铝合金脉冲镀金工艺研究.doc

表l 镀金工艺技术改进前后对比表阴极移动有利于消除镀金溶液的浓差极化使 比较项 改进前 改进后 结论 阳极附近金离子浓度能及时补充，从而扩大使用的 电流密度，同样可以提高沉积速度和增大光亮区。也电流密度 电流密度增(Adin2) D05一O08 012一O2C 加l倍 防止了阳极区pH值的局部降低，保持溶液的长期稳定。25溶液的补加：沉积速度 沉积速度是 在技术改进之前t由于镀金用量很大金含量很13原工艺的3(,“30min)倍快降低只有回收再重新配制溶液。这样做既降低丁用胶带 用胶带 工作效率叉增加了劳动量同时增加了镀渡成本。现 做拉脱 做拉脱 结合力的提在我们通过化学分析按配方中所缺金及盐类含量相结合力 高芯片焊接宴验起 实验不 更为有利 应补加大大提高了工作效率，而且溶液在长期使用皮起皮 下保持稳定可靠。棕黑色 金黄色 镀层质量提3结语 表面光洁度高且减轻了不光亮 光亮 工作量 通过以上几方面的改进，基本解决了微波柔性印制板的镀金速度慢、镀层薄、色泽暗、结合力差等问题(具体见表1)，提高了电路片制作效率和质量 溶渡使用 溶渡稳定性寿命 3周10周 大幅度提高 用户反映照好。增强了微波板芯片的可焊性，提高了微波部件制作的成品率及可靠性。镀金溶液的可补加性节约了镀金回收及重新配制镀液所消耗的药品23加热器配置： 试剂，减少了废品中黄金的浪费。 溶液温度的提高，可以扩大电流密度范围，提高参考文献金的沉积速度，扩大光亮区。所以在镀槽中配置了1李鸿年张绍恭等，实用电镀工艺北京：国防工业出1000W的u形钛加热管，并附带温控仪。实验得出 版社，1999最佳温度范围：3545。2方景礼，多元络台物电镀北京：国防工业出版社，1 98324阴极移动je置：铝合金脉冲镀金工艺研究电子部二十九所成都(610036)黄昌明王琼芳捕要本文报道一种在铝台金微波元件上装饰、防护性电镀金妁工艺方法。该方法包括在改良的锌酸盐 溶液中经两次浸渍处理后，低温、碱性化学予镀镍，然后酸性化学镀镍加厚(1015“m)。最后在亚硫酸盐 溶液中脉；中电镀金(25m)。采用该方法获得的金层具有光竞的装饰外观，优良的附着力和良好的三防特性。 关键词化学镀镍脉?中镀金附着力1前言力不十分可靠存放时间稍长金层会鼓泡。例如，铝合金镀金是军用电子设备微波元件新型表面我所引进美国wI。TRON公司生产的毫米波铝波导 改性技术之一。九十年代以来国外发展极-陵，美国等其镀金层已严重起泡和起皮。 发达国家已在军事、航天、电子等领域广泛应用。 鉴于上述情况，通过查阅文献和综合分析，我们据有关资料报道铝合金镀金多采用镀铜(氰化决定采用化学镀镍层作为铝合金镀金的底镀层，进 物、HEDP)或者镀中性镍作为镀金底层。上述工艺行研究。 复杂，有些含有氰化物，要污染环境，而且镀层附着首先开展铝合金化学镀镍工艺试验。第一步着J22重解决锌酸盐配方的改进和碱性化学子镀镍两个关 键工艺达到提高铝上电镀层附着力的目的。第二步表3酸性化学镀镍溶液 选择理想的化学镀镍加厚层控制中等含磷层(810)和保持光亮的装饰外观从而保证铝合金镀金 层具有良好的三防特性。最后采用无氰脉冲镀金(亚 硫酸盐)的方法电镀一定厚度的金层(25卜m)。 本文重点报导铝合金电镀前的锌酸盐浸渍和碱 性化学予镀镍工艺方法。化学镀镍加厚工艺和无氰 脉冲镀金工艺以及组合镀金层的主要物理化学特性。2研究内容2I锌酸盐预处理工艺配方的确定本文对以下六种代表性锌酸盐溶液进行比较 24亚硫酸盐溶液泳冲镀金工艺参数的确定(见表1) 选择脉冲周期：Ims、10ms占空比：I：1t l：表1锌酸盐溶液 4，I：9】：19进行比较。