实现LED支架镀银生产线优质低耗(14)——光亮镀银

1 实现 LED 支架镀银生产线优质低耗 14 光亮镀银光亮镀银 本集笔者和业内诸公讨论如何在连续化 自动化生产线上镀好 LED 支架表层的光亮银 文中有某些观点和一些具体操作手段虽然 也可找到一定的理论支持 也已通过相当实践的检验 但由于本人 知识和实践的狭隘性 或可存谬 故用讨论一词 一 光亮镀银对中间镀层的依懒性 一 光亮镀银对中间镀层的依懒性 LED 支架属电子产品的零件 因此对银镀层的要求 有其自身 的特点 除了外观质量要求之外 更重要的是有较严格的功能性质 量要求 良好的导电性 良好的钎焊性 各镀层之间内应力较低 结合力良好 硬度适中 尤其是镍层的硬度要适中 良好的抗氧化 能力 尤其是高温抗变色能力等等 另外 还有经济性指标 即银 层厚度 当然厚度指标与功能性质量指标关系极大 但是现在由于 技术的进步 在银层银薄的情况下 已能满足上述功能性要求 为 满足上述外观 功能 经济诸方面要求 所以 LED 支架的银镀层必 须是 纯度高 晶粒半径小 高度致密晶细 反光性好 孔隙率低 附着力优良 镀层既薄而又完整 连续 平滑 在此基础之上 再 加上科学的后处理 科学的保管储放 产品必定受欢迎 我们要得到既薄且优的光亮银层 必须得到前道各工序的支持 其中包括光亮铜层和光亮镍层的支持 光亮酸铜可以得到高致密的 镜面光亮镀层 但由于整平度下降 不够平滑 所以不适合本生产 线 在本生产线上的酸铜工艺可以得到致密度适当而高整平的光亮 铜层 在此基础上 通过光亮氨基磺酸镍镀液 我们又可以得到硬 度中等 内应力较低 与铜层结合力良好 孔隙率减少 晶细 银 白光亮 整平度良好的光亮镍层 这就为镀好光亮银创造了条件 因为光亮银镀液整平能力差 在镀薄银的情况下 更加要求阴极表 层有较好的整平度 这样才能获得完整 连续 平滑的光亮银层 2 笔者在前面有关专集曾经提到过 铜层和镍层是常用组合过度镀层 在我们生产线上光亮酸铜镀层 光亮氨基磺酸镍镀层有更强的适应 性和更多的优越性 二 关于预处理的讨论二 关于预处理的讨论 金属银的电位很正 镍的电位比它负很多 为避免置换银层的 产生 提高结合力 所以光亮镍电镀经冲洗后进入光亮镀银 正镀 之前 必须经过预处理工艺 以往在以金属镍为基体的零件上镀银 或者是以镍为中间镀层的零件上镀银 或者在镍合金零件上镀银 其预处理流程一般是在 1 1 浓度的盐酸溶液中活化 冲洗 预 镀镍 冲击镍 冲洗 预镀银 于是现在我们有众多生产线上都 采用该预处理流程 只要该流程各环节都不出差错 该流程是有其 科学性与稳妥性 我在 2012 年 7 月始 到过一家从业 LED 支架镀银近 10 年的公 司 以顾问的名议 帮助抓技术 该公司生产线很短 从卷带进入 电解除油槽起 到出银保护槽末端 只有 33 米长 加上烘干 上架 下架及两头空隙 车间整个长度不足 50 米 该公司在光亮氨基磺酸 镍电镀之后经镍回收 冲洗之后就直接进入预镀银 当时产品质量 极不稳定 尤其是银层与镍层结合力差 经高温烘烤后 测试可焊 性 支架一放进焊钖溶液中 拿出来银层往往就会从镍层上脱落 如果按传统流行的预处理要求来改造现生产线 其难度甚至超过重 新设计制造一条新的生产线 于是老板召集公司工程技术人员和设 备施工人员开会 讨论造新线的具体施工方案 最后本人提出暂缓 施工 给我几天时间 我将对设施作微小改动 对预银工艺配比工 艺条件将作较大调整 如果质量提高了 那么成功的经验对你们造 新线有帮助 如果失败了 那么失败的教训对造新线也有帮助 大 家同意了我的意见 