实现LED支架镀银生产线优质低耗(15)——续光亮镀银

1 实现 LED 支架镀银生产线优质低耗 15 续光亮镀银续光亮镀银 本集笔者与读者讨论 如何在本生产线上做到工艺配比如何和 谐地与工艺条件协调配合 这实际上涉及到本生产线的操作实务 第一节 首先要有适合本生产线镀液配方第一节 首先要有适合本生产线镀液配方 什么叫性能优良的镀液 第一 它要有电化学基本理论的支持 第二 它要有一般挂镀的光亮镀银原理的支持 第三 它必须符合 自己面对的 自动化 连续化 系统化生产线的实际条件 尽管 现实条件可能不尽如人意 是可以而且应当改进的 但是在改进之 前 我们就只能从目前的实际出发 第四 它必须服从于产品质量 的要求 尤其是功能性质量的要求 笔者在 13 集 用了较大的篇幅与诸公讨论了镀液优化的一 般原理与方法 在 14 集第三节和诸公讨论了本生产线光亮氰化 镀银配方的特点 银含量下限不能过低 应 18g L 而上限可增加 的范围却不大 在目前镀簿银的情况下 很少有 36g L 的 而氰化 钾的配加量 不但应高于普通镀银 而且高于一般挂镀的光亮镀银 为什么银含量下限一般应 18g L 呢 首先是适应当下光亮剂的要求 银含量过低 镀层很可能不白 不光亮 而且极易变色 其次 银含量过低 相应配加的 KCN 减少 必然影响镀液分散 能力 因为 13 集中 我多次提到 氰化镀液主盐成份降低 对 阴极电化学极化增加没有单盐镀液明显 而 KCN 含量 尤其是游离 量的增加 却明显起到加强阴极电化学极化的作用 再次 银含量适当提高后 KCN 也会随之增加 电流密度上限 就会有较大增加 我们就可以开大电流 这样不但溶液的电导率增 加 阴极极化度增加 阴极极化的绝对值也增加 这样既加强了镀 液的分散能力 复盖能力更能增加 在 13 集中 还讲到氰化物 2 镀液还有一个典型特征 即电流效率随电流密度的增加而降低 因 此随电流密度的加大 支架上高低电流区镀层的厚度差会进一步缩 小 也就是说镀层会更均匀 所以 我在 14 集 P7 页讲到 笔者虽然在 15g L 浓度下镀出 较好的光亮银层 但与较高浓度相比 分散能力毕竟降低 尤其是 取得优良镀层的电流密度范围缩小 工艺员操作难度很大 为确保 产品质量的稳定性 浓度 18g L 为宜 为什么银含量上限又没有其它光亮银电镀液高呢 其它光亮银电镀 可以根据厚度的需要 其浓度可以高达 45g L 而我们生产线在镀簿银的情况下 上限有 30g L 足够 因为 我们产品功能性质量要求很高 电镀时要求用尽可能高的电流密度 提高浓度就必然扩大了电流密度的上限 原来尽可能高的电流密度 就变成中等甚至是较低的电流密度 而光亮镀银的沉积效率和速度 极高 所以在镀簿银的情况下 我们若把银含量配在供应商说明书 的上限 则在实际电镀过程中 就很难达到质量与厚度的相统一 除非放宽厚度指标 那么 怎样才能确定本生产线的具体配方呢 主要原则是根据正镀时间和镀层厚度要求来确定 如果电镀时 间过短 或者过长 与厚度要求过分不协调 工艺员就很难找到适 应本生产线的工艺配方 一般来说 预镀层的厚度在 0 025 m 0 045 m 的范围内 而 预镀的时间是既不能过短 也不能过长的 可变动的余地极小 其 厚度可变动的范围也极小 所以我们可以凭经验 把预镀层厚度确 定一个估计值 例如定为 0 03 m 而正镀银层的厚度是随着时间的长短和电流密度的大小而变动 的 用 1 5A dm2电流密度 电镀 5 秒钟 支架功能区 约可以得到 0 095 m 厚度的银层 加上预镀银层 支架功能区约可以得到 0 125 m 左右的银层 若企业把功能区平均厚度指标定在 0 12 m 0 25 m 之间 则我们在选定镀液浓度时 就应充分考虑 本生产线正镀的实际时间 1 若电镀时间为 