發生，但為確保產品品質、消除客戶疑慮，找出變色真因及改善方法實為當前重要課題，業界對變色的機制說法眾出紛紜，

2、本報告旨在找出變色主因並確認改善方向。ReflowPage4/16變色實驗結果總結綜合多次實驗結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(230~260℃)或高溫時間長短而有不同程度的變化：由銀白顏色黃色藍紫色。Sn/Pb鍍層，純錫塊在高溫時也有這種變色情形。使用亮錫變色嚴重，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(並非變黃或藍紫色)。氮氣下(含氧量<500ppm)過三次IRreflow不會變色(withoutpost-treatment)。鍍錫後再浸泡

3、後保護劑或稀酸可改善變色，但三次reflow仍會變色(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Page5/16變色表面物質分析Auger分析(ObtainedfromPBL-PTRD,substrate:stainlesssteel)Augerdepthprofile(ObtainedfromRohm-Haas)對變色樣品進行不同深度的元素分析得知鍍層元素含有C,O,Sn,或Ni(當底材為不鏽鋼時)。C來源為鍍層共沈積的有機添加劑，O為氧化反應而來，Ni為底材擴散而

4、來，因此推測造成變色的可能原因為：有機物析出表面氧化底層金屬擴散，形成Sn/Ni合金Surface:C,O,SnDepth:11Å:O,Sn,NiDepth:22Å:O,Sn,NiSn,O,CPage6/16高溫變色表面氧化底層金屬擴散有機物析出變色可能原因分析Page7/16推論機制：變色錫層表面元素分析結果發現表層含碳量較高，為錫層高溫熔化時，有機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。有機物析出為主因的矛盾點：若變色物質為有機物，則應可溶於有機溶劑，但實際使用醇類、正溴丙烷及DMSO皆無法洗去變色物質，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氣下

5、reflow皆不變色，若為有機物析出則不應如此(因為錫層仍會熔化)。於200℃長時間烘烤外觀仍會變為藍紫色，但此時錫層未熔化，沒有有機物析出的問題。下圖為對不同變色程度樣品Auger分析的結果：不同變色程度,碳含量分布並無太大變化，顯示碳含量對變色影響不大。變色可能原因分析－有機物析出C含量分布相近(ObtainedfromRohm-Haas)輕微變色嚴重變色以上分析雖無法完成排除有機物的影響，但可確定並非變色主因。Page8/16高溫變色表面氧化底層金屬擴散變色可能原因分析有機物析出Page9/16反應機制：不同金屬之交界面常因擴散而生成界面合金(Intermetallics,IM

6、C)，界面合金的生長速度與溫度、金屬特性及晶粒大小有關。銅錫合金成長速度相當快，而鎳與錫合金則較慢，IMC生長最終可至錫層耗盡。底層金屬擴散為主因的矛盾點：在固定鎳及錫電鍍條件且使用相同IRprofile時，生成鎳錫合金的速度及厚度應不會有太大差異，故鍍薄錫應該因錫鎳合金較易顯露至表面而變色，鍍厚錫則較不會變色，但實際結果卻相反(薄錫≈50minch輕微變色，厚錫≈500minch變色嚴重)。由於銅擴散速度較鎳快，故不鍍鎳應易生成較厚IMC致嚴重變色，此外鎳錫合金生長不受鎳膜厚影響，故增加鎳膜厚理應不會影響變色，但實際結果卻相反(不鍍鎳不變色，薄鎳≈20m"變色較輕微，厚鎳≈200m

7、"變色嚴重)。合金生成理應不受外層環境影響，故在氮氣下或使用後保護劑仍該因有合金生長而變色，但與實驗結果相反。若僅為合金則為何可被稀硫酸洗去，卻無法為濃硝酸蝕去。※若底材為不鏽鋼則已被證實底層鎳擴散有很大的影響(byPBL-PTRD)，而本實驗底材為銅。以上分析可得底層金屬擴散生成合金並非銅材鍍錫變色主因。變色可能原因分析－底層金屬擴散Page10/16高溫變色表面氧化底層金屬擴散變色可能原因分析有機物析出Page11/16反應機制：純錫易生成氧化錫(Sn