对RD部电镀及产品设计.ppt

,塑胶电镀及挂具设计简述刘岳弓2009.5.18,目录,1.ABS料电镀流程中主要工序的作用；2.镀层的结合强度与哪些因素有关？3.挂点的选择原则，产品如何设计和挂住导电性能最好？4.不同表面处理的电镀前后尺寸设计；5.哪些产品需要带浇口？,1.ABS料电镀流程中主要工序的作用；,除油-亲水-粗化-还原-浸酸-敏化-解胶-化学镍-焦铜(冲击镍)-酸铜(1,2)-半光镍-全光镍-光铬,电镀流程中主要工序的作用(细化),一除油,化学除油：在含碱的溶液中，借皂化和乳化作用去除塑胶表面的油污，促使粗化均匀，提高镀层的结合力。化学除油的原理是利用碱溶液对油脂的皂化作用除去可皂化性油脂，利用表面活性剂的乳化作用除去非皂化性油脂。可皂化性油脂可与碱发生皂化反应，生成可溶性的肥皂和甘油。非皂化性油脂主要是利用乳化作用将其去掉。工件进入除油液后，由于机械震动，表面的油膜破裂，而变成不连续的小油滴；溶液中乳化剂使油、固界面上的表面张力降低，结果油滴进入溶液；乳化剂的疏水基团和亲水基团将进入溶液中的小油滴包围起来，使油滴不能重新聚集沾污工件。,二亲水,中和塑胶表面碱性物质，微蚀塑胶表面，使后续粗化更均匀，并且能适度调整降低塑胶件的原有应力,三：粗化,通过化学腐蚀，在塑胶表面形成微观粗糙，以确保化学镀时所需要的“锁扣效应”；以此提高塑胶与镀层的结合力。,三粗化的原理：,粗化的原理：,电镀粗化后SEM图片,四：还原,还原或中和塑胶表面的六价铬离子，减少对后道工序的污染,五：敏化,通过吸附作用在塑胶表面吸附一层含有催化活性的胶体钯颗粒。（附图）,六：解胶,将塑胶表面胶体钯周围的二价锡离子水解胶层除去，暴露出具有催化活性的金属钯微粒。,七：化学镍,利用氧化还原反应在塑胶表面具有催化活性的金属钯微粒层上沉积一层金属，使原来不导电的塑胶表面沉积一层薄的导电层，便于随后电镀各种金属。,化学镀镍知识概述,优异的镀液配方对于产生最优质的化学镀镍层是必不可少的。化学镀镍溶液应包括：镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、促进剂、稳定剂、光亮剂、润湿剂等。,化学镍ElectrolessNickel配方,化学镍ElectrolessNickel镍离子:4.2-5.2g/L次亚磷酸钠(NaH2PO2):13-16g/L亚磷酸钠Na2HPO3:0-150g/LPH值:8.0-8.5,还原剂,用得最多的还原剂是次磷酸钠，原因在于它的价格低、镀液容易控制，而且合金镀层性能良好。次磷酸钠在水中易于溶解，水溶液的pH值为6。是白磷溶于NaOH中，加热而得到的产物。目前国内的次磷酸钠制造水平很高，除了国内需求外还大量出口。,络合剂(铵盐),化学镀镍溶液中除了主盐与还原剂以外，最重要的组成部分就是络合剂。镀液性能的差异、寿命长短主要取决于络合剂的选用及其搭配关系。常用的络合剂主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物，如丁二酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸及甘氨酸等，或用它们的盐类。在碱浴中则用焦磷酸盐、柠檬酸盐及铵盐。不饱和脂肪酸很少使用，因不饱和烃在饱和时要吸收氢原子，降低还原剂的利用率。而常见的一元羧酸如甲酸、乙酸等则很少使用，乙酸常用作缓冲剂，丙酸则用作加速剂。,稳定剂,化学镀镍溶液是一个热力学不稳定体系，如局部过热、pH值提高，或某些杂质影响，不可避免的会在镀液中出现一些活性微粒催化核心，使镀液发生激烈的均向自催化反应，产生大量NiP黑色粉末，导致镀液短期内发生分解，逸出大量气泡，造成不可挽救的经济损失。这些黑色粉末是高效催化剂，加速了镀液的自发分解，几分钟内镀液将报废生效。稳定剂的作用就在于抑制镀液的自发分解。,加速剂(丙酸),为了增加化学镀的沉积速度，在化学镀镍溶液中还加入一些化学药品，它们有提高镀速的作用而被称为加速剂。化学镀镍中许多络合剂即兼有加速剂的作用。,缓冲剂(乙酸),化学镀镍过程中由于有氢离子产生，使溶液pH值随施镀进程而逐渐降低，为了稳定镀速及保证镀层质量，化学镀镍体系必须具备PH值缓冲能力，也就是说使之在施镀过程中pH值不至于变化太大，能维持在一定pH值范围内的正常值。,八：焦铜(小电流),通过电化学方法在化学镍上镀一层铜，提高镀层的导电性。,九：酸铜,在工件表面镀一层铜，提高塑胶的光亮度和平整度，提高镀层的韧性。