Химическое лужение

Химическое лужение, или иммерсионное лужение, — осаждение тонкого слоя олова на медь и её сплавы без внешнего источника тока. Олово выделяется из раствора за счёт реакции замещения с металлом детали и поэтому ложится одинаково на всю поверхность, которой касается раствор: в узкие сквозные отверстия, углубления и полости. Метод применяют там, где важна равномерность слоя и паяемость: в приборостроении, производстве контактов и печатных плат.

Без электрического тока — слой одинаков в отверстиях и на кромках
Тонкий слой 0,8–1,2 мкм с микронной точностью
Паяемость меди сохраняется при хранении

Для чего применяют химическое лужение

Сохранение паяемости — оловянный слой защищает поверхность от окисления, и припой смачивает её даже после хранения до 12 месяцев при правильной упаковке.
Плоские контактные площадки — в отличие от горячего лужения слой не образует наплывов — это нужно для монтажа микросхем в корпусах BGA и QFN с малым шагом выводов.
Защита от коррозии — покрытие устойчиво к влаге воздуха и многим органическим веществам.
Стабильный электрический контакт — тонкий слой выравнивает переходное сопротивление в разъёмах и контактах с малым усилием прижатия.
Декоративная отделка — серебристо-белый цвет для фурнитуры и декоративных изделий из медных сплавов.

Чем химическое лужение отличается от гальванического и горячего

Три медные пластины: химическое, гальваническое и горячее лужение — Слева направо: химическое, гальваническое и горячее лужение меди

Химическое олово осаждается без тока: медь на поверхности сама вытесняет олово из раствора, и реакция идёт везде, куда достаёт раствор, — в отверстиях, каналах и под выступами. Поэтому слой одинаков по всей детали, но тонок: как только медь закрыта оловом, замещение останавливается. Такой слой хорошо паяется и защищает медь от окисления при хранении, но не рассчитан на износ и токовую нагрузку контакта. Паять деталь лучше в первые месяцы после покрытия: тонкий слой олова со временем частично переходит в соединение с медью, и паяемость снижается.

	Химическое (иммерсионное)	Гальваническое	Горячее
Как наносят	замещение меди оловом в растворе без тока	осаждение олова под током	погружение в расплав олова или припоя
Толщина слоя	0,8–1,2 мкм, автокаталитическое — до 5–10 мкм	от единиц до десятков микрометров по чертежу	неравномерная, с наплывами
Равномерность	одинаковый слой в отверстиях, полостях и на кромках	на кромках толще, в отверстиях тоньше	наплывы на кромках и в отверстиях
Где применяют	печатные платы, мелкие контакты, детали сложной формы	шины, наконечники, контакты под нагрузкой	провода, выводы, крупные детали
Подготовка	кислотная очистка и микротравление	обезжиривание, травление в кислоте, активация	флюс

Химический слой тонкий, поэтому для силовых контактов и защиты от коррозии на улице применяют гальваническое лужение — см. лужение меди и лужение металла.

Виды химического лужения

Иммерсионное лужение (Immersion Tin)

Самый распространённый промышленный вид. Атомы меди с поверхности детали уходят в раствор, а ионы олова восстанавливаются на их месте. Реакция сама прекращается, когда вся медь закрыта оловом при толщине 0,8–1,2 мкм, поэтому толщину слоя не нужно контролировать временем.

Автокаталитическое лужение

В раствор вводят сильный восстановитель, например гипофосфит натрия, и олово продолжает осаждаться после того, как медь закрыта. Так получают слой 5–10 мкм и больше. В промышленности применяется реже: рабочие растворы нестабильны.

Лужение «жидким оловом»

Упрощённые составы для лужения печатных плат при комнатной температуре в лаборатории или мастерской. Дают базовую защиту меди, но не обеспечивают толщину и чистоту слоя по требованиям IPC. Промышленное покрытие плат — на странице лужения плат жидким оловом.

Химическое лужение сплавами

Осаждение сплавов олово-свинец и олово-медь — когда нужно изменить температуру плавления покрытия или повысить его износостойкость.

Химическое лужение меди, латуни, стали и алюминия

Лужение меди

По электрохимическому ряду медь благороднее олова: +0,34 В против −0,14 В, и в обычном растворе олово на медь не осаждается. В раствор вводят тиокарбамид (тиомочевину): он связывает ионы меди в прочный комплекс и понижает её потенциал ниже потенциала олова — тогда реакция замещения идёт.

Между медью и оловом постоянно идёт диффузия с образованием интерметаллида Cu₆Sn₅. Со временем свободное олово поглощается медью, и деталь перестаёт паяться. Поэтому слой тоньше 0,8 мкм не применяют, а детали хранят в упаковке.