4 5 秒 则 25 30g L 2 若电镀时间为 5 5 5 秒 则 22 25g L 3 3 若电镀时间为 5 5 6 5 秒 则 18 22g L 当然我上面的数据只能仅供参考 因为各企业所使用的光亮剂 来源不同 设备状况也千差万别 但是有一条是共同的 就是配料 时 就应充分考虑到本企业的厚度指标 与本生产线光亮镀银的实 际时间 如果配低了 厚度就不合格 太簿 如果配高了 厚度会 过厚 造成浪费 如果开小电流 厚度虽然会降下来 但是镀层质 量会下降 甚至会造成功能性指标不合格 第二节 浓度与温度 电流密度的协调第二节 浓度与温度 电流密度的协调 笔者在 4 集 专门讲了温度对镀液电化学性能的影响 同时 也讲了它对电流密度的影响 现结合光亮镀银液的特点 归纳整理 如下 1 温度的升高 有利于绝大多数电解质的溶解 有利于降低镀 液粘稠性 增加了带电粒子运动的动力 减少了运动的阻力 所以 溶液的电导率提高 2 由于以上原因 导致浓差极化降低 同时又由于金属离子和 阴极表面金属活性增强放电速度加快 导致阴极电化学极化降低 所以在同样电流密度下 镀层结晶变粗 3 由于电导率的增大 浓差极化的降低 所以电流密度的上限 加大 我们通过加大电流密度的手段 就可以克服镀层变粗的问题 4 温度过高 会加快光亮剂的分解 从而加快有机杂质在溶液 内的积累 温度过高也会加快有毒气体的挥发 恶化劳动环境 温 度过高时镀层粗糙 疏松 不光亮 甚至表面发乌 5 温度偏低时 镀层白度下降 电流密度上限下降 生产效率 降低 温度过低时镀层发黄发乌 不但外观质量差 而且功能性质 量也差 因此一定要按说明书的要求 严格控制温度 本人主张 按说 明书的要求 控制在中上限 甚至就在上限 因为我们镀液的浓度 一般只能控制在说明书的中下限 甚至有时还可能低于说明书规定 的下限 而下限的镀液浓度 配之以上限的温度 再配之以在该条 件下尽可能大的电流密度 有利于取得优质的银镀层 尤其是在簿 银的条件下 能取得既簿 而各项功能性指标都优良的镀层 4 关于电流密度 本人已写过两集 即 3 集和 11 集 建议 读者一定要看 本人这里不再重复 但是就本生产线独特之处 笔 者觉得有必要着重提出来 并和诸公讨论 1 本生产线光亮镀银的电流密度 要比供应商说明书上的规定 的范围要小很多 而且在本生产线上若要获得优质产品 其电流密 度的范围就更小 为什么呢 首先 是由于我们支架几何形状的复杂性所造成 从检测支架 银层厚度可知 高 低电流区厚度相差很大 这个差别不但和几何 形状有关 而且和镀液循环也有关系 我们镀槽内 镀液入槽一般 都在底部 而卷带安放位置在镀液的上部 这样摆放 可以使支架 的非功能区 底径 的银层镀得簿一些 这样就使得整个支架银层 上簿下厚 因此在选用电流密度时 就必须同时兼顾功能区 高低 不同部位的电流密度都要在合理的范围之内 这种情况 对支架高 度大的 也就是卷带宽度较大的规格 尤为突出 第二 也是最主要的原因 我们的产品是电子产品的零部件 它需具备高导电性和良好的钎焊性 而我们产品到了下游用户手中 在其加工装配过程中 又需多次高温烘烤 所以又必须具备抗高温 变色能力 因为银层一旦变色 其导电功能及钎焊功能几乎都会严 重降低 因此支架银镀层要求有更高的晶细度 更低的孔隙率 因 为孔隙中会含水分 而水分中会含有微量的电解质 而银层中又会 含有微量异金属杂质 所以 只要镀层孔隙率稍高 在高温烘烤的 条件下 剧烈的化学反应与电化学反应 会使银层很快腐蚀变色 同时又由于银层对与镍层来说是阴极性镀层 镍层也会快速腐蚀 很快影响银层与镍层的结合力 由于以上两点原因 所以我们必须确保支架功能区的电流密度 都要在合理的范围之内 确保镀层很低的孔隙率 这样我们实际上 可以使用的电流密度范围就很小了 