,十：半光镍,在工件表面镀一层半光亮的镍层，镀层硫含量0.005%，镀层为柱状结构，提高镀层的抗蚀性。,十一：全光镍,工件表面镀一层全光亮的镍层，镀层硫含量0.05%0.1%，镀层为层状结构，提高镀层的光亮度。,十二：微孔镍,为了达到较好的抗蚀性，在全光镍上镀一层均匀的含有无数个不导电微粒的镍层，分散腐蚀电流，降低腐蚀电流密度，提高镀层抗蚀性。(500050000孔/cm2),十三：镀铬,为达到很好的抗蚀性和抗变色性，在工件上镀一层铬。,镀层截面分析图,塑料电镀采用酸铜打底优点如下:1.铜镀层有很好延展性2.具有较好的整平性,光泽而平滑3.电流效率高,2.镀层的结合强度与哪些因素有关？(指基材与镀层间),A.塑胶材料选择常用的ABS料有:ABS/PA727ABS/PA747ABS/PA757(非电镀级)可镀上,但结合力很差.ABS/GE/37EP-3570ABS/3450(上海普力特)ABS/PA777EABS-MP220(韩国LG)ABS/710300M(日本三菱)MP/220,常用的ABS+PC料有:MPG/MC1300MPG/MC-012DOW(陶氏料)巴斯夫料(BASF)T45/T85(拜尔),镀层的结合强度与哪些因素有关？,B.毛坯应力问题,毛坯应力问题,内应力涉及到成型时固有的应力。当零件在电镀和/或喷漆时被加热时，ABS塑料变软使应力自身减小。该减小会导致翘曲或尺寸改变。内应力与剪力结合导致塑料件开裂或粉碎。应力的数量，包括表面和内在的，主要取决于零件设计，模具设计和成型参数。一般来说，在浇口附近应力增强，在壁厚、接近lettering和熔融流道的尾部应力会急剧变化。应力的数量，包括表面和内在的，主要取决于成型参数。高的熔化温度，低的填充速度和低的压力都是成型参数，产生低的应力。,冲击和循环裂开的切片图,电镀镀层裂开,镀层和毛坯都裂开,冲击和循环裂开,循环和冲击裂开,裂开有两种情况:电镀层的龟裂（高温时）树脂层的龟裂（低温时）原因-主要原因在于热应力，即由于环境温度变化导致电镀层与树脂层的膨胀量或收缩量有所差异，从而产生了超过各自材料特性（材料强度）的拉伸应力。高温金属层妨碍了树脂的膨胀,低温时金属层的刚性妨碍了树脂的收缩。,镀层的结合强度与哪些因素有关？,C.粗化问题（不够或过度）温度时间配比浓度槽液老化污染一般地说，自动化生产线发生的机率很少，除非特殊的几种材料。,3.挂点的选择原则，产品如何设计和挂住导电性能最好？,根据不同的产品选择相应的挂点,挂点的位置及形状也没有一定的标准。根据产品形状大约可分有大沉降面产品，易兜水产品，易藏液产品，易包风产品，易尖角烧焦产品，易变形产品，易凹部铬黄产品等。多利用迎风面，挂具中部突出，辅助阳极，软线夹子等方法。能很好地避免产品的形状结构所带来的影响。,4.不同表面处理的电镀前后尺寸设计,外观镀种分类：CP件：总膜厚1530um半光镍：总膜厚1525um喷漆件分类：（不含牙类）ORB:膜厚5070um+Cu膜厚10-20umOB:膜厚3050um+Cu膜厚10-20umBNP:膜厚2040um+(Cu+半光镍)18umPT:膜厚40-60um+（Cu+半光镍+全光镍）25um,不同表面处理的电镀前后尺寸设计,牙的分类：(配合有影响的为牙的大径和中径)例：4546花洒本体外牙（要电镀）：大径电镀后比毛坯尺寸大10丝（双边外径）中径电镀后比毛坯尺寸大20丝（双边外径）（由于酸铜的整平作用）因此，此类牙在设计时毛坯尺寸经验值要定好。,牙的分类,花洒本体内牙:在电镀时内牙被镀上的膜厚是有限的,膜厚很低,靠外面的两牙单边膜厚约15-20um,靠里面几牙最多5-10um,内牙按正常设计尺寸管控,同时电镀上挂及下挂时防止划伤。其它产品的外牙：根据产品的各种结构均要评估设计时外牙尺寸管控。一般单边做小5-10丝。,不同表面处理的电镀前后尺寸设计,PVD产品一般只考虑到电镀镀层厚度,不考虑PVD镀层厚度，因其只有0.51.0um厚度。PVD产品在测量尺寸时尽量多管控靠挂具上部产品，因其在炉中较易变形。,5.哪些产品需要带浇口或设计挂点？,1.壁厚较薄,产品易变形。2.产品单位面积极小,不易做挂具及上挂。3.产品单位面积极大,需要固定挂点或导电挂点。(如汽车件的一些镜壳)4.由于结构特殊,没有挂点,需要特别设计挂点。,补充,结构设计,结构设计,在结构设计时有几点也要关注外形要适合于电镀处理：表面凸起最好控制在0.10.15mm/cm，尽量没有尖锐的边缘。如果有盲孔的设计，盲孔的深度最好不超过孔径的一半，负责不要对孔的底部的色泽作要求。