25镀金层物理化学特性测定黯跏啪啪怵怵3研究方法NaOH500 120 200 200200 280 31试样ZnO100 20 a板材(IY12cz)：50ram50mmImm ZnSo100i00 100 i40 b零件(LYl2cz)：矩形腔体60turn30ram NiSO 60 3060 6018ram园柱体1030ram。KC扎06 5045100100 i00 120 32化学镀镍装置FeCl321玻璃恒温水浴加热，控制温度(80 CNaN0311100C)。 添加剂 1030 1030 1030 10303 3脉冲镀金装置脉冲电镀电源PPS-5(沈阳无线电八厂)-溶22碱性化学预镀镍配方的选择液自动控温、阴极移动。选择两种适用于铝合金(I。Y12CZ)化学镀的碱34镀层成份分析性化学镀镍配方(1、3)及其改进配方进行比较(见JEM 2000F电镜(美国)，TN5500能谱仪，扫表2)，改变还原剂和铬台剂浓度选择最佳pH范描电镜JSM一35CF(委托成都电子科大电镜室测围，保证镀液稳定操作方便，沉积速度适中。 试)表2碱性化学镀镍溶液35高低温试验GJB 15058636湿热试验NiCl26H 20 21 21NiSO6H2025 25 按标准GJB 15010一86进行，试验1 68小时NaH2P022H201220 25 25 37抗腐蚀性(NH4)3C6H50745 45 按标准DJBIS01l一86进行中性盐雾试验，试 络合剂 lo 45NHCI30 30 30 30 验48小时，(委托电子部715厂例行试验室试验)NH10H50 50 38附着力(IS045271987E)4研究结果与讨论23酸性化学镀镍配方的优选41浸锌酸盐工艺的确定 选择三种代表性酸性化学镀镍配方进行比较众所周知铝上电镀(或化学镀)存在许多困难。(见表3)，观察其外观，沉积速度镀液稳定性，镀主要是铝化学性质活泼电化学电位很负(E= 层台P量等特性。 166V)、对氧有高度亲和力、极易氧化；膨胀系数 比一般金属大(24106)；铝又是两性金属。在酸12,3碱中均不稳定，化学匣虚复杂；镀层有内应力，因而 zn腻有助千与电镀层牢固结台。 铝上电镀金能否成功关键是要解决附着力问题。 两次浸zn处理比一次浸zn处理而占它能降锚上这层天然氧化膜经酸碱嚆蚀除去在空气 低Zn含量使zn层结6b更细致。育1乍者经显微观 或水溶液中能迅速重新生成。为此铝上电镀必须进 察证叫二次浸zn后，zn层，锗粒度大致相同，均匀 行特殊前处理其目的在于去除这层氧化膜使其不 分布看不到禾镀覆区，而一次浸zn后能看到晶粒 能重新形成并迅速赋予一层薄而均匀的金属镀层 之I瑚仍有未变化的锚表面区域原因在于除去第一作为进一步按正常工艺电镀的底层。可见能否置取 层zn后重新形成的氧化膜至少在曾经被锌层复 这样一层理想的金属镀层乃是获得铝上电镀(化学 盖过的区域比原先的氧化膜均匀一些，故随后第二 镀)层附着力良好的工艺关键。习惯置取该金属薄层 次浸渍zn层易于复盖上全郝铝表面而铝上镀层 的工艺方法有裎锌酸盐法浸锡酸盐法，电镀锌法， 附着强度很大程度上取决于浸zn层的均匀致密 磷酸阳傲氧化法，表面条件处理等。其中浸锌酸盐法 度。我们选择配方(1)(2)和改良配方(3)，(6) 中由于zn在强碱溶液中呈络离于存在它的电位 等进行试验，比较并测定了6种不同锌酸盐溶液中 变得比简单盐中的Fe或N-负得多，与Al十分接 所形成的锌层重量。(见表4)近，因而当Aj浸入锌酸盐溶液中能得引较薄的均匀 裘4不同漫锌工艺的锌层重量(mgdm。)