电镀知识讲座讲解

电镀技术概论 内容介绍 表面处理介绍 电镀基本反应及装置 电镀流程介绍 贵金属电镀方式介绍 测试分析与故障原因分析 表面处理 表面处理的对象非常广泛 从传统工业到现在的高科技工业 从以前的金属表面到现在的塑料 非金属的表面 它使材料 更耐腐蚀 更耐磨耗 更耐热 它使材料之寿延长 此外改 善材料表面之特性 光泽美观等提高产品之附加价值 所有 这些改变材料表面之物理 机械及化学性质之加工技术统称 为表面处理 surfacetreatment 或称为表面加工 surface finishing 金属表面处理 金属经初步加工成型后需修饰金属表面 美化金属表面 更 进一步改变金属表面的机械性质及物理化学性质等之各种操 作过程 称之为金属表面处理 或称之金属表面加工 metal surfacefinishing 表面处理的目的 表面处理的目的可以分四大类 1 美观 appearance 为了提高制品之附加价值 赋 予制品表面美观 例如装饰性电镀 decorativeplating Au 2 防护 protection 为了延长制品的寿命 再制品表 面披覆 coating 耐腐蚀之材料 例如保护性电镀 Ni 3 特殊表面性质 specialsurfaceproperties 1 提高制品之导电性 electricalconductivity 例如电镀 Ag Cu 2 提高焊接性 soderability 在通讯急电子工业应用 例如 Sn 合金电镀 3 提高光线之反射性 lightreflectivity 例如宇宙飞船 人 造卫星的外壳需反射光线 Ag 及 Rh 的镀层被应用上 4 减小接触阻抗 contactresistance 例如在电子组件之 Au 及 Pd 电镀 4 机械或工程性质 mechanicalorengineering properties 1 提高制品之强度 strength 2 增加硬度 hardness 及耐磨性 wearresistance 3 提高制品之耐热性及耐候性 电镀的目的与定义 电镀之定义 电镀 electroplating 被定义为一种电沈积过程 electro depositionprocess 是利用电极 electrode 通过电流 使金属附着于物体表面上 其目的是在改变物体表面之特性 或尺寸 电镀之目的 电镀的目的是在基材上镀上金属镀层 deposit 改变基材 表面性质或尺寸 例如赋予金属光泽美观 物品的防锈 防 止磨耗 提高导电度 润滑性 强度 耐热性 耐候性 基本反应 BasicReaction 电镀是利用适当的电位能外加电流于一电化学电池 以在阴 极析出所欲得的产物 金属离子由电镀液提供或来自消耗性阳极被施加之电位能还 原并沉积于阴极 以铜为例 阴极反应 Cu 2 2e Cu2H 2e H 2 阳极反应 Cu Cu 2 2e 4OH 2H 2 O O 2 4e 阴极 阳极 电镀液 外部电源 电镀基本装置 BasicsetupforElectroplating 电镀的基本装置是一化学电池由阴极 阳极 电源供应器及 电镀液所组成 阴极 放置基板或欲电镀物 随工件之种类可区分为 连续带状电镀 以移动带状物为阴极 大量小型工件电镀 置 于滚筒 以及大型工件 工件挂置于阴极 阳极 消耗性阳极 由欲镀到基板上的镀层金属制成 此阳极会在 电镀过程中溶解 以提供电镀所需之金属离子 如镍饼 锡球 非消耗性阳极 此种阳极只是单纯作为电的通路并不会溶解 其电镀所需的金属离子是由电镀液提供 如白金钛网 电镀液 提供电镀时电的通路 金属离子及添加剂以控制电镀层性质 电镀液于电镀操作时一般藉机械搅拌或气泡搅拌 电源供应器 可提供直流电或脉冲电镀 电化学反应 Mainreaction 阴极 M n ne M 阳极 M M n ne Sidereaction 阴极 2H 2 O 2OH H 2 阳极 M n nOH M OH n 电镀流程 前处理制程 超音波脱脂 阴极电解脱脂 阳极电解脱脂 酸处理 