corrosionprotectionПрактика противокоррозионной защитыTheory and Practice of Corrosion Protection1998-57382658-6797Association "CARTEC"10.31615/j.corros.prot.2025.115.1-4corrosionprotection-162Research ArticleПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЯИсследование процесса иммерсионного оловянирования для производства печатных платStudy of Immersion Tin Plating for the Production of Printed Circuit BoardsОрловаК. А.OrlovaK. A.

Орлова Ксения Александровна, аспирант

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Kseniya A. Orlova, postgraduate

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

ksyusha-orlova-98@mail.ruГригорянН. С.GrigoryanN. S.

Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Nelya S. Grigoryan, Cand. Sci. in Chemistry, professor

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

АснисН. А.AsnisN. A.

Аснис Наум Аронович, к.т.н., ведущий научный сотрудник

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Naum A. Asnis, Cand. of Technical Sciences, Leading Researcher

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

ВаграмянТ. А.VagramyanT. A.

Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., заведующий кафедрой

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Tigran A. Vagramyan, Doctor of Technical Sciences, Head of department

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

АбрашовА. А.AbrashovA. A.

Абрашов Алексей Александрович, к.т.н., доцент

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Aleksey A. Abrashov, Cand. of Technical Sciences, associate professor

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

Российский химико-технологический университет имени Д.И. МенделееваРоссияDmitry Mendeleev University of Chemical Тесhnоlоgy of RussiaRussian Federation2025170720253013948Copyright © Орлова К.А., Григорян Н.С., Аснис Н.А., Ваграмян Т.А., Абрашов А.А., 20252025Орлова К.А., Григорян Н.С., Аснис Н.А., Ваграмян Т.А., Абрашов А.А.Orlova K.A., Grigoryan N.S., Asnis N.A., Vagramyan T.A., Abrashov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.corrosion-protection.ru/jour/article/view/162

Разработан раствор иммерсионного оловянирования для осаждения финишных оловянных покрытий на поверхность токопроводящего рисунка (далее ТПР) печатной платы (далее ПП). Финишные оловянные покрытия предназначены для защиты от коррозии ТПР печатной платы с целью обеспечения хорошей смачиваемости поверхности припоем и сохранности способности к пайке и сварке в течение длительного времени (до 6 месяцев), а финишные иммерсионные оловянные покрытия - также для обеспечения компланарности поверхности ТПР. Раствор содержит (г(мл)/л): Sn2+ – 12; CH3SO3H – 40; C3H5O(СООН)3 – 300; ПЭГ-400 – 170; CS(NH2)2 – 100; Na(H2PO2)∙H2O – 25; Ag+ – 0,025. Позволяет в две стадии (при t = 18…25 °С и τ = 1…2 мин; а затем при t = 60…70 °С; τ = 12…16 мин) осаждать оловянные покрытия с отвечающей требованиям паяемостью, которая не ухудшается после выдержки в атмосфере пара в течение 4 часов. С увеличением температуры рабочего раствора толщина оловянного покрытия возрастает, а кристаллическая структура укрупняется. Предварительное иммерсионное оловянирование в холодном растворе приводит к измельчению структуры последующего слоя, осаждаемого в горячем растворе. Добавление в раствор гипофосфита натрия повышает стабильность и ресурс раствора, а также улучшает воспроизводимость толщины и структуры покрытий. Установлено, что у легированных серебром оловянных покрытий образование вискеров не наблюдается спустя 3 месяца старения. Ресурс разработанного раствора по накапливающимся в процессе иммерсионного обмена ионам меди составляет 8 г/л, что сопоставимо с зарубежным аналогом.