该公司当时卷带移动速度为 8 3cm s 预银镀槽 长度一条生产线上为 30cm 另一条为 40cm 预镀时间一条不足 4 秒 另一条不足 5 秒 预银配方 Ag1 3g L KCN50 60g L 阳极为 银板加不锈钢电流密度 0 6A dm2 由于加了银阳极 而银板在这种 3 条件下 溶解非常快 所以镀液实际银含量常常超过 3g L 最高时 达到 7g L 由于以下原因导致预镀银质量差 1 银含量高而且不稳 定 2 KCN 含量低 3 电流密度低 4 预镀时间不足 笔者采 取以下措施 1 阳极不用银板 单用不溶性阳极 为稳定 1 3g L 的银含量 根据实际消耗 每天分两次添加 AgCN 2 KCN 含量 从不足 60g L 提高到 100g L 以上 并且每天根据镀液分析单添加一 次 3 预镀槽增长至 43cm 我本来想增长至 50cm 但由于线上各 工作槽已排满 只能增长至 43cm 这样预镀时间为 43 8 3 5 2 秒 达到冲击电流预镀银的时间下限 4 电流密度从 0 6A dm2 提高到 2 0A dm2 5 槽电压控制在 3 3 5V 经此一变动 产品质量明显提 升 结合力不良的故障再也没有发生 在此基础上 我再在正镀银 上采取相应改进 光亮银层的质量在许多方面与同行业相比已经具 有明显优势 因此定价高于同行业同样能占领市场 因此本人对预 处理的结论意见是 1 在生产线上 光亮镀镍 尤其是在光亮氨基磺酸镍的电镀过 程中 镍层表面不存在钝化的问题 而出槽后 在冲洗过程中 镍 层爆露在空气中 方能快速钝化 而最快的速度也需要时间 根据 笔者实际经验 只要加强冲洗力度 并把冲洗时间压缩在 15 秒之内 虽然存在一定程度的钝化 但这可以用预镀银来解决 可以去掉盐 酸活化工序和冲击镍工序 2 光亮镍之后 若已采用了盐酸活化工序 就必须续之以冲击 镍工艺 因为盐酸溶液在活化金属同时 会增加金属表层的微观粗 糙 因此必须用冲击镍来填平这些微观粗糙 并使镍层得到进一步 活化 3 在省掉以上两道预处理工序后 预镀银最好改用冲击电流 络合物镀液在电镀复杂零件时 常用高络合剂低主盐浓度在短时间 内用比正常电流大 2 3 倍的电流进行冲击镀 然后快速进入正常电 流电镀 用冲击电流预镀银工艺规程 Ag1 2g L KCN90 120g L 4 温度常温 电流密度1 8 2 2A dm2 时间5 7s 槽电压3 3 2V 阳极不锈钢 当然用同样的配方 也可用 0 5A dm2的电流预镀 但时间约需 1 分钟 预镀主要有两大作用 第一 它能对阴极表层起到活化作用 因为从电流密度的绝对值看 虽然只有 2A dm2左右 但相对溶液成 份来说已经很高 阴极极化程度大 静电场强度大 电流效率低 原来阴极活化程度不够 可以看作是电化学反应的阻力大 而在很 强的电场强度下 这种阻力就可以克服 这就是活化过程 第二 经活化而生成的预镀银层薄而致密 它改变了阴极的电极电位 从 而避免了阴极进入正镀时发生置换的问题 另外 预镀还有一个辅 助功能 即保卫正银镀液纯度的作用 要严格掌握预镀的时间 既确保预镀层完整和全复盖 又不要 使其过厚 预镀银出槽后 可以不必清洗 快速进入正镀银 三 关于镀液浓度的讨论三 关于镀液浓度的讨论 这里所讲的浓度 不只是指镀液中金属银的绝对含量 而且还 包括金属银含量与氰化钾含量的协调关系 即金属银在镀液中的相 对含量 所以这里实质上是讨论本生产线上光亮镀银溶液主要成份 配方的特点与优化的问题 1 首先要了解怎样才能充分发挥氰化镀银光亮剂的效能 除极 少数品牌光亮剂之外 目前市售大多数光亮剂 