电镀制程 镀铜 镀镍 镀钯镍 镀金 镀锡 后处理制程 封孔 润滑 热水 吹风 干燥 机台流程 超音波脱脂 电解脱脂 酸活化 镀钯镍制程 镀镍制程 镀铜制程 镀金制程 镀锡制程 后处理制程 水洗 水洗 水洗 水洗 水洗 水洗 水洗 水洗 前处理目的 前处理的目的是为了得到良好的镀层 由于镀件在制造 加 工搬运 保存期间会有油酯 氧化物锈皮 氢氧化物 灰尘 等污物附着于镀件表面上 若不去除这些污物而进行电镀将 得不到良好的镀层 镀件质量 前处理占很重要的地位 前处理 超音波脱脂 利用高频率超音波传入液体时 所产生之无数细微气泡在瞬 间爆破及再生 冲击附着在清洗物上之油渍 这些肉眼看不 见的气泡 可侵入对象的细孔 凹凸或其他隐蔽处 达到全 面清洗的效果 前处理 阴 阳电解脱脂 阴极电解脱脂 利用水的电解反应中在阴极表面所产生之氢气将油脂带 离对象表面 阳极电解脱脂 利用水的电解反应中在阳极表面所产生之氧气将油脂带 离对象表面 同时可将表面上之金属杂质在表面解离 提高 镀件表面的纯度 电解脱脂法的比较 项目 阴极电解脱脂 阳极电解脱脂 特征 脱脂力较大 金属表面不起钝化 不会侵蚀底材 可活化钝态的皮膜 处理时间短 界面活性剂等添加剂 分解少 槽液寿命长 不生成黑迹 不发生脆化 复杂的物品 皆可均等的脱脂 由于生成氧化皮膜 可保护金 属表面 缺点 发生氢气脆化 碱性脆化 由 于电流密度的变化 脱脂程度 有差别 浴外溶解的金属 不纯物有附 着的情况 表面生成钝态膜电解液的寿命 短 脱脂效力较阴极法差 前处理 酸处理 将素材表面上之无机物 如氧化膜 锈垢或杂质金属去除 使素材在进入电镀浴前其表面保持新鲜 以获取更佳之附着 力 电镀制程 电镀铜 电镀镍 电镀钯镍 电镀金 电镀锡 电镀铜 电镀铜的目的 铜镀层具有良好均匀性 致密性 附着性及抛旋光性等所以 可做其他电镀金属之底镀镀层 镀浴组成 碱性镀浴 氰化亚铜 氰化钠 优点 镀层细致 均一性良好 可直接镀在钢铁上 缺点 毒性强 废液处理麻烦 电流密度小 生产效率低 电流效率低 电镀镍 电镀镍的目的 保护底材 防腐蚀 耐磨 镀浴组成 胺基磺酸镍 半光泽 镀浴 优点 耐腐蚀 低内应力 内应力 雾镍 半光泽镍 光泽镍 电镀效率 雾镍 半光泽镍 光泽镍 耐候性 雾镍 半光泽镍 光泽镍 规格 厚度依客户要求 一般为 50 inch 电镀钯镍 电镀钯镍的功能 高质量产品的表面处理 镀浴组成 钯镍合金 胺钯 Pd Ni 80 20 优点 疏孔性小 耐氧化 较佳差拔力 可取代厚金电镀降 低成本 电镀方式 浸镀 刷镀 电镀金 电镀金的功能 一般连接器端子接触位置常用此金属 镀浴组成 金钴合金 硬金 金纯度 99 7 以上 优点 延展性佳 导电度高 稳定性好 不易氧化 具美观性 电镀方式 浸镀 刷镀 喷镀 电镀锡 电镀锡功能 电器及电子工业 因锡容易焊接 导电 性良好 广泛应用在电器及电子需要焊接的零件上 因应欧洲 RoHS 的规定 铅为管制物质 因此电镀锡 由原来的锡铅合金电镀改为无铅电镀 锡层耐高温工艺 纯锡的导入 而锡的熔点为 232 故焊锡温度提高 一般为 260 5 从而导致在焊接时锡层发生重溶和 变色 因电镀层在沉积过程中有机添加剂共同沉积 高温后发生碳化变色 鉴于上述原因导入高温镍和后处理皮膜保护 高温镍 在镍液中加入一微量元素 改变镍层结构 防止铜原子高温后透过镍层扩散到表层及该微量元素 高温后会与锡层反应 改变表层结构从而防止锡层发 生溶化 皮膜保护剂 在锡表层包覆一层有机层 隔绝锡层与 外界空气接触而产生氧化现象 后处理 1 封孔处理 以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面 增加其耐候性 可 降低镀层表面的疏孔性 2 润滑制程 以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面 以降低表面上之摩 擦力 提升其耐摩程度 3 热水洗 洗净残留镀液 提高镀件温度 