一种用于磁芯电感电镀的镀锡液及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是镀锡液的制备领域，C25D3/32，尤其涉及一种用于磁芯电感电镀的镀锡液及其制备方法。

背景技术

电感是一种重要的电子元器件，在各种电子电路中具有广泛的用途，为实现各种电子功能带来了便捷。磁芯是由一些磁导率比空气高的材料组成，其可把磁场更紧密地约束在电感器件周围，增大电感。磁芯电感具有重要的储能、滤波、震荡作用，在电感组件贴片安装后需要将电感组件在将其与线路通过波峰焊结合成一体后使用。为了提高电感组件的可焊性，常须对其进行电镀处理。镀锡层作为最外层镀层，起到保护内层镀层不被氧化的作用，同时替身组件的优良焊接性能。

专利CN105648483公开了一种高速镀锡溶液及其制备方法，通过三种晶粒细化剂的组合，使晶粒控制在3～8μm内，严格限制了锡须的生长，在不同电流密度内均能产生均匀的镀层，同时使用低泡表面活性剂在减少镀层杂质的同时避免了消泡剂的使用，保证了镀层的抗变色性能，但该镀锡液成分复杂，还包括溶剂、抗氧化剂等组分。专利CN110306213提出了一种太阳能电池用镀锡液及其制备方法，该镀锡液包括：甲基磺酸、甲基磺酸亚锡、促进剂、稳定剂和水，棕榈酰基蛋氨酸和炔类化合物组成的促进剂和还原糖类化合物和柠檬酸钠组成的稳定剂协同作用，提高镀锡液的稳定性镀层和基体间的结合力，最终镀层平整、均匀、致密，符合太阳能光伏组件的要求。但该镀锡液制备过程复杂，需要在搅拌均匀、循环过滤2-5次后，低电流电解处理2-4小时，所需时间长。因此，研究一款稳定性好、制备过程简单的用于磁芯电感电镀的镀锡液具有重要意义，该镀锡液还具备镀层外观均匀、致密，耐蒸汽腐蚀、杂质少、可焊性优异的特性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种用于磁芯电感电镀的镀锡液：包括：

(1)至少一种羟基羧酸盐；

(2)至少两种多元羧酸；

(3)至少一种亚锡离子源；

(4)至少一种盐类物质，所述盐类物质的阴离子和亚锡离子源的阴离子相同；

(5)至少一种C10-C14烷基化合物；

其中：羟基羧酸盐与多元羧酸的羧酸根离子不同，且羟基羧酸盐的羟基个数大于等于多元羧酸的羟基个数。

甲基磺酸亚锡镀液中通过加入羟基羧酸盐、多元羧酸，可以使镀液内亚锡离子的含量达到5-15g/L，从而实现高速电镀；但是研发人员在研发过程中发现，如果羟基羧酸盐、多元羧酸的选择不合理，则会导致羧酸根大量的与镀液中的氢结合降低电镀效率，因此研发人员倾向用其他类的物质替换掉羟基羧酸盐或多元羧酸。但是会带来镀液稳定性差的问题，例如电镀过程中，连续镀不超过40天便出现浑浊，严重影响了镀液的使用寿命。

由于环保的发展趋势，本研发人员致力于用食品级材料或者环保型材料来实现优秀镀锡的同时，减少对人体危害，对环境污染少，且员工操作无需严格防护；本研发人员发现，当羟基羧酸盐与多元羧酸的羧酸根离子不同；且羟基羧酸盐的羟基个数大于等于多元羧酸的羟基个数时，结合本申请的盐类物质，C10-C14烷基化合物相互协同，使得镀液的pH稳定在3-5；保证了电镀过程中电流的稳定性，而且电镀过程中磁芯电感不会出现“烧焦”的情况；而且所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠，则所述多元羧酸为柠檬酸、酒石酸时，无需加入抗氧化剂，镀锡液在电镀过程中，连续镀65天以上，没有浑浊。

所述羟基羧酸盐选自葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠、苹果酸钠中的至少一种；

所述多元羧酸选自葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的至少两种；

在一种优选的实施方式中，所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠，则所述第一多元羧酸为葡萄糖酸，第二多元羧酸为柠檬酸；或者所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠，则所述第一多元羧酸为酒石酸，第二多元羧酸为葡萄糖酸；或者所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠，则所述第一多元羧酸为酒石酸，第二多元羧酸为柠檬酸；