表4数据证明，两次漫锌得到锌层比一次浸锌 的锌层在随后的化学镀镍溶液中会发生化学溶解怍 薄配方l与配方2均是典型的浓锌酸盐溶液与稀 用。由于常靓化学镀镍液是酸性溶液(pH一4-5)， 溶液，锌屡星光亮、深蓝灰色，配方(1)碱浓度太 并在高温状态下工作(9095C)，显而易见如果铝 高粘度大，工件不易清洗干净配方(2)减浓度 合金浸锌后直接在酸性镀液中镀化学镍锌层大部 低含锌量太少(M一吼25)故需经常校正溶液稳 分溶解掉，从币I将严重彰响镀层结合力，而且溶解的 定性差而改良配方(3)与(6)碱浓度适中特别 锌会污染镀液。为丁减少锌层的溶解作用提高化学 是含有镍盐NaoH对zn的摩尔浓度比值由10提 镀镍层对基体铝舍金的结合力，提高锌层在腐蚀电高到13一“将酒石酸钾钠含量升高到120克升 袍巾起的阳饭保护作用，改善抗蚀性必须采用碱性 又补充进添加剂，使镍离子呈较稳定络离子形式存 化学予镀镍工艺。这也是铝合金化学镀镍成功与否 在从而能使镍离子与锌离子一起缓慢丽均匀地置 的关键工艺之一。 换沉积在铝表面得到的锌镍合金层比配方(1)有作者研究了化学镀N一反应初期基体铝上 (2)更薄更均匀，表4数据证实了这一点。 NiP镀层的化学成分发现大部分锌层溶解在化有文献报导，浸zn层重量大致应在16 学镀镍溶液中这种溶解作用的强弱取决于下列五4?mgdm2范围(最佳3。lmgdm2)通过试验 种因素化学镀镍液的温度pH值，镍离子浓度络 我们发现控制znNl层重量在12ragdin2范围 合配位体种类和络合物浓度。碱性镀镍层作为子镀 的浸锌工艺能充分保征铝E镀层附着力良好。特别 底层必颓综合考虑上述潇凶索之间的平衡关系，通 是含镍的锌层为随后的化学予镀镍沉积初期提供了 过比较配方(3)、(4)溶液呈强碱性(pH一85 充足的催化核心，得到均匀细小晶粒这是提高随后 9)、低温(3545C)、从而溶棱更稳定，由于采 镍镀层附着力的一个重要因素。 用三种复合络合剂其目的是使镍离子能得到充分42碱性化学予镀镍工艺络台形成更稳定络合物，进一步降低镍离子有效浓 实践证明，两次浸辞工艺是铝合金镀取附着力度，减慢沉积速度使结晶更细致均匀从而使浸辞优异的化学镀镍层的关键工艺但是这层薄而致密 层难以发生置换反应，而且反应速度变得缓慢，从而J24能有效减弱浸锌层的溶解并能在浸锌层表面得到增太明设电化学慑化降低派差擞化降低镀金层孔 一层结晶细小均匀与基傩结台良好的簿镍层。 隙率，得到结晶更细致、没有组晶粒的盒层，纯度比43酸性化学镀镍液的选择 直流镀金层高，从而提高丁金层的抗腐蚀性能。脉冲 从配方(1)得到的镍层星半光亮黄白色而配镀金能改善食层的焊接性能降低内应力脉冲镀金 方(2)得到镍层色暗无实用价值随后比较配方 其分散能力和深镀能力均比直流电镀好特别适用(1)和配方(3)配方(3)含有少量光亮剂，镍离 千微波集成电路元件、印制电路板插头等电镀。 子与次亚磷酸根离子的摩尔浓度比值控制在0，4左脉冲电镀质量可以通过控制以F三个脉冲参数 右保证沉积速度适中(14169inh)，溶液稳定， 来实现，即：脉冲周期、占空比和峰值电流。我们采镀液温度保持在85C90C温度变化一般控制在 辟i作青已试验成功的脉冲工艺参数进行脉冲镀金：士2c范围一般随着温度升高沉积速度加快、食 脉冲频率1000Hz占空比l：9)平均电流密度为 磷量下降，温度波动大时磷含量变匕太大，会生成0103Adrn 2效果良好。 片状镀屡影响结合力。一般随着pH值增大沉积45组合镀金层物理，化学特性 速度提高、古磷量下降。本工艺控制pH在485 45 1组合镀Au层外观、化学成分及结晶形态。 范围，工作过程主盐浓度、pH值逐渐减小镀羼含脉冲镀金层结晶细致、均匀经扫描电镜照片 P量增加。