专利名称：电镀锡铋合金镀液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电镀锡铋合金镀液及其制备方法。
锡是发现较早并且应用较广泛的金属之一。作为焊接性锡镀层存在着易产生晶须和低温时向灰锡转变的缺点，这是由于它具有α和β两种同素异形体，13.2℃以上稳定存在的是β型，称为白锡，较柔软；13.2℃以下稳定存在的是α型，称为灰锡。锡在略低于熔点温度时变脆，因β型锡的密度比α型大，在低于13.2℃时，β型锡向α型锡转变时体积变大，产生的应力使其碎裂为粉末。但这种转变非常缓慢，只有在-40℃以下时才显著。这种变化由一点开始迅速蔓延，最后导致整块锡碎裂称为“锡疫”，当锡中加入铋、镍、锑时可抑制这种变化。
由于电子技术的迅速发展，对分立元件的焊接要求越来越高，因此对镀层的焊接性能提出了更高要求。另外由于纯锡熔点较高(232℃)，焊接时对基体的热损伤也较严重，且抗氧化性也不如其合金好，所以现在广泛应用锡基合金作为焊接性镀层；如组成为含锡60％、铅40％的Sn-Pb合金，其熔点为183℃，现正广泛应用。但是由于镀层中含铅，所以无论在电镀操作过程还是产品在使用后，都会对环境造成污染。随着人们环保意识的增强，越来越要求取代有毒的Sn-Pb合金镀层。Ag-Sn合金和Au-Sn合金也可以作为焊接性镀层但由于成本较高，应用不广。
Sn-Bi合金由于其可焊性较好，且熔点更低(低于160℃)，因此逐渐引起了人们的重视。虽然铋的价格略高于铅，但由于Sn-Bi合金的可焊性较好，一方面可以保持合金较好的焊接性能，另一方面在Sn-Pb镀层中引入铋后可以取代铅的使用，所以降低铅的使用量或取代现有的含铅镀层将会成为电镀焊接性镀层的发展趋势。
镀锡与锡合金体系有硫酸型、焦磷酸盐型、甲基磺酸盐型和锡酸盐型等。无论是硫酸体系，氟硼酸体系，还是甲基磺酸盐型体系，它们存在的一个共同问题是Sn2+的氧化和水解在水溶液中Sn2+离子易被氧化为Sn4+，Sn4+在pH＞0.5时水解并吸附Sn2+形成一种黄色胶体，从而导致镀液的不稳定，使镀液不能正常工作。
本发明提供的技术方案是电镀锡铋合金镀液，其基本组成为SnSO4或SnCl230～60克/升合金镀液、络合剂400～600毫升/升合金镀液、稳定剂80～120毫升/升合金镀液、光亮剂10～20毫升/升合金镀液、铋盐0.25～5克/升合金镀液。其中，络合剂的基本组成为柠檬酸三钠120～180克/升水溶液、乙二胺四乙酸二钠30～60克/升水溶液、硼酸30～45克/升水溶液、氯化铵50～100克/升水溶液。其制备方法为，将硼酸溶于热水中，然后冷却到室温后溶入柠檬酸三钠、乙二胺四乙酸二钠、氯化铵即得电镀锡铋合金络合剂。稳定剂的基本组成为聚乙二醇2～8克/升水溶液、维生素C 2～6克/升水溶液、次亚磷酸钠10～30克/升水溶液。其制备方法为，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C；将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却到室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素的溶液中即得所需电镀锡铋合金稳定剂。