An immersion tin plating solution was developed for depositing the finishing tin coatings onto the surface of the conductive pattern (hereinafter referred to as CPR) of a printed circuit board (hereinafter referred to as PCB). The finishing tin coatings are intended to protect the CPR of a printed circuit board from corrosion in order to ensure good wettability of the surface with solder and to retain the ability to solder and weld for a long time (up to 6 months), and the finishing immersion tin coatings are also intended to ensure coplanarity of the CPR surface. The solution contains (g (ml)/l): Sn2+ – 12; CH3SO3H – 40; C3H5O(СООН)3 – 300; PEG-400 – 170; CS(NH2)2 – 100; Na(H2PO2)∙H2O – 25; Ag+ – 0,025. It allows to deposit tin coatings with the required solderability in two stages (at t = 18…25 °С and τ = 1…2 min; and then at t = 60…70 °С; τ = 12…16 min) that do not deteriorate after being held in a steam atmosphere for 4 hours. As the temperature of the working solution increases, so does the thickness of the tin coating, while the crystal structure becomes larger. Preliminary immersion tinning in a cold solution leads to a refinement of the structure of the subsequent layer deposited in a hot solution. The addition of sodium hypophosphite increases the stability and service life of the solution, and improves the reproducibility of the thickness and structure of the coatings. It was found that in silver-doped tin coatings, whisker formation is not observed after 3 months of aging. The maximum operation concentration of copper ions that accumulate during the immersion exchange is 8 g/L, which is comparable to a foreign analogue.

