连续电镀工艺和常见问题分析

Agenda電度基本概念常用素材介紹電度流程簡介各工段藥水特性1234電鍍基本概念導電杆陽極袋陽極陽極泥加熱管空氣氣泡空氣攪拌工件(陰極)鍍液陽極氧氣氣泡氫氣氣泡1一般在電鍍之前，最好先對底材進行了解，有助於後續電鍍加工。如材質特性、素材結構及表面狀況等。以下就純銅、常用銅合金以及不鏽鋼加以說明。ConnectorPlating2產能：(Kpcs/min)=產速(m/min)/端子間距(mm)電鍍時間：(min)=子槽總長(m)/產速(m/min)電流密度：ASD(A/dm2)=電流(A)/被鍍面積(dm2)厚度單位：1μm=39.37μ”(一般視為40)理論膜厚：Z=2.448*C*T*M/(N*D)由法拉第定律推導而來，公式可簡化如下Z：理論膜厚(μ”)，C：電流密度(ASD)，T：電鍍時間(min)，M：原子量(g/mole)，N：電荷數(個)，D：密度(g/cm3)鎳:Z=8.07CT、金:Z=24.98CT、鈀:Z=10.85CT酸銅:Z=24.98CT、鹼銅Z=17.48CT銀:Z=24.98CT、80/20鈀鎳=10.85CT、錫:Z=19.91CT電鍍效率(%)：實際平均膜厚/理論平均膜厚=理論電流值/實際電流值金屬消耗量(g)=0.000254AZDD：金屬密度(g/cm3)，A：電鍍面積(dm2)，Z：電鍍厚度(μ“)常用計算3流程超音波熱脫電解脫脂活化前處理後處理水性、油性封孔劑/錫、銀防變色劑電鍍視需求進行鍍銅-打底用，增進電鍍層附著能力及抗蝕能力。鍍鎳-打底用，增進抗蝕能力。鍍金-改善導電降低阻抗，增進訊號傳輸。鍍鈀鎳-改善導電降低阻抗，增進訊號傳輸，耐磨性比金佳。鍍錫-增進焊接能力。鍍銀-改善導電降低阻抗，增進導熱性、焊接能力，易於拋光。4目的：針對被鍍物表面進行清潔，透過研磨、蝕刻、應力消除、脫脂、脫氧化物及活化等方式進行。前處理工程序針對製品進行適當調整，前處理好壞對於後續製品電鍍品質及加工性上，佔有重要地位。前處理超音波熱脫電解脫脂活化前處理後處理電鍍5方法優點缺點溶劑脫脂法脫脂速度快、不會腐蝕素材對人體有害、易燃、價錢高乳化脫脂法脫脂速度快、不會腐蝕素材廢水處理困難、價錢高、對人體有害鹼性脫脂法對人體較無害、便宜、使用方便易起泡、需加熱電解脫脂法陰極對人體較無害、使用方便、效果好易起泡、易氫脆陽極對人體較無害、便宜、適用方便、效果好易起泡、易傷到素材(腐蝕)1.皂化：將油脂皂化後去除。2.乳化：將油脂乳化成細小的顆粒後去除。3.滲透：皂化、乳化皆是由表面除去，而滲透作用能滲入油脂中，使其鬆散和減小與金屬的附著力。4.分散：表面油脂除去後，將油脂由表面脫離帶至溶液中的分散作用。5.機械的剝離：利用機械的力由表面將油脂脫離。超音波洗淨最好。脫脂的作用前處理6預鍍鎳目前預鍍鎳工站已廣泛應用於不鏽鋼素材電鍍上，由於不銹鋼是由鐵、鎳、鉻等成分組成，表面容易生成一層薄而透明且附著牢固的鈍化膜，此膜除去後又會在新鮮表面迅速形成。因此在不銹鋼進行電鍍之前，除一般除油和浸蝕外，通常還需要進行活化預處理，活化處理是保證電鍍層有足夠附著力的重要步驟。以下就不鏽鋼型號進行差異比較:後處理前處理電鍍7預鍍鎳因不鏽鋼特性與銅及其合金不同，故以下再針對不鏽鋼之前處理及鍍鎳工藝進行說明因不鏽鋼須使用強酸或是較高電壓處理，注意工作浴的雜質管控，避免影響穩定性與附著。衝擊鎳工站須特別注意周邊設備溶入污染問題，將造成鍍層外觀影響。並請持續進行過濾。衝擊鎳後之水洗須加強，不得帶入其他工站，否則因其強酸性質將導致下一工站異常，最常發生為外觀不良；但也需注意時間性問題。8電鍍-鍍鎳目的：鍍鎳層結晶細小、易拋光、防腐性良好，多用於打底用。鎳系列的簡介：半光澤鎳或稱軟鎳，添加第一類光澤劑(柔軟或應力消除劑)，使其應力下降，外觀也由白霧漸變為半光澤平滑狀。適用於電鍍後需再做二次加工如彎折、衝擊等。高溫鎳或稱含磷鎳，在半光澤鎳藥水中，加磷化合物添加劑。