要经常调整，保持在最佳范围。否则镀 (5000倍)和x射线能谱分析证实： 液中亚磷酸根离子浓度不断增大当达到一定浓度，a金层最大晶粒尺寸2,um)。 糙、发踣的镀联。从配方(3)沉积h o镍层呈半光 b化学镀镲层岔磷最810，镀层光亮、厚度 亮黄白色。满足了本课题防护、装饰性能的外观要 均匀有少越孔隙为亚微米；求。4 5 2镀屡附着力 据报道，台P量8时呈非品态结壮J， 300C保温05h，冷水骤冷，经放大镜检查无起泡 呈弱磁性经热处理能显著提高磁性。非品态Nt 观象 P台金不存在晶界、位错等晶体缺陷，翻而化学镀45，2 2存放试验 镍层耐腐蚀性随着含P世增加而提高。通过x射线锚匕镀金零件在实验宅已薛放九个月，无起泡能潜分析证实从配方(3)得到的化学镀镍膳食P量 现象；(观继续行放) 为8io范围，届了二中磷化学镀镣层镀层耐磨蚀4，5，3耐腐蚀性 性能良好(中性盐雾试验结果已得到证明)。含P垃按标准GJBl50n86，组台镀金层经48h中114以上完全没有磁性。 性盐霹试验试验结果如下：44脉；十镀金工艺 脉冲镀金相对于常规直流镀金其优越性在于能编号镀覆工艺试样数量 试验时间(h)保护等级XHNn2DAu(pc)2 348 8 () N112DAu(cd)2 3 48 6WHNil21DAu(pc)】5148 7评定依据是按GB646186对底材为阴极的覆镀金零件经高温125C 一55C 6个循环冲击 盖层腐蚀后电镀试样等级评定标准 来见鼓泡和起层。45湿热试验456显微硬度 按标准GJBl501086执行。试验168小时后脉冲镀金层显微硬度镀金层表面无明显变化。Hv(t0)2 18s3(Hx一1型显微硬度计)455高低温冲击5工艺过程125铝合金零件一脱酯(有机、化学)一出光浸蚀一 参考文献 浸锌(第1次)一HNOs(1：1)脱膜一浸锌(第21曾华梁、陈钧武、吕佩仁等，电镀工艺手册北京：机械工业出版社，1989，7583 次)一化学予镀Nj-化学镀Ni一脉冲镀金一检验6结论2沈宁一、许强令、吴以南等，表面处理工艺手册上海：61铝台金(1Y12cz)在改良锌酸盐溶液中经两次 科学技术出版社19912402483。BN赖依聂尔轻台金电镀层，北京：中国工业出版社，漫锌后，采用低温碱性化学予镀镍和光亮酸性化学106228-48镀镶作底屠(10-15vim)，然后在亚硫酸盐溶液中脉4DsLashmorcImmersion C_3ating on AIuminiumt冲电镀金(2St,m)能获得具有光亮装饰外观，附P8LSF 1 980VoI 67 NoI；374l着力优良和三防特性良好的镀金屠。5S，MArmyanov，Electroless Nickel phosph。r岫Deposl62本工艺方法特别适合形状复杂、含有深孔腔体 tion on Aluminunf Interi：ace and lrtternal StressMeta 而且尺寸精度耍求高的铝舍金电予微波元件(捆毫 Finish，1992 V0190No7：364l 米波导、滤波器、放大器)等装饰、防护镀覆。 6、向国扑，脉冲电镀的应甩1eBo铝件镀银工艺改进试验总结西安市Jcz六7-十四车间(西安710043)李忠义一、概论 银槽。l、问题的提出：=、主要溶液工艺配方、功能： 随着我厂产品的改进，要求减轻重量，减小体 l、酸活化：积在设计中多采用丁铝材用于军品生产，为了增 铝及其台金零件中的某些杂质，在除油、碱浸 加其导电性，要求铝材零件镀银，过去我们酌铝件 蚀时不溶于碱，而残留于零件表面形成黑膜酸活 镀银成功率很低，约lo30左右，产品零件积 化一方面是除去零件