защита от коррозии контактных площадок печатных платиммерсионное осаждениеиммерсионное оловянированиефинишное покрытие токопроводящего рисунка печатной платыметаллические покрытияиммерсионные покрытияингибитор вискерообразованияcorrosion protection of contact pads on printed circuit boardsimmersion depositionimmersion tin platingfinishing coating of the conductive pattern on printed circuit boardsmetal coatingsimmersion coatingsinhibitor of whisker formationReferencesДанилова Е.А., Нелюцков М.А., Тузова Д.Е. Исследование финишных защитных покрытий печатных плат // Инжиниринг и технологии. − 2022. − Т. 7, № 2. − С. 1-9. https://doi.10.21685/2587-7704-2022-7-2-4Danilova, Е. А., Nelyutskov, М. А. & Tuzova, D. Е. (2022). Research on finishing protective coatings for printed circuit boards. Engineering and Technology, 7(2), 1-9. https://doi.10.21685/2587-7704-2022-7-2-4 (in Russ.)Директива 2011/65 / ЕС (RoHS II) «Об ограничении использования определенных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании» (утв. Европейским парламентом и Советом 08.06.2011).Directive 2011/65/EU of the European Parliament and of the Council of 8 June 2011 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment.Зоткин В.В., Зайцев А.Г., Гаврилин Г.О., Архипов Е.А., Смирнов К.Н. Изучение процесса химического никелирования как стадии ENIG-процесса // Гальванотехника и обработка поверхности. − 2015. − Т. 23, № 1. − С. 47-50.Zotkin, V. V., Zaitsev, A. G., Gavrilin, G. O., Arkhipov, E. A. & Smirnov, K. N. (2015). Study of Electroless Nickel Plating Process as a Stage in ENIG Process. Galvanotekhnika i obrabotka poverkhnosti, 23(1), 47-50. (in Russ.)Астахов Н.В., Башкиров А.В., Макаров О.Ю., Пирогов А.А., Демихова А.С. Проблемы повышения надежности и качества радиоэлектронных средств и приборов при использовании бессвинцовых припоев // Вестник Воронежского государственного технического университета. − 2021. − Т. 17, № 2. − C. 48-53.Astahov, N. V., Bashkirov, A. V., Makarov, O. Yu., Pirogov, A. A. & Demihova, A. S. (2021). Problems of improving the reliability and quality of radio electronic products and instruments when using lead-free solders. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 17(2), 48-53. (in Russ.)Орлова К.А., Григорян Н.С., Аснис Н.А. Влияние структуры медной фольги диэлектрика на толщину иммерсионного оловянного покрытия // Материалы I Всероссийской научной конференции с международным участием. (20-23 ноября 2023 г.). − Казань, 2023. − С. 68-69.Orlova, K. A., Grigoryan, N. S. & Asnis, N. A. (2023). The influence of the structure of copper foil dielectric on the thickness of immersion tin coating. Materialy I Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem. Kazan, 68-69. (in Russ.)Бондарь А.А., Демьянов Б.Ф. Морфология фаз на границе раздела твердая медь/жидкое олово // Материалы XVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (01-05 июня 2020 г.). − Барнаул, 2020. − С. 48-50.Bondar’, A. A., Dem’yanov, B. F. (2020). Morphology of phases at the solid copper/liquid tin interface. Materialy XVII Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh. Barnaul, 48-50. (in Russ.)Бондарь А.А., Агейкова Л.Н., Демьянов Б.Ф. Рост интерметаллидов и образование переходного слоя в зоне контакта меди с жидким оловом // Ползуновский вестник. − 2019. − № 2. − C. 133-137.Bondar’, A. A., Ageykova, L. N. & Dem’yanov, B. F. (2019). Growth of intermetallic compounds and formation of a transition layer in the contact zone of copper with liquid tin. Polzunovskiy vestnik, (2), 133-137. (in Russ.)Wessling B., Rischka M., Posdorfer J. OrmeSTAR Ultra – the organic metal nanofinish // Circuit World. − 2010. − Vol. 36, № 1. − P. 1421. https://doi.10.1108/03056121011015059Wessling, B., Rischka, M. & Posdorfer, J. (2010). OrmeSTAR Ultra – the organic metal nanofinish. Circuit World, 36(1), 14-21. https://doi.10.1108/03056121011015059ГОСТ 28211-89 Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Т: Пайка. − М.: Изд-во стандартов, 1990. − 23 с.GOST 28211-89 (1990). Basic environmental testing procedures. Part 2. Tests. Test T: Soldering. Moscow: Izdatelstvo standartov. (in Russ.)Martell A.E., Smith R.M. Critical Stability Constants, Vol. 3, Other organic ligands. New York: Plenum Press, 1977. − 495 p.Martell, A. E., Smith, R.M. (1974-1989). Critical Stability Constants (Vols. 1-6). New York: Plenum Press.Котик Ф.И., Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов. Справочник. − М.: «Машиностроение», 1978. − 191 с.Kotik, F. I. (1978). Accelerated control of electrolytes, solutions and melts. Мoscow: Mashinostroenie. (in Russ.)Substitution type electroless tin-silver alloy plating solution: pat. JP 2000309876A. Japan; заявл. 23.04.1999; опубл. 07.11.2000. 12 p.JP Patent No 2000309876A.Arazna A., Koziol G., Krolikowski A., Bielinski J. The corrosion characteristics and solderability of immersion tin coatings on copper // Materials and Corrosion. − 2013. − Vol. 64, № 10. − P. 914-925. https://doi.10.1016/j.surfcoat.2007.06.004Arazna, A., Koziol, G., Krolikowski, A. & Bielinski, J. (2013). The corrosion characteristics and solderability of immersion tin coatings on copper. Materials and Corrosion, 64(10), 914-925. https://doi.10.1016/j.surfcoat.2007.06.004Брусницына Л.