Металл основы	Особенность	Решение
Медь	олово не осаждается без комплексообразователя	раствор с тиокарбамидом, температура 60–75 °C
Латунь	цинк из сплава диффундирует сквозь олово, окисляется на поверхности и мешает пайке	барьерный слой гальванической меди 2–3 мкм; напрямую — только для декоративных деталей
Сталь	в растворах для меди реакция не идёт	предварительное меднение
Алюминий	оксидная плёнка препятствует осаждению	специальные составы или подготовка — см. лужение алюминия

Какие детали покрывают химическим оловом

Медные и латунные детали с тонким матовым слоем олова — Медные и латунные детали после химического лужения

Общее у этих деталей — сложная форма или требование к пайке. На печатной плате химическое олово даёт ровную площадку под мелкий шаг выводов, без наплывов, которые оставляет горячее лужение. В трубках и разъёмах раствор покрывает внутренние поверхности, куда не доходит ток гальванической ванны. Детали приходят без лака, масла и окалины: замещение идёт только на чистой меди и латуни.

Печатные платы: многослойные, под BGA-монтаж, гибкие и гибко-жёсткие
Медные трубки теплообменников сложной формы — раствор проходит по всей длине канала
Контакты и разъёмы с глубокими полостями
Декоративные изделия из меди и латуни

Оборудование для химического лужения

Процесс идёт без источников тока, поэтому качество покрытия зависит от температуры и чистоты раствора. Технология требует отдельной линии, а не одной ванны.

Оборудование	Назначение и требования
Ванны иммерсионного лужения	из термостойкого полипропилена или фторопласта, стойкие к кислоте и тиомочевине
Система нагрева	погружные кварцевые или фторопластовые нагреватели; рабочая температура 60–75 °C с точностью ±2 °C
Циркуляция и фильтрация	непрерывная фильтрация 1–5 мкм удаляет частицы, которые дают точечные дефекты покрытия
Модули подготовки	ванны микротравления и декапирования для получения чистой активной поверхности
Камера сушки	горячий воздух 70–80 °C: вода в отверстиях после сушки вызывает коррозию

Этапы химического лужения

Печатная плата с контактными площадками, покрытыми иммерсионным оловом — Печатная плата после химического лужения: олово лежит только на медных площадках, зелёная маска не затронута

1

Кислотная очистка

Мягкий кислотный состав снимает масло и отпечатки пальцев, не повреждая паяльную маску на платах.
2

Микротравление

В растворе персульфата натрия снимают 1,0–1,5 мкм металла и открывают чистую поверхность для сцепления покрытия.
3

Активация

Декапирование в слабой кислоте удаляет оксиды, появившиеся после промывки, чтобы реакция началась сразу.
4

Нанесение олова

Деталь выдерживают в нагретом растворе от 5 до 12 минут — идёт процесс замещения.
5

Промывка

Многоступенчатая отмывка, последняя ступень — горячая деионизированная вода: остатки тиомочевины вызывают коррозию.
6

Сушка и упаковка

Сушка горячим воздухом 70–80 °C, упаковка в вакуумные пакеты с силикагелем.

В растворе накапливаются частицы меди, поэтому его непрерывно фильтруют через фильтр 1–5 мкм: частица на детали даёт точечный дефект покрытия.

Стандарты на химическое лужение

Документ	Что задаёт
IPC-4554	иммерсионное олово на печатных платах: толщина не менее 0,8 мкм, пористость, методы контроля
ГОСТ 9.301-86	общие требования к покрытиям: внешний вид, отсутствие отслоений, сплошность
ГОСТ 9.306-85	обозначение покрытия в чертеже

Цена химического лужения зависит от материала, площади покрытия, формы детали и размера партии. Пришлите чертёж с требованиями к покрытию — технолог подберёт способ нанесения и рассчитает стоимость.

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт с технопарком — исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы о химическом лужении

Чем химическое лужение отличается от гальванического

Химическое идёт без тока, за счёт замещения меди оловом, и даёт одинаковый тонкий слой 0,8–1,2 мкм даже в отверстиях. Гальваническое наращивает слой под током до десятков микрометров, но толщина на кромках и в отверстиях разная.

Почему химически лужёная медь со временем перестаёт паяться

Медь и олово образуют интерметаллид Cu₆Sn₅, и свободное олово постепенно расходуется. Паяемость сохраняется около 6–12 месяцев при хранении в упаковке.

Можно ли химически лудить латунь

Для пайки — только по барьерному слою меди 2–3 мкм. Без него цинк из латуни выходит на поверхность и мешает пайке.

Можно ли химически лудить сталь

В растворах для меди реакция на стали не идёт: сталь предварительно меднят.