连续电镀工艺

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1、随着电子工业的发展，作为连接电子电路的电子接插件也趋于多样化，如：套筒用电子接插件、接口用 电子接插件、内部组装用电子接插件等，这些接插件从实用性考虑，正向高密度化、轻、薄、小型化、多 功能化、高可靠性化方向发展。电子接插件的最基本性能是电接触的可靠性，为此，接插用材料主要为铜 及其合金，为提高其耐蚀性和耐磨性等，必须进行必要的表面处理。电子接插件代表性的表面处理方法是以镀镍打底的镀金工艺，或是以镀铜打底的镀可焊性镀层工艺。 银镀层的耐蚀性较差， 现在使用的较少； 钯及钯合金镀层作为代金镀层已开发了近十年， 作为耐磨性镀层， 用于插拔次数较多的电子接插件的表面处理已得到应用。下面对电子接插件连

2、续加速电镀的加工工艺、镀液和镀层性能等作一介绍。1 连续快速电镀的加工工艺连续快速电镀的加工工艺本质上与一般电镀并无区别，然而各工艺过程的处理时间要比普通电镀短得 多，因此各种处理液、镀液要具有适应快速电镀的能力。1.1 以镀镍层打底的镀金工艺工艺流程如下：上挂具T除油T水洗T水洗T水洗T酸洗T水洗T水洗T水洗T氨基磺酸盐镀 Ni宀水洗宀水洗宀水洗 T局部脉冲镀 AUT回收T回收T水洗T水洗T水洗T局部镀Sn-Pb合金T水洗T水洗T水洗T去离子水 洗T去离子热水洗-干燥-下挂具-检查(厚度、结合强度、外观、可焊性、局部镀的位置等)下面对工艺中的主要工序作一简单说明。(1) 除油 与普通化学除油

3、不同，除油时间仅为25s。这样，普通浸渍方式的除油已不能满足要求，需要进行高电流密度下的多级电化学除油。 对除油液的要求是： 如果除油液带入下道的水洗槽或酸洗槽中， 不应发生分解或产生沉淀。(2) 酸洗 酸洗是为了除去金属表面的氧化膜，常使用硫酸或盐酸。由于电子接件对尺寸要求严格，所 以酸洗液对基体不应有溶解作用。(3) 镀镍 镀Ni层作为镀Au和Sn-Pb合金镀层的底层，不仅提高耐蚀性，而且可防止基体的Cu与Au、 Cu 与 Sn-Pb 合金的固相扩散。电子接插件在进行切割、弯曲加工时镀层不应脱落，因此最好采用氨 基磺酸镍镀液。(4) 局部镀金 局部镀 Au 有各种方法，国内外已申请了许多专

4、利。其方法大都是把不要的部分遮住，仅使需要电镀的部分与镀液接触，从而实现局部电镀。局部镀Au需要考虑的问题有：从生产角度考虑，应采用高电流密度电镀；镀层厚度分布要均匀；严格控制需镀覆的位置；镀液应对各种基体有通用 性；维护调整简单。(5) 局部可焊性电镀局部可焊性电镀没有局部镀金那样苛刻，可采用比较经济的电镀方法与设备。把需要电镀的部分浸入镀液，让不需要电镀的部分露出液面，即通过控制液位的方法可实现局部电镀。为降低污染，可采用有机酸盐镀液，镀层组成为：Sn : Pb=9 : 1左右，镀层厚度为13 gmo外观要光亮、平整。1.2 以镀铜层打底的可焊性电镀工艺典型工艺流程如下：上挂具T除油T水洗

