电子接插件电镀工艺.doc

电子接插件电镀工艺介绍摘要本文介绍了适于电子接插件的连续电镀镍、钯、钯镍、金、以及锡工艺流程，对镀层的性能进行了分析比较，提出了连续电镀应解决的问题。关键词选择性 连续电镀电子接插件镀镍镀钯 镀钯镍 镀金 镀锡 前言20世纪80年代以来,由于电脑、手机、电视等4C电子产品的飞速发展，促进了电子接插件的增长。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、金手指等，这些接插件从实用性考虑，正向小型化、复杂化、轻量化、多功能、高可靠、长寿命、高可靠性化方向发展, 导致了第四代组装技术即表面贴装技术（SMT）出现。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，为提高其耐蚀性耐/高温/耐磨性/耐插拔/导电性等，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；钯及钯镍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。下面就对电子接插件连续电镀工艺、镀液和镀层性能作简单介绍。 1电子接插件电镀工艺 根据电子接插件功能不同需要选择不同的电镀工艺,多数采用卷对卷的自动线（多为台湾、香港制造）（添加剂多数使用美/德进口）.其电镀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、镀液要具有快速电镀的能力。1.1以镀镍层打底的镀金工艺工艺流程：放料化学除油阴阳电解除油酸活化氨基磺酸盐镀Ni局部镀Au局部镀Sn（或闪镀金）后处理干燥收料以上必须有充分的水洗 .各工序简单介绍:1.1.1除油与普通化学除油不同，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。1.1.2酸洗酸洗是为了除去金属表面的氧化膜，常使用硫酸。由于电子接件对尺寸要求严格，所以酸洗液对基体不能有腐蚀。1.1.3镀镍（钯镍）镀Ni层作为镀Au和Sn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的固相扩散。镀镍层应具有很好的柔软性,因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，（钯镍）层可以节约部分金成本。1.1.4局部镀金局部镀Au有各种方法，国内外已申请了许多专利。其具体做法: 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; 使用刷镀,需要电镀部分跟刷镀机接触,从而达到实现局部电镀; 使用点镀机,也可以达到实现局部电镀。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，可采用甲机磺酸锡盐镀液，镀层厚度为13m。外观要光亮、平整。以上工艺一般实用于端子一段要求导电且耐插拔及耐摩，而另外一段要求焊锡的产品。1.2以镀铜层打底的镀Sn (或者闪镀Au)电镀工艺工艺流程：放料化学除油阴阳电解除油酸活化镀铜（可以用氰化镀同或者酸铜）氨基磺酸盐镀Ni局部镀Sn (或者闪镀Au)后处理干燥收料以上必须有充分的水洗.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，铜镀层一般为13m。 纯锡镀层易从镀层表面产生晶须(多数镀雾锡), 锡镀层一般为13m，由于锡在空气中会容易氧化，为减缓其氧化速度，必须进行必要的后处理。以上工艺一般实用于端子要求焊锡的产品。1.3以镀镍层打底的电镀Pd/Au工艺工艺流程：放料化学除油阴阳电解除油酸活化氨基磺酸盐镀Ni（局部镀镀钯镍）局部镀Au后处理后处理干燥收料以上必须有充分的水洗 在镍镀层与金镀层之间插入钯镀层，控制钯镀层的厚度在0.51.0m。由于钯镀层硬度较高，若厚度过大(超过1.5m)，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。镀钯液一般为弱碱性，为提高镍与钯的结合强度，需在镍表面闪镀钯镀层。电镀钯镍之后，再闪镀0.030.13m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。 以上工艺一般实用于端子要求焊锡的产品。2接触点镀层 2.1金镀液及金镀层性能目前使用最广泛的是含钴的酸性镀金液，其镀液组成如下：KAu(CN)2530g/L,柠檬酸(或柠檬酸钾)80150g/L，Co20.20.5g/L,螯合剂110g/L，有机添加剂110g/L，pH4.05.0，操作温度为4060。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，从而使钴的沉积困难。因此，镀液的pH值应控制在4.05.0。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。关于有机添加剂方面的专利报道较多。2.2钯镀液及钯镀层的性能钯是易吸氢的金属，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。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250040006000N/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。23焊锡点镀层一般采用闪镀金或者镀2-3m锡。3电子电镀的连续性和稳定性3.1镀速快、效率高采用高速度镀液，可在高电流密度下电镀，如高速镀镍，一般控制在10-20ASD，最高时可达到30ASD。电镀线的镀速，一般可达到34mmin，对有些产品甚至可达到6mmin。32自动化程度高，产品质量稳定由于自动化程度高，大大提高了生产效率，且大大减少人为因素对产品质量的影响，可24h连续生产、如深圳市长盈精密技术有限公司目前有6多条电镀自动线，而操作工人每班仅需20人左右。33适合各种电镀区域控制的要求，既可全镀，也可局部镀。34符合环保控制要求：废水量少：大量采用逆流漂洗技术，废水量小，甚至可以达到零排放；现场环境控制好，全密封，废气抽出车间外处理车间内一般无跑、冒、滴、漏现象。4 连续电镀设备介绍41连续电镀设备的基本结构411连续自动电镀设备一般由二部分组成，即传送装置及电镀槽系统。412电镀槽系统一般都是采用子母槽结构：将母槽的药水由泵抽到子槽，在于槽中对工件件完成电镀、清洗等各厂序，镀液再从子槽流回母槽。如此周而复始，保证电镀过程的连续进行。413根据工件要求的不同，在子槽中采用各种类型的电镀位置(区域)控制机构，如此也就派生出厂各种类型的连续电镀设备。42连续电镀设备的类型根据工件类型可分为“卷对卷”式和“片对片”式，根据电镀位置控制方法的不同，又可分为浸镀、轮镀、喷镀、点镀等类型。5 电子接插件电镀电镀需要解决的问题：为保证电子接插件电镀生产，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。5.1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；5.2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（用于局部镀金或者钯镍），可以选择刷镀等；对于外形比较单一的端子，必要时可以选择点镀金，可达到节约成本的目的。5.3提高被镀基体的导电性；5.4减少镀件带出溶液量，采取有效的回收措施，以节约贵金属。6总结近年来，国内电子元器件业发展迅速，有望成为国际上最大的电子元器件生产基地。因此，国内对于高速连续电镀需