只能选择在尽可能高这一很小 的范围之内 2 在其它地方我们使用的电流密度 一般都在临界电流密度和 极限电流密度之间 而对于本生产线上的光亮镀银来说 电流密度 的选定还应当更进一步 应该在取得光亮镀层后 继续加大电流 在镀层刚刚出现微黄时 选取比微黄不白点稍小 镀层恢复银白光 亮 并经高温烘烤后 可焊性优良这一点的电流密度 这一点是质 5 量敏感点 电流密度极微小的变化 都会对镀层质量产生很大的影 响 为稳妥起见 我们在日常操作时 实际所使用的电流密度 可 以比该点再稍小一点 3 支架高度较大 俗称大带子 应使用比小带子较大的电流密 度 因为它高低电流区的差异比小带子稍大 如果镀液成份 允许 开比小带子稍大的大电流更好 如果不允许 那么我们必须调整镀 液 稍微添加 AgCN 并同时添加 KCN 然后再适当加大电流密度 第三节 关于电镀时间和搅拌力度第三节 关于电镀时间和搅拌力度 本生产线光亮镀银的电镀时间 决定于镀槽长度和阴极移动速 度 搅拌的力度决定于阴极移动速度和镀液循环的力度 笔者在本 集和以前都有专集讨论过 这里不再重复讨论 之所以还作为一节 标题 在此列出 无非是想说明其极端的重要性 同时也强调 时 间和搅拌力度与镀液浓度 温度 电流密度之间相互联系 相互作 用 一般说来 工艺员总是在电镀时间 搅拌力度既定的条件下作 业 只有在这两者与电镀质量发生严重不适应 通过其它技术手段 难于达到目的时 才被迫对这两者作出调整 而这两者 尤其是电 镀时间的调整 在本生产线上牵一发而动全身 往往需要对设备作 局部 或整体的改造 这就需要有老板的积极性 各企业之间 产品质量的差异 以及产品成本的高低 从管理 到技术 可以查找出许多原因 其中这两者与产品质量之间的不适 应性 可能都或轻或重的存在 而解决这两者的问题 难度却很大 它不像浓度 温度 电流密度那样 只要工艺员具备丰富的实践经 验 就能对存在问题做到早发现 快调整 而这两者存在的问题 可能存在多年 也不能解决 第四节 关于第四节 关于 PH 值的讨论值的讨论 与弱酸 弱碱镀液不同 光亮氰化镀银液属碱性溶液 而且碱 度很高 所以一般在工艺书籍上介绍该镀种时 不介绍 PH 值的范 6 围及如何控制 PH 值 即便是添加剂供应商 在其使用说明书上 其它方面都会有比较具体而又详细的说明 而唯独不介绍 PH 值 光亮银电镀溶液 因为其成份的不同 其碱度 PH 值 也会有 高低的不同 在 KOH K2CO3含量恒定的情况下 镀液的碱度 随 KCN 含量的提高而升高 该溶液的碱度会随着使用年代的加长而升高 因为在随着使用 时间的加长 K2CO3会自然升高并积累 它是弱酸强碱盐 碱性很 强 它导电导性能极强 因此镀液中存在 40 50g L 对提高分散能 力是很有利的 但是不能超过 80g L 尤其是不能超过 110g L 否 则易造成阳极钝化 镀层粗糙发黄 该溶液也会因处理过量 K2CO3 所使用的化工材料不同而使碱 度增加 本来处理溶液中过量存在的 K2CO3最好要用氰化钡 Ba CN 2 用它来处理镀液既不会带入 也不会生成其它杂质 但是由于 Ba CN 2价格很贵 导致有的企业不用它 而如果用 CaO 或者 Ca OH 2来处理镀液 就很有可能会增加溶液中 KOH 的含量 经多 次处理后 溶液中 KOH 就会越来越高 它属于强碱 因此它的升高 也必然会使溶液碱度升高 至于光亮氰化镀银液 PH 值究竟在什么范围内较为适当 很少 见到有人介绍 当然业内也有人认为 PH 值在 11 12 为宜 我遇到 一家从业 LED 支架电镀超过 10 年的老牌企业 它的正银镀液使用 期已超过 10 年 而且我又使用 CaO 处理过镀液 以降低过高的 K2CO3含量 所以正银镀液 PH 值基本上稳定在 13 5 左右 