以利烘干 4 吹风 把水滴从镀件吹干 只残留少许水份 5 干燥 利用 IR 或热风机 将镀件上水份完全烘干 贵金属的电镀方式 刷镀 使用不溶性阳极 阳极表面附有吸附材料 这些吸 附材料浸在电解液中 在完全浸润的状态下 将阳 极与阴极 镀件 相接触 电沉积便产生了 这种 电镀方式称为刷镀 根据产品功能性要求 一般只 电镀接触点面部分 缩小电镀面积 提高电镀效率并 降低电镀成本 喷镀 使用不溶性阳极 用控制电解液与待镀工件接触部 位的工具 如刻孔皮带 使工件通过时电解液只 沿规定方向与工件接触 在接触部位生成镀层的方 法 镀金区域为中间有一定范围者且无法使用刷镀者 浸镀 将阴极全部或部分浸在电解液中以得到镀层的方式 称 为浸镀 目前市场上最普遍使用之电镀方式 一般用于薄金 产 品 但此种电镀成本比较大 较浪费 点镀 采用定位轮将产品固定于定位槽中 对于需要电镀部 分开孔 药水从孔中喷射只须电镀之部位 从而产生金层沉 积的方式 一般只电镀产品功能点 对于一些质量或精度要 求高的产品比较适合 是目前最省金的电镀方法 但只能电 镀平面产品且设备成本较高 刷镀 刷镀使用的时机 端子设计接触为平面 单一 且 只需小面积镀金者 端子设计为凸点者 接触点 半 圆 曲线 镀金工站 A 刷镀 刷镀五角罩头 机架 料带附加电路板 压带轮 气囊 刷镀用羊毛毡 药 水 进 水 口 药 水 进 水 口 阳 极 导 线 子槽 流量控制阀 喷镀 喷镀使用时机 镀金区域为中间有一定区域 且无法使用刷镀者 浸镀 浸镀使用时机 圆柱形端子且需全面镀金者 立体性端子且无法使用其它 电镀方式者 弧度较大 不管平面或立体 整支 PIN 均需镀金者 端子正反面皆需镀金者 点镀 接触点镀金 焊接点镀金 点镀使用时机 减少点镀金面积 降低成本 部分精密端子功 能性需要如防止 爬锡 点镀设备 一般检查项目 外观 APPEARANCE 一般有发黑 发白 发雾 划伤 发红 氧化异色 烧焦 变形等 主要检测方法 目视 放大镜检测 显微镜检测 投影仪检测 结合力試验 ADHESION 结合力是指镀层与 基体金属 或中间层 的结合强度 即单位表面积 的镀层从基体 或中间层 剥离所需要得力 主要检测方法 弯曲试验法 锉刀试验法 划痕实 验法 百格试验 胶带试验法 热震试验法 焊锡性试验 SOLDERBILITY 焊锡性时表示焊 锡在欲焊金属表面流动的难易程度即镀层表面被熔融 焊料润湿的能力 试验方法 流布面积法 湿润时间法 蒸汽考验法 常用试验仪器 焊锡炉 检验用 焊锡天平 分析 用 膜厚量测 THICKNESSMEASUREMENT 电镀 层厚度是衡量镀层质量的重要指标 它很大程度上 影响着产品的可靠性和使用寿命 目前最常用的检测仪器 x ray 信赖度试验 RELIABILITYTEST 硝酸蒸气试验 GOLDPOROSITYTEST EIA364 60Procedure1 1 1 蒸气老化试验 STEAMAGINGTEST J STD 002 沾锡性试验 SOLDERBILITYTEST J STD 002 盐水喷雾试验 SALTSPRAYTEST MIL STD 202F101D 常见异常状况 镀膜附着力不好 peeling 露铜 exposedbasismetal 针孔 pinhole pore 镀层烧焦 burntdeposit 膜厚不足 thicknessnotenough 沾锡不良 de wetting non wetting 不良可能发生的原因 改善对策 1 前处理不良 油脂 氧化物 异物尚未除去 加强前处理或降低生产速度 2 导电不良 重新调整导电 3 槽液光泽剂过量或有机杂质 污染 活性炭碳过滤处理 4 中间层钝化 提高产速或增加活化工艺 5 电流过大 降低电流或提高产速 一 镀膜附着力不好 镀层与基体金属或中间 镀层结合强度不够 二 露铜 可清楚看见铜色 不良可能发生的原因 改善对策 1 前处理不良 油脂 氧化物 异物尚未除去 镀层无法析岀 加强前处理或降低生产速度 2