电镀技术资料大全(一)

电镀技术资料大全(一)内容摘要：

会起作用。 若在空气中有湿气和二氧化碳时，铜表面会生成绿色碱性碳酸铜（俗称铜绿） （ Brass）：黄铜是铜和锌的合金，一般锌含量在 30~40%之间，黄铜的颜色随锌含量的增加从暗红色。 红黄色，淡橙黄色渐渐变为黄色。 其机械性质优良，制造和加工都很容易，价格又便宜，所以多半用来做端子材料。 但其耐腐蚀性较差，故须镀一层铜或镀一定厚度以上的镍，作为打底（ Underplating）防腐蚀用，若在黄铜中加少量的锡时，会增加其耐蚀性，特别对海水。 （ phos— bronze）：磷青铜为铜，锡，磷的 合金。 一般锡含量在 4~11%之间，磷含量在~ 之间，在青铜中加磷是为了除去内部的氧化物，而改良其弹性及耐蚀性，磷青铜的耐蚀性远比黄铜优良，但价格较贵。 通常皆用在母端或弹片接点，有时在磷青铜中加其他金属更增大其耐蚀性，可不必镀镍打底，而直接镀锡铅合金，如加镍为 CA725。 表（ 1） 金属名称 银 无氧铜 韧炼铜 脱氧铜 黄金 铬 铝 锌 密度（ g/cm3） 导电率 % 金属名称 钴 铁 钯 白金 锡 镍 铅 钛 密度（ g/cm3） 导电率 % 表（ 2） 磷青铜名称 CA5100 CA5110 CA5190 CA5210 CA5240 CA1100 韧炼铜 锡含量 % ~ ~ ~ ~ ~ 0 密度（ g/cm3） 导电率 % 25 27 20 18 11 100 黄铜名称 CA2100 CA2200 CA2260 CA2300 CA2400 CA2600 CA2700 CA2800 锌含量 % 5 10 15 20 30 35 40 密度（ g/cm3） 导电率 % 58 46 40 37 34 29 28 27 电镀前处 理：在实施电镀作业前一般都要将镀件表面清除干净，方可得到密着性良好的镀层。 现就一般的镀件表面结构作剖析（如图一）：通常在铜合金冲压（ stamping）加工，搬运，储存期间，表面会附着一些尘埃，污垢，油脂，及生成氧化物等，而我们可以在素材表面这些污物予以分层说明处理方法（如表三） 图一 （ Degreasing）：一般脱脂方法有溶剂脱脂，碱剂脱脂，电解脱脂，乳剂脱脂，机械脱脂（端子电镀业通常不用 ）。 在进行脱脂前必须先了解油脂种类及特性，方可有效的除去油脂，油脂一般分为植物性油脂，动物性油脂，矿物性油脂，合成油，混合油等（如表四）； 金属表面油脂的脱除效用是由数种作用兼备而成的，如皂化作用，乳化作用，渗透作用，分散作用，剥离作用等。 且脱脂时，除视何种脱脂剂外，象素材对碱的耐蚀程度（如黄铜在 PH 值 11 以上就会被侵蚀），端子的形状（如死角，低电流密度区），油脂分布不均，油脂凝固等，都会影响脱脂效果，须特别注意。 所以脱脂的方法的选择相当重要。 以端子业来说，一般所使用的油脂为矿物油，合成油，混合油，不 可能用动植物油。 以下就对溶剂脱脂法，乳化脱脂法，碱剂脱脂法，电解脱脂法做比较说明。 表三 层数 类别 处理方法 目的 第一层 污物 水，碱热脱脂剂 第一层至第三层处理完全后，基本上密着性已经很好 第二层 油脂 碱剂脱脂法，电解脱脂剂，溶剂等 第三层 氧化层 稀硫酸，稀盐酸，活化剂等 第四层 加工层 化学抛光，电解抛光 在处理表面加工纹路，毛边，较厚氧化膜 第五层 扩散层 表四 类别 性质 处理方法 植物性油脂 可被碱性脱脂剂皂化 碱性脱脂剂，电解脱脂剂，有机溶剂，乳化剂（冷脱） 动物性油脂 矿物性油脂 无法被碱性脱脂剂皂化，必须借乳化，渗透，分散作用 有机溶剂，乳化剂。 合成油 有机溶剂，乳化剂，电解脱脂剂，碱性脱脂剂，选择并用。 混合油 表五 方法 优点 缺点 使用药剂 溶剂脱脂法 脱脂速度快，不会腐蚀素材 对人体有害，易燃，价钱高。 