而该镀 液产品质量优良 而且也比较稳定 所以笔者认为 PH 值在 11 13 5 的范围内 工艺员可以不必去调 整 PH 值 但工艺员对本生产线光亮银镀液的 PH 值应该心中有数 因为它对镀液性能 对其它工艺条件的适用 对产品质量都有影响 1 对镀液性能的影响 PH 值较高 对于银氰阴络离子来说 其结构更稳定 也更复杂 在阴极上放电速度更缓慢 因此阴极电 化学极化更大 这有利于强化镀液的分散能力 在相同电流密度下 能得到更晶细的镀层 2 对镀液温度的影响 如果 PH 值较高 则镀液温度既不宜低 于 25 又不宜过高 温度过高 银层易粗糙发黄 发生这种情况 7 PH 值较高的尤甚 3 对阴极电流密度的影响 在温度 浓度都相同的情况下 PH 值较高的 在电镀时 电流密度的上限相比要低一些 如果不白 发黄点过早到来 经检查电流密度正常 镀液成份也正常 温度也 正常 阳极工作也正常 在这种情况下 可向镀液滴注磷酸 H3PO4 每次 0 3ml 1ml 每次间隔数分钟 逐步加入 到颜色正常 为止 滴注过程中 会产生有毒气体逸出 应注意防护 这就是说 PH 值较高的镀液 在其它条件相同的情况下 电流 密度的范围也稍小 工艺员操作难度会增大 但只要温度和电流密 度都使用恰当 取得的镀层 一般情况下 都是优良的 第五节 阳极过程对镀层质量的影响第五节 阳极过程对镀层质量的影响 阴极过程总会受到阳极过程的约束 我认为光亮氰化镀银尤甚 特别在功能性质量要求很严苛的情况下 从目前传统的 从事工业电镀生产企业 最流行的操作规程来 看 它要求 1 要有恰当的阴 阳极 可溶性阳极 面积比 一般说来 应 使银阳极溶解的量与阴极电沉积的量正好平衡 从而确保镀液银含 量稳定 进而稳定电镀生产过程 稳定产品质量 至于具体的面积 比 有人说 阳极面积 阴极面 1 1 具体到各企业 又要看镀液 的成份 其中特别是 KCN 含量的高低 及电流的小大而定 这一比 例不恰当 会使镀液成份波动较大 槽电压波动也较大 影响电镀 质量 2 使用质量较高的银板 其纯度最低要求为 99 9 一般应达 到中等要求 99 95 当然能达到 99 99 那当然对于电镀质量更加 有利 银板纯度不高 其必然结果是杂质含量增加 这对电镀很不 利 3 阳极在镀槽内排布恰当 要与阴极主要被镀面平行 要与阴 极之间保持恰当距离 4 与不溶性阳极联合使用 确保电力线分布更均匀 并使槽电 压稳定在一定范围之内 5 阳极套袋 以防溶渣混入镀液 8 6 针对支架头部设置辅助阳极 以确保头部镀层饱满而明亮 总之银板面积过大或过小 银板表面发黑 有金属杂质化合物 沉积 或造成钝化 这些都会对阴极过程产生不良影响 从而影响 镀层质量 关于槽电压的讨论关于槽电压的讨论 适当的槽电压很少有人讨论 因为在镀液成份范围已确定 阴 极电流密度的范围也已确定 并确保阳极溶解和阴极电沉积基本平 衡的条件下 其镀槽的正常槽电压的范围 也就基本定下来了 在正常电镀生产条件下 影响槽电压的因素 1 阳极面积 特别是可溶性阳极的面积 面积大 槽压低 反 之亦反之 阳极工作失常 会影响到槽电压 如银阳极钝化 或表 面被杂质复盖 或与阳极框接触不良 这些都会造成槽电压升高 这时电镀故障就会随之而来 2 溶液的电导率 若主盐浓度适当增加 或在主盐浓度不变的 情况下 添加其它导电盐 都会增加溶液电导率 而使镀液电阻降 低 因此槽电压降低 这种情况下的槽电压降低是有利于镀液分散 能力的提高的 同时也能减少电能的消耗 但是随着溶液电导率的 提高 我们又必须同时相应提高阴极电流密度 其时槽电压又可能 不降反升 3 电流密度的变化 槽电压随阴极电流密度的增加而升高 反 之亦反之 4 极间距 阴极与阳极距离大的槽电压高 反之亦反之 读者要问 在恒电流作业的条件下 槽电