光亮剂的基本组成为A、B和甲醛；其中A用下法得到将120～200克平平加[聚氧乙烯脂肪醇醚(R-O-(CH2CH2O)10-20-CH2CH2OH)]和0.5～4克尿素在反应器中加热至平平加熔化、尿素溶解；在搅拌下逐渐加入10～50克氨磺酸(NH2SO3H)粉末；随着反应的进行，物料逐渐变稠成为膏状，0.5～1小时后即开始变黄并产生泡沫；随后保温1.5～2小时，在60～80℃之间用氢氧化钠中和，中和结束后调pH＝8-9，可得到近乎白色粘稠状物；将所得粘稠状物与苄叉丙酮置于一容器中，加热至苄叉丙酮在其中溶解；然后与溶解于热水和乙醇中的苯甲酸钠混合均匀得到A；B用下法得到将120～200毫升的33％二甲胺溶液与10～20克咪唑加入到反应器中，当反应物温度达到55～65℃时，缓慢加入环氧氯丙烷，然后搅拌1～2小时，停止搅拌，冷却到室温，放出反应物，加蒸馏水230～250毫升，得到淡黄色粘稠状物B；将A、B和浓度为36-38％的甲醛按1.5～3∶1.5～3∶1的体积比混合均匀即得所需电镀锡铋合金光亮剂。
上述电镀锡铋合金镀液的制备方法，将30～60克SnSO4或SnCl2在搅拌下加入pH值为0.5～1的水中；再将所得溶液在搅拌下加入到400～600毫升的络合剂中，静置后加入活性碳处理，然后加入80～120毫升稳定剂，在搅拌下加入0.25～5克铋盐，调节pH值到4～5，在搅拌下加入10～20毫升光亮剂，然后加水到1000毫升，混合均匀即得所需电镀锡铋合金镀液。
本发明所得电镀锡铋合金镀液，由于其内含有络合剂、稳定剂和光亮剂，不仅可避免Sn2+的氧化和水解，而且可根据需要得到半光亮或全光亮的锡铋合金镀层。
实施例2电镀锡铋合金镀液，其基本组成为SnCl245克/升合金镀液、络合剂600毫升/升合金镀液、稳定剂80毫升/升合金镀液、光亮剂15毫升/升合金镀液、铋盐5克/升合金镀液。
实施例3电镀锡铋合金镀液，其基本组成为SnSO460克/升合金镀液、络合剂500毫升/升合金镀液、稳定剂100毫升/升合金镀液、光亮剂20毫升/升合金镀液、铋盐2克/升合金镀液。
其中稳定剂、络合剂和光亮剂可按前述方法得到。
上述电镀锡铋合金镀液的制备方法，取蒸馏水并用硫酸调节pH值到0.5～1，然后将硫酸亚锡在搅拌下加入。将上述溶液在搅拌下加入到络合剂中，静置二十分钟加入活性炭过滤处理。然后在溶液中加入稳定剂；在搅拌下加入铋盐溶液；用硫酸或氢氧化钠调节pH值到4.5左右；在搅拌下加入光亮剂，然后加水到1000毫升，混合均匀即得所需电镀锡铋合金镀液。
权利要求
1.一种电镀锡铋合金镀液，其基本组成为SnSO4或SnCl230～60克/升合金镀液、络合剂400～600毫升/升合金镀液、稳定剂80～120毫升/升合金镀液、光亮剂10～20毫升/升合金镀液、铋盐0.25～5克/升合金镀液。
2.权利要求1所述电镀锡铋合金镀液的制备方法，将30～60克SnSO4或SnCl2在搅拌下加入pH为0.5～1的水中；再将所得溶液在搅拌下加入到400～600毫升的络合剂中，静置后加入活性碳处理，然后加入80～120毫升稳定剂，在搅拌下加入0.25～5克铋盐，调节pH值到4～5，在搅拌下加入10～20毫升光亮剂，然后加水到1000毫升，混合均匀即得所需电镀锡铋合金镀液。
全文摘要
电镀锡铋合金镀液,其基本组成为:SnSO
文档编号C25D3/60GK1380445SQ0211545
公开日2002年11月20日 申请日期2002年1月23日 优先权日2002年1月23日
发明者冯祥明, 李卫东, 左正忠, 杨江成, 张海燕 申请人:武汉大学