石油系溶剂，氯化碳氢系列溶剂，如去渍油，三氯乙烷 乳剂脱 脂法 脱脂速度快，不会腐蚀素材 废水处理困难，价钱高，对人体有害 非离子界面活性剂，溶剂，水混合。 碱性脱脂法 对人体较无害，便宜，使用方便 易起泡沫，需加热，只能当作预备脱脂 氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，磷酸三钠等，界面活性剂 电解脱脂法 对人体较无害，使用方便，效果好 易起泡沫，需搭配预备脱脂，易氢 氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，矽酸钠等，界面活性剂 （ Activation）：脱脂完全后的金属表面，仍然残存有很薄的氧化膜，钝态膜，会阻碍电镀层的密着性，故必须使用一些活化酸将金属表面活化，防止电镀层产生 剥离（ Peeling），起泡（ Blister）等密着不良现象。 一般铜合金所使用的活化酸为硫酸，盐酸，硝酸，磷酸等混合酸，其中也有加一些抑制剂。 （ polishing）：由于端子在机械加工过程中，使金属表面产生加工纹路或毛边，电镀后会影响外观及功能，一般在客户要求下，都必须进行抛光作业，另外象素材氧化膜较厚，活性化作业无法处理（如热处理后）时，都必须依赖抛光作业，而端子的抛光，一般仅限于使用化学抛光法及电解抛光法，而上述两种方法都使用酸液，为达到细致抛光，在酸的浓度及种类就相当重要。 通常使用稀酸，细部 抛光效果较佳，但是费时。 使用浓酸，处理速度快，但易伤素材而且对人体有害。 故不管使用何种方式，搅拌效果要好，才可以得到较均匀的抛光表面。 一般铜合金底材抛光的药水，强酸如硝酸，盐酸较佳，弱酸如磷酸，草酸，铬酸较佳，市售专利配方不外乎强酸搭配弱酸使用。 使用电解抛光可以大大提升抛光速度，及产生较平滑细致的表面，目前连续电镀几乎都采用此方法。 甚至最新使用的活化抛光液，可以在后续镀半光泽镍，一样可以得到全光泽镍效果，又可以得到低内应力的镀层，快速搅拌对抛光极为重要。 （注意） 三 .水洗工程：一般电镀业，常专注在电镀技术研 究，和电镀药水的开发，却往往忽略了水洗的重要性。 很多电镀不良，都来自水洗工程设计不良或水质不净，以下我们就水洗不良造成电镀缺陷的各种情形加以解说。 ，则端子脱脂后金属表面残存的皂碱，和 Ca Mg 金属生成金属皂，固着于金属表面时，而产生镀层密着不良或光泽不良。 一般改善的方法，可以将水质软化并于脱脂剂内加界面活性剂。 ，与金属表面的残存皂碱作用，产生硬脂酸膜，而造成镀层密着不良或光泽不良。 改善的方法为控制使用水质（调整 PH 值）。 不良，或水质不佳（即有不纯物），会污染下一道工程，造成电镀缺陷。 改善方法为使用干净的纯水，避免带出（吹气对准）药液，修正水洗效果。 ，水中含镀液浓度若过高，会造成镀层间密着不良或产生结晶物。 改善方法为避免带出（吹气对准）药液，经常更换水洗水或做连续式排放。 ，会造成镀件外观不良（水斑），及镀件寿命减短（残留酸）。 改善方法为使用干净的纯水，超纯水，经常更换水洗水或做连续式排放。 四 .电镀药水：在端子电镀业，一般的电镀种类有金，钯，钯镍，铜，锡铅，镍，而目前使用比较多的有镍，锡铅合金及镀金（纯金以及硬金），以下就针对这几种电镀药水加以述序其基本理论。 ：目前电镀业界镀镍液，多采用氨基磺酸镍浴（也有少数仍使用硫酸镍浴）。 此浴因不纯物含量极低，故所析出的电镀层内应力很低（在非全光泽下），镀液管理容易（不须时常提纯），但电镀成本较硫酸镍高。 而目前镍液分为三种类别，第一种为无光泽镍（又称雾镍或暗镍），即是不添加任何光泽剂，其内应力属微张应力。 第二种为半光泽镍（或称软镍）即是添加第一类光 泽剂（又称柔软剂）随着添加量的增加，由微张应力渐渐下降为零应力，再变为压缩应力。 第三种为全光泽镍（或称镜面镍），即是同时添加第一类光泽剂和第二类光泽剂，此时内应力属高张应力。 