銅表面的氧化層

銅表面的氧化層
在元素周期表中，銅是一種過渡元素，具有密度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，但銅的表面在大氣中容易氧化，其氧化物包括黑色氧化銅CuO(二價(jià)銅)和暗紅色氧化亞銅Cu2O(一價(jià)銅)。氧化后的印制板焊盤表面一般為暗紅色，因此一般認(rèn)為Cu2O應(yīng)該是其表面的主要氧化物。一般來說，大多數(shù)左旋銅化合物不溶于水，所以氧化亞銅對(duì)焊接有害。
室溫下在銅表面形成10納米厚的氧化層需要90天左右，氧化層會(huì)隨著時(shí)間的增加而不斷增厚。
銅的氧化速率在高溫下會(huì)明顯加快。例如，在106下，銅可以在16小時(shí)內(nèi)形成10納米的厚度。銅是電子產(chǎn)品行業(yè)中常用的材料，尤其是印刷電路板的導(dǎo)電帶。一般來說，印刷電路板制造后，應(yīng)及時(shí)保護(hù)引線，尤其是焊盤部分，不僅要受到各種方法的保護(hù)，而且印刷電路板應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)用完。根本原因是銅表面容易氧化，影響其可焊性。
另外，在印刷電路板加工過程中，表面的銅層會(huì)加速H2O2/H2O4、CuCl2/HC1、CrO3/H2SO4等腐蝕性介質(zhì)以及濕熱環(huán)境中Cu2O的形成，并可能形成鉻酸鹽膜(鈍化膜)。這種鈍化膜不易去除，一旦去除不干凈，會(huì)明顯影響印刷電路板的可焊性。這種現(xiàn)象在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，所以印刷電路板制造商都在印刷電路板
錫/lead表面的氧化層
錫/lead是元素周期表中的第四主族元素，也稱為碳族元素。然而，由于錫/lead被安排在碳族元素的末尾，它呈現(xiàn)出金屬元素的特征。碳族元素的價(jià)殼構(gòu)型為NS2NP2，即錫為6S26p2，鉛為6S26p2，可形成二價(jià)和四價(jià)化合物，因此錫/lead有鉬和M02氧化物。錫在低于200的空氣中被氧化，兩種氧化物都存在。其中，二氧化錫是黑色的，二氧化錫是白色的，所以元件放置很長(zhǎng)時(shí)間后引腳會(huì)是黑色的；在焊接過程中，由于焊劑的作用，有時(shí)會(huì)生成化合價(jià)為4的錫鉛化合物。
與銅相比，錫氧化層的生長(zhǎng)速度要慢得多，按照對(duì)數(shù)定律，氧化層通常呈緩慢上升趨勢(shì)。新生的錫表面的氧化層一周后只有2納米，一年后只有3納米。在高溫下，錫的氧化會(huì)明顯加速。例如，Sn02在200時(shí)的生長(zhǎng)速度是100時(shí)的兩倍，在200下24小時(shí)后，涂有錫的銅線上的氧化層厚度可達(dá)30納米。此外，它能明顯促進(jìn)水和蒸汽中氧化層的生長(zhǎng)，如下表所示
時(shí)間/最小厚度/納米
5 2
30 2.6
60 3.6
240 4.6
鉛也集中在鉛的表面。由于錫的活性高于鉛，所以錫在合金中首先被氧化，所以合金中的氧化物主要是氧化錫。
錫鉛焊料在液態(tài)下氧化迅速，尤其是在波峰焊浴中。當(dāng)氧化層從熔融焊料浴中撇去時(shí)，新的氧化層立即形成。在波峰焊中，錫鉛焊料被不斷攪拌，這導(dǎo)致氧化層的出現(xiàn)，并且這些氧化層將形成錫爐渣。隨著攪拌速度的增加，錫渣的量會(huì)明顯增加。黑色氧化錫聚集在攪拌軸周圍，氧化錫的量與攪拌速度的關(guān)系。
隨著攪拌速度的加快，黑色氧化錫的含量明顯增加?，F(xiàn)在在波峰焊機(jī)制造領(lǐng)域，電磁泵已經(jīng)取代了機(jī)械泵。據(jù)報(bào)道，一臺(tái)使用電磁泵的波峰焊機(jī)僅通過減少一年的焊料氧化就可以節(jié)省大約10萬元的焊料成本。