幫助錫或金鍍層在高溫環境下延緩氧化變色。全光澤鎳或稱鏡面鎳，添加第一與第二類光澤劑，隨第二類光澤劑增加，外觀也由半光澤平滑狀變成全光澤鏡面狀。適用於鍍金區要求低摩擦係數或美觀時使用。後處理前處理電鍍9電鍍-鎳槽各成份作用1.氨基磺酸鎳（NickelSulfamate，Ni(SO3NH2)2‧4H2O）：提供鎳離子來源，市售氨基磺酸鎳大部分為65%深綠色水溶液，比重約1.54，鎳含量約180g/l。鎳浴比重建議控制在32~36Be´，可以保持電鍍效率接近100%，且可維持pH值不易變化，減少調整pH值的頻率。2.氯化鎳（NickelChloride，NiCl2‧6H2O）：可增加鍍浴導電性、鍍層均一性及幫助陽極溶解。濃度較高時鍍層應力較大，須經常分析，並維持在適當範圍。市售氯化鎳多半為六個結晶水之淺綠色固狀物，所以含鎳量約在24.7%。若是做低應力之電鍍，一般建議不要添加氯化鎳，或者少量添加，最好不要超過20g/l。可以搭配活性鎳陽極來使用，以確保陽極的有效解離。3.硼酸（BoricAcid，B(OH)3）：其主要功能是穩定鎳浴之pH值。鎳浴建議含量控制在35-45g/l。過多的硼酸會自然結晶出來。4.添加劑：內含應力消除劑，故鍍層應力低，為半光澤且柔軟。不足時，高電流燒焦，過量時低電流區偏暗、漏鍍。5.抗高溫劑:增加焊性，可抗高溫。不足時，錫層高溫變色；過量時錫層高溫時流錫。6.濕潤劑（介面活性劑）：改善針孔，不足時HCD易產生針孔，過量則造成有機污染，若是有表面張力測定儀，可以從藥水表面張力來決定是否需要添加濕潤劑，一般鎳浴的表面張力可以控制在30~35dyn/cm。7.pH值：光澤鎳及半光澤鎳應保持在4.0~4.5之間，高溫鎳需在2.0~3.5之間，當需要降低pH值時請用氨基磺酸，提高時請用碳酸鎳調整且碳酸鎳勿直接加入鍍浴，應以濾袋包裹放置過濾機中溶解。8.溫度：建議保持鍍浴溫度於50～60℃，超過60℃會造成水份大量蒸發損失，且磺氨酸會水解成硫酸根，以及鍍層易脆。10電鍍-鍍鎳故障排除11金槽由於黃金鍍層的電鍍接觸阻抗比較低且穩定，因此被用來當作訊號導通材料。不同純度及硬度其應用上有所不同，詳細比較如下:12後處理前處理電鍍1.金屬鹽：藥水中的黃金離子來源。目前幾乎全是使用PGC氰化亞金鉀（PotassiumGoldCynide）。太低效率差，色澤不佳，太高帶效率及色澤好，但帶出量大成本增加。2.導電鹽：增加藥水的導電度。通常為鉀、鈉、銨之鹽類，導電鹽可以含有一種以上的鹽類，必須為可溶性與鍍浴中其他成分相容而不產生沉澱。含量太低導電會不良，含量太高容易產生結晶物，或藥水黏度上升而導致效率下降。3.緩衝鹽：保持藥水於一定的pH值，一般約在3.5~4.8之間。可含一種以上的有機酸或無機酸。緩衝鹽的量一般不高，pH值小於3以下氰化亞金鉀會沉澱，pH值太高則容易粗糙或燒焦，而且硬化劑難以共析。4.光澤劑：有助於使沉積的結晶變細，增加沉積的光澤及硬度。例如中低電流區的光澤劑為鈷。偏低時中低電流光澤劑不足時，鍍層會偏紅、硬度變軟、容易長紅斑，濃度過高時鍍層偏白，硬度變高。5.電流密度：一般最常操作的範圍約在0.1~30ASD，但是如果攪拌情況良好（如刷鍍、噴鍍），而且使用低漣波率（1%以下）整流器，平均電流密度是可以開到50ASD。電流密度過大會產生粗糙現象，甚至燒焦。6.操作溫度：最佳操作溫度是在50～60℃，隨著溫度下降，效率明顯降低。7.pH值：一般pH值控制在3.8～4.8之間。如果希望鍍層色澤較黃，可以控制在3.8～4.0之間，但是效率會比較差，多半建議在薄金槽，或是沒有效率壓力下使用。如果希望效率高一點，可以控制在4.6～4.8之間，絕對不可以超過5.0來操作，因為鍍層應力會大增，所以多半建議在厚金槽使用。8.比重：建議控制在12～18Be´，比重過高操作時（約20Be´以上），藥水黏度會增加，反而會影響電鍍效率。若比重過低操作時（約10Be´以下），藥水導電度變差。