А. Электрохимическая металлизация печатных плат: учеб. пособие для студентов, обучающихся по программе бакалавриата направлений: 18.03.01 Химическая технология; 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии. − Екатеринбург: Изд-во ФГАОУ ВПО УрФУ, 2017. − 44 с.Brusnitsyna, L. А. (2017). Electrochemical metallization of printed circuit boards: textbook for students studying under the bachelor’s degree program in the following areas: 18.03.01 Chemical technology; 18.03.02 Energy and resource-saving processes in chemical engineering, petrochemistry and biotechnology. Ekaterinburg: Izdatelstvo FGАОU VPО UrFU. (in Russ.)Muhd Amli S.F., Mohd Salleh M.A.A., Ramli M.I.I., Abdul Aziz M.S., Yasuda H., Chaiprapa J., Nogita K. Effects of immersion silver (ImAg) and immersion tin (ImSn) surface finish on the microstructure and joint strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder // J Mater Sci: Mater Electron. − 2022. − Vol. 33. − P. 14249-14263. https://doi.10.1007/s10854-022-08353-zMuhd Amli, S. F., Mohd Salleh, M. A. A., Ramli, M. I. I., Abdul Aziz, M. S., Yasuda, H., Chaiprapa, J. & Nogita, K. (2022). Effects of immersion silver (ImAg) and immersion tin (ImSn) surface finish on the microstructure and joint strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder. J Mater Sci: Mater Electron, 33, 14249-14263. https://doi.10.1007/s10854-022-08353-zWessling B. Use of Organic Metal to enhance the operating window and solderability of immersion tin // Circuit World. − 1999. − Vol. 25, № 4. − P. 8-16. https://doi.10.1108/03056129910290733Wessling B. (1999). Use of Organic Metal to enhance the operating window and solderability of immersion tin. Circuit World, 25(4), 8-16. https://doi.10.1108/03056129910290733Медведев А.М. Финишные покрытия под пайку // Гальванотехника и обработка поверхности. − 2012. − № 4. − С. 47-57.Medvedev, A. M. (2012). Finish coatings for soldering. Galvanotekhnika i obrabotka poverkhnosti, (4), 47-57. (in Russ.)Huttunen-Saarivirta E. Observations on the uniformity of immersion tin coatings on copper // Surface and Coatings Technology. − 2002. − Vol. 160. − P. 288-294. https://doi.10.1016/S0257-8972(02)00412-7Huttunen-Saarivirta, E. (2002). Observations on the uniformity of immersion tin coatings on copper. Surface and Coatings Technology, 160, 288-294. https://doi.10.1016/S0257-8972(02)00412-7Kovac Z., Tu K.N. Immersion tin: Its chemistry, metallurgy and application in electronic packaging technology // Res. Develop. − 1984. − Vol. 28, № 6. − P. 726-734. https://doi.10.1147/RD.286.0726Kovac, Z., Tu, K. N. (1984). Immersion tin: Its chemistry, metallurgy and application in electronic packaging technology. Res. Develop, 28(6), 726-734. https://doi.10.1147/RD.286.0726Huang Y., Yang Ch., Tan X., Zhang Zh., Wang Sh., Hu J., He W., Du Zh., Du Y., Tang Y., Su X., Chen Y. Benzaldehyde derivatives on tin electroplating as corrosion resistance for fabricating copper circuit // Nanotechnology Reviews. − 2022. − Vol. 11, № 1. − P. 3125-3137. https://doi.10.1515/ntrev-2022-0497Huang, Y., Yang, Ch., Tan, X., Zhang, Zh., Wang, Sh., Hu, J., He, W., Du, Zh., Du Y., Tang, Y., Su, X. & Chen, Y. (2022). Benzaldehyde derivatives on tin electroplating as corrosion resistance for fabricating copper circuit. Nanotechnology Reviews, 11(1), 3125-3137. https://doi.10.1515/ntrev-2022-0497Orlova K.A., Grigoryan N.S., Asnis N.A., Smirnov K.N., Abrashov A.A., Vagramyan T.A., Zhirukhin D.A. Study of immersion tin plating for the production of printed circuit boards // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. − 2023. − Vol. 12, № 4. − P. 17191732. https://doi.10.17675/2305-6894-2023-12-4-17Orlova, K. A., Grigoryan, N. S., Asnis, N. A., Smirnov, K. N., Abrashov, A. A., Vagramyan, T. A. & Zhirukhin, D. A. (2023). Study of immersion tin plating for the production of printed circuit boards. International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 12(4), 17191732. https://doi.10.17675/2305-6894-2023-12-4-17 (in Russ.)Fadil N.A., Yusof S.Z., Abu Bakar T.A., Ghazali H., Mat Yajid M.A., Osman S.A., Ourdjini A. Tin Whiskers’ Behavior under Stress Load and the Mitigation Method for Immersion Tin Surface Finish // Materials. − 2021. − Vol. 14. − P. 6817-6832. https://doi.10.3390/ma14226817Fadil, N. A., Yusof, S. Z., Abu Bakar, T. A., Ghazali, H., Mat Yajid M.A., Osman ,S.A. & Ourdjini, A. (2021). Tin Whiskers’ Behavior under Stress Load and the Mitigation Method for Immersion Tin Surface Finish. Materials, 14, 6817-6832. https://doi10.3390/ma14226817Смертина Т. Иммерсионное олово как финишное покрытие // Технологии в электронной промышленности. − 2007. − № 4. − С. 16-19.Smertina, T. (2007). Immersion tin as a finishing coating. Tekhnologii v elektronnoy promyshlennosti, (4), 16-19. (in Russ.)Delhaise A.M., Bagheri Z., Meschter S., Snugovsky P., Kennedy J. Tin Whisker Growth on Electronic Assemblies Soldered with Bi-Containing, Pb-Free Alloys // Journal of Electronic Materials. − 2020. − Vol. 50, № 3. − P. 842-854. https://doi.10.1007/s11664-020-08544-6Delhaise, A. M., Bagheri, Z., Meschter, S., Snugovsky, P. & Kennedy, J. (2020). Tin Whisker Growth on Electronic Assemblies Soldered with Bi-Containing, Pb-Free Alloys. Journal of Electronic Materials, 50(3), 842-854. https://doi.10.1007/s11664-020-08544-6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.