只有在银含量较高 同时氰化钾含量也较高 电流密度较大 阴极极化的绝对值达到较 大值时 才能发挥作用 所以光亮银主要成份的配方与普通镀银液 相比 其特点是 第一 金属银的绝对含量高 第二 游离氰化钾 的含量要高 这样有利于开大电流 有利于充分发挥光亮剂的效能 由此带来光亮镀银的又一特点是 银层沉积速度快 生产效率极高 5 2 镀液主要成份及相关关系 镀液的主要成份 络合剂氰化钾 KCN 相对分子量 65 12 主盐 氰化银 AgCN 相对分子量 133 89 其金属的质量分数为 80 6 另外 最重要的微量成份为组合使用的光亮银添加剂 在镀液中还 有一些其它不可以过多的有益成份 如氢氧化钾 KOH 碳酸钾 K2CO3 它们都是在配缸时适当添加 镀液使用后碳酸钾会自然增 加 它的导电能力极强 因此适量存在对优化镀液性能有利 但若 镀液使用时间很长 其含量超过 110g L 时 则阳极易钝化 镀层粗 糙发黄 其时应处理镀液 另外 还有一些在特殊情况下可以利用 的无机添加剂 如酒石酸钾钠 NaKC4H4O6 它有辅助络合作用和活 化阳极作有用 磷酸 H3PO4 它的功用后文会讲到 等 由于添加剂的含量目前难以检测 它的添加主要靠工艺人员的 实际经验 其它成份除配缸外 一般无需考虑添加 还有少数添加 物 一般只有在处理电镀故障时添加 所以笔者在这里只讨论主盐 以银含量计 与络合剂的含量及其相对比例关系是否适当 由于电镀零件 电镀设备 工艺方法与工艺条件 所使用的添 加剂 镀层厚度要求等诸方面的差异 所以各厂配方会有较大差异 业内一般认为 银含量在 20 45g L 氰化钾在 60 120g L 在我们的生产线上镀银 和其它挂镀银 有诸多相同的特点 所以挂镀的配方应重点作为参考 但我们生产线上镀银又与其它挂 镀有诸多不同的特点 第一 阴极移动方式和速度不同 一般挂镀 既可以上下垂直移动 又可以水平往复移动 而我们生产线上只能 作水平 单向直线移动 尤其是我们生产线阴极移动的速度 大多 数企业都比一般挂镀快 快好几倍 所以它要求有较高的电流密度 和金属沉积速度 第二 在非连续化 自动化的情况下 电镀时间 不受移动速度控制 可以较灵活地变动 而在我们生产线上 一旦 镀槽长度确定 电镀时间就完全由阴极移动的速度所决定 而且我 们改变这个速度的自由度是很小的 例如 为了适应减薄银层的要 求 我们可以提高速度 这样就可减少镀银的时间 但是这样同时 6 减少了除油 酸洗等其它工序的时间 一旦前处理不良 必定产生 严重后果 所以笔者认为在镀薄银的情况下 本生产线上的工艺配 方 更有其自身的特色 主要表现在 Ag 绝对含量的选定范围没有 挂镀大 上限不得不有所降低 而 KCN 的含量不但不能降低 在某 种情况下可能会达到和超过 120g L 为了进一步阐明本人观点 现举两方面的案例 第一 光亮剂给企业主带来的新烦恼 三年前 笔者遇到过某公司 他们从业 LED 支架电镀已多年 业主出身名牌大学 高级工程师 电镀实际经验很丰富 为了克服 原来镀银液浓度高带出损耗大的损失 进一步降本增效 于是把光 亮镀银液的银含量规定为 8 10g L KCN 含量不变仍为 80 120g L 结果银层不白发乌 他称之为乌亮 不但外观质量不如人意 功能 性质量也极不稳定 常因为可焊性不良与用户产生纠纷 老用户也 被同行挤占 我与之讨论 他认定银层发乌是 KCN 含量高造成的 不愿意提高银含量 该公司有两条生产线 我把一条生产线 Ag 含 量提高到 15g L 并相应提高电流密度 另一条线维持现状 结果两 条线的外观质量明显不同 一条银白光亮另一条表面乌亮 