過去的經驗告訴我們，刷鍍金藥水（厚金）長時間操作下來，比重會一直上升，原因是產速比較慢、藥水帶出少、添加金PGC量大，加上電鍍後pH值的上升，為降pH值須一直添加酸鹽，所以比重會節節上升。要改善的方法很簡單，先將藥水加熱濃縮（讓水蒸發部分）後，再將藥水冷卻到0～5℃時，會有很多結晶物產生（鹽類析出），將藥水抽出分離即可電鍍-金槽各成份作用13電鍍-金槽故障排除14錫槽目前電子業鍍錫合金目的，絕大部分的用途就是做焊材使用。鍍層焊材上有純金、銀、鈀合金可以使用，但是基於成本的考慮，絕大多數都會使用純錫或錫合金。但須留意微小間距焊腳有“錫鬚”的風險，可改鍍純金或其他可焊金屬。目前連接器產業鍍錫工藝主要可分為亮錫及霧錫,其差異性如下:15後處理前處理電鍍S-1016Plus廣泛應用於連續線電鍍領域，特點為有機雜質含量極低，操作溫度範圍廣闊，鍍層表面晶狀排列均一，且有良好的光澤性及優良的焊接純錫鍍層，並符合電子工業所有可應用的規格，如下：(1)MIL-STD-202GMETHOD208H焊錫性試驗。(2)MIL-STD-883EMETHOD2003.7焊錫性試驗。錫槽-S-1016+亮錫16S-1016Plus產品組成、各成份作用1.烷基磺酸錫：提供電鍍純錫所需的錫離子2.烷基磺酸：增加鍍浴導電性、促進陽極溶解4.S-1016PlusBTR-E拓展剂：增加高電流區光澤、提高電流操作範圍及效率3.S-1016PlusSTR濕潤劑：增加鍍層均一性、防止鍍層產生針孔、粗糙5.S-1016PlusBTR-H光澤劑：增加鍍層光澤，從哈氏片來看，尤其是中低電流區光澤6.S-1016PlusAO抗氧化劑：抑制鍍浴中二價錫氧化成四價錫及添加劑的氧化錫槽-S-1016+亮錫17錫槽-S-1016+亮錫18錫槽-S-1016+亮錫19鍍層物性-端子外觀,OK原樣，焊錫OK高溫260℃,3min錫槽-S-1016+亮錫20鍍層物性-端子蒸汽4H,外觀蒸汽8H,外觀蒸汽12H,外觀極輕微發黃微黃較黃錫槽-S-1016+亮錫21鍍層物性-端子蒸汽4H,直接焊錫蒸汽8H,直接焊錫蒸汽12H,直接焊錫焊錫OK焊錫OK可焊上錫，但較不平整錫槽-S-1016+亮錫22鍍層物性-端子鹽霧24H鹽霧48HOk,無腐蝕局部腐蝕錫槽-S-1016+亮錫23產品總結一.S-1128Plus純亮錫鍍層：1.外觀：銀白色光亮、均一鍍層；2.物性：A.焊錫能力：佳，完全焊錫且平整、飽滿；B.蒸汽老化測試：蒸汽8H微黃，直接焊錫OK；C.中性鹽霧測試：可過鹽霧24H，無腐蝕；D.高溫老化測試：搭配高溫鎳，260℃、3min，無變紫；3.表面分析：A.晶格：細緻、均一排列；B.含碳量：低，為2.78%；錫槽-S-1016+亮錫24錫槽-RR霧錫25純度：99.99%Sn。密度：7.29g/cm3色澤：白色。晶格：2~5μm。焊錫能力：佳。外觀-白色晶格錫離子：50~60g/L烷基磺酸：120~160ml/LRR添加量：20~50ml/L溫度：40~45℃電流密度：5~40ASD(需視電鍍設備而定)。電鍍沉積速率：錫槽-RR霧錫26錫離子：50g/L烷基磺酸：140ml/LRR添加量：40ml/L溫度：45℃RR新建鍍浴-黃色澄清哈氏片標片:5A/1min@磁石攪拌27錫槽-RR霧錫ACID烷基磺酸錫：金屬離子來源，含量低，哈氏片高區燒焦範圍大，錫離子含量高，低區會有不勻漏鍍。含量控制在50-60g/L左右較好。可用滴定分析。TIN烷基磺酸：導電游離酸，含量越高，改善低區不勻且導電度提高。但游離酸含量越高，陽極解離速度快，錫離子濃度上升加快也不利電鍍，含量控制在：120-160ml/L較好。可用滴定分析。RR添加劑：RR添加劑含量高低，均有弧狀分層、發黑，且含量越高分層越明顯。RR含量在20-50ml/L較好。可用安培小時控管，1000AH添加300~500ml。溫度：溫度提高，交換效率提高，可改