在一种优选的实施方式中，所述羟基羧酸盐为酒石酸钠，则所述多元羧酸为柠檬酸、苹果酸；

所述亚锡离子源为甲基磺酸亚锡；

所述盐类物质为甲基磺酸钠和/或甲基磺酸钾；

所述C10-C14烷基化合物选自十二烷基三甲基铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十烷基三甲基氯化铵、三甲基十四烷基铵、十四烷基氯化铵中的至少一种；优选的，所述C10-C14烷基化合物为C10-C14烷基苄基化合物；更优选的，C10-C14烷基苄基化合物为十二烷基二甲基苄基氯化铵；

通过在镀液中加入C10-C14烷基化合物，C10-C14烷基化合物在电极表面的凹凸不平处进行选择性吸附，从而促进锡均匀沉积；但是如果羟基羧酸盐、多元羧酸的选择不合理，会导致镀层抗氧化性差，耐水蒸气能力差；原因是羟基羧酸盐、多元羧酸影响了C10-C14烷基化合物的选择性吸附；本研发人员研究发现，当多元羧酸为柠檬酸、酒石酸时，镀层耐水蒸气能力得到提升；特别是C10-C14烷基化合物为C10-C14烷基苄基化合物，在22-30℃的电镀温度下，镀层耐水蒸气16小时不变色，抗氧化能力强，镀锡层外表白亮；推测是C10-C14烷基苄基化合物的链头被吸附在电极表面上，链尾游离于电极表面，合适的电镀温度使得链头官能团在吸附中所占比例增大，从而选择作用更明显，晶粒更细；温度升高后，热运动提高了羟基羧酸盐、多元羧酸对C10-C14烷基化合物的选择性吸附的影响，同时C10-C14烷基苄基化合物自身的选择性也降低。

优选的，所述羟基羧酸盐质量浓度为50-100g/L；

优选的，所述多元羧酸质量浓度为9-18g/L；

优选的，所述第一多元羧酸和第二多元羧酸的质量浓度比为0.6-1.3：1；

优选的，所述亚锡离子源质量浓度为5-15g/L；

优选的，所述盐类物质质量浓度为30-100g/L；更优选为30-50g/L；

优选的，所述C10-C14烷基化合物质量浓度为1-5g/L。

所述镀锡液的pH为3-5。

所述镀锡液的电镀条件为：温度22-30℃，电流1～100A，优选为8～30A，时间60-100min。

在镀层的过程中，本研发人员不仅致力于镀液的稳定性、材料的环保性以及镀层的抗氧化性等研究，而且由于磁芯电感的特殊性，须使得镀锡后的产品不易生长晶须，避免造成短路；本体系选择C10-C14烷基苄基化合物，在盐类物质、羧酸化合物等作用下，在镍镀层上进行镀锡，仅有极少的Sn-Ni金属间化合物生成，特别是C10-C14烷基苄基化合物为十二烷基二甲基苄基氯化铵时，湿热存储达到330天，镀锡层表面未出现微凸，明显延长了晶须的孕育期，产品保质期更长。本体系属于低泡型环保镀锡液，便于产品镀后清洗。

本发明第二方面提供了一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将羟基羧酸盐、盐类物质、多元羧酸加入去离子水中，搅拌溶解；

(2)加入亚锡离子源继续搅拌均匀；

(3)加入C10-C14烷基化合物，即得。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)所使用的材料大都是食品级材料或者环保型材料，对人体危害性低，对环境污染少，员工操作无需严格防护；

(2)本体系镀锡液镀层外表白亮，焊锡性能优越；

(3)本体系属于低泡型环保镀锡液，便于产品镀后清洗，产品保质期更长。

附图说明

图1：实施例3所得镀件EDS图；

图2：实施例1所得镀件镀层的SEM图；

图3：实施例2所得镀件镀层的SEM图；

图4：实施例3所得镀件镀层的SEM图。

具体实施方式

实施例1：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液，包括：

(1)质量浓度为100g/L的羟基羧酸盐；

(2)质量浓度为18g/L的两种多元羧酸；

(3)质量浓度为15g/L的一种亚锡离子源；

(4)质量浓度为50g/L的一种盐类物质；

(5)质量浓度为5g/L的一种C10-C14烷基化合物；

所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠；

所述俩种多元羧酸为酒石酸、柠檬酸，质量浓度比为1：1；

所述亚锡离子源为甲基磺酸亚锡；

所述盐类物质为甲基磺酸钠；

所述C10-C14烷基化合物为十二烷基二甲基苄基氯化铵(CAS号：8001-54-5)；

所述镀锡液的电镀条件为：温度25℃，电流为15A，时间80min。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将羟基羧酸盐、盐类物质、多元羧酸加入去离子水中，搅拌溶解；