5、T水洗T水洗T酸洗T水洗T水洗T水洗T KCN活化宀氰化镀铜宀水洗宀水洗 T水洗T酸洗T水洗T电镀Sn-7%Pb合金T水洗T水洗T水洗T防变色T水洗T水洗T去离子水洗 T去 离子热水洗T干燥T下挂具T检查（厚度、结合强度、外观、可焊性 ）铜镀层主要是起阻挡层的作用，防止基体（主要是黄铜）中的锌和可焊性镀层中的锡发生固相扩散。为 提高焊接后的零件的导热性，铜镀层的厚度为13gm。电镀铜的镀液除可用氰化物镀液外，近年来开始使用烷基磺酸或烷醇基磺酸等有机酸体系的镀液。纯锡镀层易从镀层表面产生晶须，如果在锡中共沉积 5%以上的铅，形成 Sn-Pb 合金镀层，则可防止 晶须的产生。在Sn-Pb合金共沉积

6、时，Pb比Sn容易沉积，因此，镀液中Sn4 + / Pb2 + = 9 : 1 时，即可得到含铅量10%以上的合金镀层。随着电镀的进行，镀液中的Pb2 +逐渐减少，对镀液需进行定期分析，据以补充 Pb2o可焊性镀层在空气中会慢慢氧化，为减缓其氧化速度，镀后可在5080 C的磷酸盐水溶液中浸渍，在镀层表面形成致密的磷酸盐膜。1.3 以镀镍层打底的电镀 Pd/Au 工艺代表性的工艺流程如下：上挂具T除油T水洗T水洗T水洗T酸洗T水洗T水洗T水洗T氨基磺酸盐镀 Ni T水洗T水洗T水洗 T活化（闪镀Pd） T局部镀PdT回收T水洗T水洗T水洗T局部脉冲镀 AU回收T回收T水洗T水洗T水 洗T电镀Sn

7、-7%Pb合金T水洗T水洗T水洗T去离子水洗T去离子热水洗T干燥T下挂具T检查（厚度、 结合强度、外观、可焊性、局部镀的位置等 ）在镍镀层与金镀层之间插入钯镀层，控制钯镀层的厚度在0.51.0 gmo由于钯镀层硬度较高，若厚度过大（超过1.5 gm）,则进行弯曲或切割时镀层易产生裂纹。由于钯较昂贵，所以常采用局部镀的方法。镀钯液一般为中性到碱性，为提高镍与钯的结合强度，需在镍表面闪镀钯镀层。电镀钯之后，再镀0.030.13 m的金镀层，可使接触电阻稳定，并且在插拔时，金镀层有自润滑作 用，从而提高耐磨性。2 电镀触点用镀层2.1 电镀金的镀液及镀层性能镀液的类型 镀层用途含钻的酸性镀金液 电镀

8、触点用金镀层，广泛用于接插件，镀层含 0.1%0.3%Co，具有美丽的外观， 镀层较硬含镍的酸性镀金液 电镀触点用金镀层，镀层含 0.1%0.3%Ni，镀层性质与含钻的镀层相同，但外观 稍差.镀液中Ni2 +含量调整容易含铁的酸性镀金液 电镀触点用金镀层，镀层含 0.1%0.3%Fe，镀层性质与含钻的镀层相同中性硬金镀液 镀层为硬质纯金，镀液中 Au(CN)2 含量高达3050g/L碱性金镀液 镀层为软质纯金这里，使用最广泛的是含钻的酸性镀金液，其镀液组成如下：KAu(CN)2530g/L,柠檬酸(或柠檬酸钾)80150g/L，Co2 + 0.20.5g/L,螯合剂110g/L，有机添加剂11

9、0g/L，pH4.05.0，操作温度为4060 Co KAu(CN)2是主要成分，镀金时采用不溶性阳极，需要根据金的析出量来补充KAu(CN)2。这样，K+、CN 在镀液中逐渐积累，改变溶液组成。当pH5时，KAu(CN)2与Co2 +反应，生成沉淀，从而使钻的沉积困难。因此，镀液的pH值应控制在4.05.0 o柠檬酸盐起导电盐的作用，对镀液也有缓冲作用 .在酸性镀金中若没有缓冲剂，电镀时 pH 上升，镀层 的物理性质发生变化，因此，缓冲剂的作用是非常重要的。Co2 +是过渡金属离子光亮剂，它有使镀层结晶细致、表面光亮、提高硬度、改善耐蚀性等作用。Co在镀层中的含量为0.1%0.3%，也有报道