要采用适合的壁厚防止变形，最好在.mm以上mm以下，如果需要作的很薄的话，要在相应的位置作加强的结构来保证电镀的变形在可控的范围内。在设计中要考虑到电镀工艺的需要，由于电镀的工作条件一般在60度到70度的温度范围下，在吊挂的条件下，结构不合理，变形的产生难以避免，所以在塑件的设计中对水口的位置要作关注，同时要有合适的吊挂的位置，防止在吊挂时对有要求的表面带来伤害，如下图的设计，中间的方孔专门设计用来吊挂。,PartDesign零件设计,WallThickness壁厚Theidealwallthicknessshouldfallwithintherangeof2.3to3.0millimeters(0.09”to0.12”)理想的壁厚应该控制在2.3-3.0毫米内(0.09英寸到0.12英寸)（1.5-5mm,依具体材料而定）,Ideally,wallthicknessshouldnotexceedamaximumof3.8mm(0.15”).Iftheyexceedthisvalue,itwillcreatemorestressattheinterfacebetweentheplasticandelectrodepositedmetalsuponheatingandcooling(seeThermalStressCapacitybelow).Inaddition,thickerwallsectionsaremorepronetohavesinkmarkswhichbecomeverynoticeableinabrightreflectivefinish.Finally,thickwallsectionscoolunevenlyandcreatestresswithinthepartthatcancausewarpage.理想地，壁厚不应超过最大值3.8毫米（0.15英寸）。如果超过这个值，加热或冷却时会加大塑料和电镀沉积金属界面的应力（见如下的冷热应力能力）。,Thinwallsectionsthatarelessthan1.9mm(0.075”)aregenerallynotstrongenoughtohandletheforcesimpartedtotheworkpiecebyrackingcontacts.Inaddition,theseareasaredifficulttofillduringmolding.小于1.9毫米（0.075英寸）的薄壁部分在注入连接时一般不够牢固，不足以控制到工件的力。另外，注塑时这些区域很难填充。,Uniformwallthicknessaredesiredbutusuallyimpracticalwithmostpartdesigns.Whenvariationsarerequired,thechangeshouldbeasgradualaspossiblewiththedecreaseinthicknessoccurringinthedirectionthattheresinwillfillthemold.均匀的壁厚是理想的，但对于大多数零件设计是不切实际的。当所需的厚度不同时，在树脂注入模具时应随着厚度的减少逐渐改变。,WallThicknessforIntersectingWallSections(Ribs)交叉部分的壁厚Whentwowallsintersect,suchasintheuseofreinforcementribs,thereisaprobabilityofasinkoccurringonthebacksideofthewallattheintersectingpoint.Tominimizethispossibility,thethicknessoftheribshouldbe50%to60%ofthethicknessoftheintersectedwall.当两个壁交叉时，如加强筋的使用，在交叉点的壁的背面存在着产生缩收的可能性。为降低这种可能性，筋条的厚度应为交叉横截面壁厚度的50%到60%.(1/3-2/3),c.Bosses浮柱Bossesareprojectionsfromthepartsurfacethatareusedforattachmentorsupportofamatingpart.Solidbossesareoftenreferredtoasstuds.浮柱是指从零件表面凸起的，用于配件的装配和支撑。坚固的浮柱就像螺栓一样。Thewallthicknessofthebossshouldbe50%t