(2)加入亚锡离子源继续搅拌均匀；

(3)加入C10-C14烷基化合物，即得。

实施例2：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液，包括：

(1)质量浓度为50g/L的羟基羧酸盐；

(2)质量浓度为9g/L的两种多元羧酸；

(3)质量浓度为5g/L的一种亚锡离子源；

(4)质量浓度为30g/L的一种盐类物质；

(5)质量浓度为1g/L的一种C10-C14烷基化合物；

所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠；

所述俩种多元羧酸为酒石酸、柠檬酸，质量浓度比为1：1；

所述亚锡离子源为甲基磺酸亚锡；

所述盐类物质为甲基磺酸钠；

所述C10-C14烷基化合物为十二烷基二甲基苄基氯化铵；

所述镀锡液的电镀条件为：温度25℃，电流为15A，时间80min。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将羟基羧酸盐、盐类物质、多元羧酸加入去离子水中，搅拌溶解；

(2)加入亚锡离子源继续搅拌均匀；

(3)加入C10-C14烷基化合物，即得。

实施例3：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液，包括：

(1)质量浓度为75g/L的羟基羧酸盐；

(2)质量浓度为13.5g/L的两种多元羧酸；

(3)质量浓度为10g/L的一种亚锡离子源；

(4)质量浓度为45g/L的一种盐类物质；

(5)质量浓度为3g/L的一种C10-C14烷基化合物；

所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠；

所述俩种多元羧酸为酒石酸、柠檬酸，质量浓度比为1：1；

所述亚锡离子源为甲基磺酸亚锡；

所述盐类物质为甲基磺酸钠；

所述C10-C14烷基化合物为十二烷基二甲基苄基氯化铵；

所述镀锡液的电镀条件为：温度25℃，电流为15A，时间80min。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将羟基羧酸盐、盐类物质、多元羧酸加入去离子水中，搅拌溶解；

(2)加入亚锡离子源继续搅拌均匀；

(3)加入C10-C14烷基化合物，即得。

对比例1：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液

与实施例3的不同之处在于，酒石酸替换为葡萄糖酸，

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，同实施例3。

对比例2：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液

与实施例3的不同之处在于，柠檬酸替换为葡萄糖酸。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，同实施例3。

对比例3：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液

与实施例3的不同之处在于，电镀温度为45℃。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，同实施例3。

对比例4：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液

与实施例3的不同之处在于，C10-C14烷基化合物为十二烷基三甲基氯化铵(CAS号：112-00-5)。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，同实施例3。

对比例5：一种用于磁芯电感电镀的镀锡液

与实施例3的不同之处在于，C10-C14烷基化合物为十二烷基苯磺酸钠(CAS号：25155-30-0)。

一种用于磁芯电感电镀的镀锡液的制备方法，同实施例3。

性能测试：

1、EDS检测：实施例3所得镀件EDS检测显示Sn的含量为91.93％，纯度高，Ni、Fe的杂质含量少(图1)。

2、镀层微观结构：通过SEM观察镀层结晶是否细密、均匀。

实施例1所得镀件镀层细密、均匀(图2)；实施例2所得镀层细密、均匀(图3)；实施例3所得镀层细密、均匀(图4)；对比例1、2、5所得镀层细密、均匀；对比例3、4所得镀层粗糙。

3、镀液稳定性：在电镀过程中，观察镀锡液在65天是否产生浑浊。

实施例1-3所得镀件65天未浑浊；对比例1-3所得镀件65天后浑浊；对比例4、5所得镀件65天未浑浊。

4、水蒸汽测试：将实施例和对比例所得镀件置于水蒸汽环境中，观察记录16小时后镀层是否发生变化。

实施例1-3所得镀件的镀层未发生变化；对比例1-5所得镀件的镀层发生变色。

5、湿热存储时间：将实施例和对比例所得镀件置于55℃，85％RH的条件下330天，通过SEM观察镀层。

实施例1-3所得镀件的镀锡层表面未出现微凸或晶须；对比例1-5所得镀件的镀锡层表面出现微凸或晶须。