无光泽，半光泽镍多半用在全面镀锡铅时（因锡铅镀层能将镍层全面覆盖，故无须用全光泽），或是用在电镀后须做二次加工（如折弯）而考虑内应力时，或是考虑低电流析出时。 而全光泽镍则用在镀金且要求光泽度时，氨基磺酸镍浴在搅拌情况良好下，平均电流密度可以开到 40ASD，最佳操作温度是在 50~60 度，随着温度下降高电流密度区镀层由光泽度下降，到白雾粗 糙，烧焦，至密着不良。 随着温度的上升，氨镍开始起水解成硫酸镍，内应力也 随之增加。 PH 值控制在 ~ 之间， PH 值过高，镀层的光泽度会下降，逐渐变粗糙，甚至烧焦， PH值过低镀层会密着不良。 比重控制在 32~36Be，比重过高 PH 值会往下降（氢离子过多），比重过低 PH值会往上升且电镀效率变差。 电流需使用直流三相滤波 3%以下（可提升操作电流密度）。 此镍镀浴在制程中最容易污染的金属为铜，建议超过 3~5ppm 时，尽快做弱电解处理。 ：目前电镀业界镀锡铅液，多半采用烷基磺酸光泽浴（ Bright）或 无光泽浴（ Mat）。 市面上也分为低温型（约在 18~23 度之间）与常温型。 其中以低温光泽浴使用最多，也较成熟。 而常温型最好是要定温恒温操作，因为不同的浴温会影响电镀速率与锡铅析出比例。 镀层锡铅比的要求多半为 90%锡， 10%铅，但实际镀液锡铅比约为 10： 1~12： 1 之间，而阳极锡铅比约为 92： 8（因阳极解离的部分锡氧化为四价锡沉淀，为平衡 9： 1 的锡铅析出比）。 烷基磺酸浴在搅拌情况良好下，平均电流密度可以开到40ASD，除组成分外最会影响镀层的就是光泽剂及温度。 正常下光泽剂的量越多（有效范围内），其使用的电流密度 范围就越宽，但若过量会影响其焊锡性，甚至造成有机污染，若量不足时，很明显光泽范围会缩小，不过控制得当的话，可得半光泽镀层有助于焊锡性。 若温度过高，其使用的电流密度范围缩短，很明显怎么镀就是白雾不亮，而且药水浑浊速度会加快（因四价锡的产生），不过倒是会增加电镀效率。 若温度过低则电镀效率会下降，另在搅拌不良的情况下，高电流密度区容易产生针孔现象。 由于无光泽锡铅的焊锡性比光泽锡铅好（镀层含碳量较低），所以现阶段很多电镀厂在流程上，会设计先以无光泽锡铅打低后，再镀光泽锡铅。 另外由于未来全球管制铅金属的使用，所以目前 很多厂商在开发无铅制程，有纯锡，锡铜，锡铋，锡银，钯等，就功能，成本，安全，加工性等综合评比，以锡铜较具有取代性，也是目前较多电镀厂在试产。 ：由于镀层是作为连接器的导电皮膜用，相对镀层的耐磨性及硬度就必须比较优良，因而使用硬金系统镀液（酸性金）。 硬金系统有金钴合金，金镍合金及金铁合金。 在台湾电镀业界多半采用金钴合金（药水控制较成熟），一般镀层的金含量在 ~%之间，硬度在 160~210Hv之间。 目前镀液系统多半属于柠檬酸系，磷酸系，有机磷酸系等，一般会影响镀层析出速率及使用电流 密度范围的因素，有金含量，光泽剂，螯合剂，温度， PH 值等，金含量的多少为取决效率的主要因素，但一般都考虑投资成本及带出的损失，所以业界是不会将金含量开得太高的，一般金含量约开在 1~15g/l 之间，（有生产速率及投资成本考量而不定）。 因此金能使用的电流密度就无法象镍或锡铅一样可以达到 40ASD，而仅限于15ASD（搅拌良好下）以下，而效率也仅限于 60%以下。 通常随着金含量的增加，电镀效率也随之上升，所需的各种添加剂也需增加，随着金含量递减则反之。 随着温度的升高，电镀效率会提升，但色泽会渐渐偏红，若随着温度降低 ，则电镀效率会下降，而色泽会由较黄渐渐变暗，偏绿，一般建议温度控制在 50~60℃。 随着 PH 值的上升，电镀效率也随之上升，但过高即会造成烧焦（呈粗糙黑褐色），若随着 PH 值的下降，则电镀效率会下降，甚至过低时，黄金。