铜表面的氧化层

铜表面的氧化层
在元素周期表中，铜是一种过渡元素，具有密度高、导电性和导热性好的特点，但铜的表面在大气中容易氧化，其氧化物包括黑色氧化铜CuO(二价铜)和暗红色氧化亚铜Cu2O(一价铜)。氧化后的印制板焊盘表面一般为暗红色，因此一般认为Cu2O应该是其表面的主要氧化物。一般来说，大多数左旋铜化合物不溶于水，所以氧化亚铜对焊接有害。
室温下在铜表面形成10纳米厚的氧化层需要90天左右，氧化层会随着时间的增加而不断增厚。
铜的氧化速率在高温下会明显加快。例如，在106下，铜可以在16小时内形成10纳米的厚度。铜是电子产品行业中常用的材料，尤其是印刷电路板的导电带。一般来说，印刷电路板制造后，应及时保护引线，尤其是焊盘部分，不仅要受到各种方法的保护，而且印刷电路板应在一定时间内用完。根本原因是铜表面容易氧化，影响其可焊性。
另外，在印刷电路板加工过程中，表面的铜层会加速H2O2/H2O4、CuCl2/HC1、CrO3/H2SO4等腐蚀性介质以及湿热环境中Cu2O的形成，并可能形成铬酸盐膜(钝化膜)。这种钝化膜不易去除，一旦去除不干净，会明显影响印刷电路板的可焊性。这种现象在生产中经常发生，所以印刷电路板制造商都在印刷电路板
锡/lead表面的氧化层
锡/lead是元素周期表中的第四主族元素，也称为碳族元素。然而，由于锡/lead被安排在碳族元素的末尾，它呈现出金属元素的特征。碳族元素的价壳构型为NS2NP2，即锡为6S26p2，铅为6S26p2，可形成二价和四价化合物，因此锡/lead有钼和M02氧化物。锡在低于200的空气中被氧化，两种氧化物都存在。其中，二氧化锡是黑色的，二氧化锡是白色的，所以元件放置很长时间后引脚会是黑色的；在焊接过程中，由于焊剂的作用，有时会生成化合价为4的锡铅化合物。
与铜相比，锡氧化层的生长速度要慢得多，按照对数定律，氧化层通常呈缓慢上升趋势。新生的锡表面的氧化层一周后只有2纳米，一年后只有3纳米。在高温下，锡的氧化会明显加速。例如，Sn02在200时的生长速度是100时的两倍，在200下24小时后，涂有锡的铜线上的氧化层厚度可达30纳米。此外，它能明显促进水和蒸汽中氧化层的生长，如下表所示
时间/最小厚度/纳米
5 2
30 2.6
60 3.6
240 4.6
铅也集中在铅的表面。由于锡的活性高于铅，所以锡在合金中首先被氧化，所以合金中的氧化物主要是氧化锡。
锡铅焊料在液态下氧化迅速，尤其是在波峰焊浴中。当氧化层从熔融焊料浴中撇去时，新的氧化层立即形成。在波峰焊中，锡铅焊料被不断搅拌，这导致氧化层的出现，并且这些氧化层将形成锡炉渣。随着搅拌速度的增加，锡渣的量会明显增加。黑色氧化锡聚集在搅拌轴周围，氧化锡的量与搅拌速度的关系。
随着搅拌速度的加快，黑色氧化锡的含量明显增加。现在在波峰焊机制造领域，电磁泵已经取代了机械泵。据报道，一台使用电磁泵的波峰焊机仅通过减少一年的焊料氧化就可以节省大约10万元的焊料成本。