10、认为，K、N、C等也与Co结合一起进入镀层，镀液 pH值升 高，镀层中Co的共沉积量减少。除 Co2 +以外，Ni2 +、Fe2 +也有类似的作用。镀液中若含有Pb2 +、Cu2 +等重金属离子，镀层质量则变差，螯合剂则可以掩蔽这些重金属离子， 还可与Co2 +等过渡金属离子形成络合物，从而控制镀液中游离的简单金属离子的浓度，具有保持Co共沉积稳定的作用。近年来，有机添加剂开始在镀金溶液中使用，如：聚乙抱亚胺、磺酸衍生物、吡啶化合物等，这些添加剂的加入，可扩大光亮范围、镀液中 Au +离子的浓度可以降低、拓宽使用电流密度范围、改善镀液分散 能力，但对镀层硬度、内应力、耐磨性等基本没有影响。关于

11、有机添加剂方面的专利报道较多。含钻的酸性镀液中得到镀层结晶粒径在 25nm以下(纯Au镀层的粒径为12卩m，镀层硬度高(170 200HV,纯Au镀层为7080HV)，镀层表面光亮。镀层具有高耐磨性是由于在高硬度下镀层内应力大 (100 300N/mm2)，柔软性小。镀层中的钻，一部分以金属原子状态存在，也有一部分与K +、CN 结合形成络合物而存在。耐磨性好的镀层，金属原子状态钻含量在 0.06%0.2%，形成络合物的钻含量在 0.08%以上。以金属原子状态存在的钴易向镀层表面扩散， 在表面氧化形成氧化钴， 使镀层的接触电阻增大， 当温度 较高时，这种现象更明显。镀层特性因电镀条件而变，如表

12、2所示。钯是易吸氢的金属， 吸氢以后体积增大， 而当放出已吸藏的氢时， 体积减小。钯的晶格常数为 0.3889nm ， 当吸氢量为 0.57% 以上时，晶格常数增加到 0.404nm 。因此，在电镀钯时，如果阴极上析氢，镀层中就会 夹杂有氢，当氢放出时，镀层体积发生变化，造成镀层脱落或产生裂纹。钯具有催化作用，这使其作为触 点材料受到限制。但是，通过在中性或碱性络合物镀液中电镀钯，或在氨碱性镀液中电镀 Pd-Ni 合金，可 使镀层含氢量减少，在 Pd 或 Pd-Ni 合金镀层上再镀一层薄金镀层，则可防止钯的催化作用，从而可作为 接点材料使用。 Pd 或 PdNi 合金镀层最初是作为代金镀层而开

13、发的，但是目前在电子接插件上使用的金 镀层一般厚度较薄，并且大都采用局部镀，因此消耗金的费用在整个材料费中所占的比例已较低，况且电 镀钯还使工艺过程复杂，所以从经济角度考试，钯镀层作为代金镀层已失去其魅力。Pd 及 Pd-Ni 合金镀层上再镀一薄层金镀层，其耐蚀性和接触电阻都与金相当，硬度比金镀层高(纯 Pd为25006000N/mm2 , Pd-Ni为40006000N/mm2)，耐磨性比金镀层好，因此可用在插拔次数较多的 电子接插件上。3 快速电镀为保证连续快速电镀生产，必须采用快速电镀工艺，即在高电流密度(或高电位 )下电镀，从而使镀层结晶细致，减少镀层针孔，改善度层质量。快速电镀需要解决的问题主要有：(1) 使阴极表面形成的扩散层的厚度尽量薄，可采用脉冲电流，或加强搅拌；(2) 在不影响局部镀的位置精度的前提下，可向镀件表面高速喷射镀液；(3) 提高被镀基体的导电性；