经试验 一个月后 除工艺银耗略有增加之外 经计算非工艺银耗基本上没 有增加 因为银回收液可以回用 于是该业主才同意把银含量提高 到 15 25g L 这样就基本上解决了银层不白 且易变色的问题 第二 镀薄银带来了新挑战 笔者又遇到过这样的实例 某公司原来产品银层厚度在 0 3 m 以上 历年来生产还算不差 2011 年下半年起 老板在市场上发现 有的同行在 0 2 m 以下 于是决定降低厚度 他的办法就是降电流 该生产线有 2 只正银镀槽 第一只长 50cm 用来全镀 第二只槽长 40cm 用作局部镀 全镀电流用 3 3A 阴极面积 4 6dm2 电流密度 0 72A dm2 局部镀共用电流 1 2A 结果镀层厚度是降下来了 而且 降的幅度还比较大 但是质量也降下来了 不但外观质量差 可焊 性更差 和用户常发生质量纠纷 一段时间之后 企业面临危机 我到该厂之后 查阅了该厂所有技术资料 包括该厂以前的原始记 7 录 光亮银添加剂供应商提供的工艺规程等 供应商提供的规程中 其中就有 电流密度不小于 1A dm2这一条 当时全镀电流密度只有 0 7A dm2 这是问题的主要所在 于是决定 第一 停止局部镀 第二 将全镀镀槽由 50cm 缩短为 40cm 把原来全镀 局部镀的 总电流都加到第一只缩短后的镀槽中 这样电流密度由原来的 0 7A dm2增大到 1 2A dm2 这样一改 质量立竿见影 明显好转 为确保质量的稳定性 我又把电流从 4 5A 提高到 5 5A 左右 电流 密度相应提高到 1 5A dm2 这样质量达到优良且稳定 该线目前移 动速度为 8cm 秒 预镀时间为 5 4 秒 正镀时间为 5 秒 支架功能 区平均厚度在 0 125 m 左右 该线镀液浓度 Ag 含量稳定在 23g L KCN 在 100 110g L 这一配比 对该厂较为妥当 因为这 一浓度与其电镀时间和厚度指标相适当 出于经济效益的追求和市场竞争的压力 老板都有追求越薄越 好的冲动 在越来越薄的情况下 新的挑战或者说矛盾也越来越突 出 第一 光亮镀银液要求较高银含量 因此我们不能采取低浓度 的技术手段 业内有人提出 如有必须 银含量可以低至 18g L 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 其分散能力毕竟降低 尤其是能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 第二 于是降低厚度最有效的手段就是提高移动速度 以减少 电镀时间 问题是你不能单独减少镀银时间 而不减少镀前处理 和预处理的时间 如果生产线上镀前处理时间或者是预处理时间已 经不能减少 那么 你也无法用提速来缩短镀银的时间 在有多只 镀银槽的情况下 可以用停用后面一只镀槽的方法来缩短镀银时间 第三 添加剂对移动速度 也有一个适应范围 速度过快是否 适应 业内同仁也应引起足够重视 8 笔者再把本节内容重新归纳总结如下 LED 支架光亮镀银 其溶液配比不但和普通镀银有明显不同 而且和非连续化自动化的光亮镀银也有一定的差别 尤其是在镀薄 银的条件下 与普通镀银相比 本生产线镀液的银含量不能过低 一般在普通镀银的中上限 与非自动化连续化光亮镀相比本生产线 镀液中 KCN 含量 尤其是游离含量更高 而银含量的上限却并不很 高 本生产线镀液浓度可以选择的范围其实很小 下限定得很死 如无必须 不得低于 20g L 而上限由于受厚度的限止 能自由增加 的幅度很小 银含量 22 28g L KCN 110 120g L 这一配比对镀