电镀知识简介与无铅制程研讨

蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍知識簡介與無鉛製程研討,HiZealQADepartment:Stevenjiang,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,大綱,1.電鍍的功能和目的,2.電鍍的原理和方式,3.電鍍的要求,4.電鍍的工藝流程,5.電鍍的安全知識,6.常用的電鍍術語,7.常見的電鍍不良原因及對策,8.環保型電子產品的材料趨勢,9.電子產品中鉛的使用及其替代物,10.無鉛元件電鍍方法,11.無鉛製程對銲錫合金的要求,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的功能和目的,1.一般電鍍的功能和目的,a.防護性電鍍：提高金屬零件在使用環境中的抗腐蝕性能，如鍍鋅鋼管；,b.裝飾性電鍍：裝飾零件的外錶，使其光亮美觀，如首飾、金彿；,c.功能性電鍍：,提高零件錶麵硬度和耐磨性：如輪胎鋼圈鍍鉻；,增加金屬錶麵的反光和防反光能力：如燈飾；,提高導電性能：如塑膠電鍍、鍍金、鍍銀等；,提高導磁性能：如磁盤鍍鎳；,提高光的反射能力：如汽車燈反光底罩；,防止侷部滲碳、滲氮：鋼材鍍鎳、鉻前用鍍銅打底；,修復尺寸：如精密儀器；,耐熱性能：如塑膠電鍍；,銲接性能：連接器銲錫。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的功能和目的,2.連接器電鍍的功能和目的,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,鍍層的腐蝕,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,鍍層的腐蝕,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,鍍層的防腐,防止化學腐蝕：可以進行鍍金或鍍銀處理,防止原電池腐蝕：,1.鍍層本身的化學性質：採用電極電位較低的鍍層保護底材；,2.提高鍍層的厚度；,3.減少鍍層的孔隙；,4.改良環境。如：要海運的連接器最好採用隔絕包裝甚至採用,真空包裝。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的原理,電鍍的定義：當具有錶麵導電的製件與電解質溶液接觸，在外電源作用下,髮生氧化還原反應，在其錶麵沉積一層金屬的過程。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的原理,電鍍必須具備的條件：,1.整流器：直流電源；,2.陽極：可溶/不可溶性陽極（氧化反應）；,3.隂極：被鍍零件（還原反應）；,4.電鍍液：金屬離子、電解質、添加劑。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的原理,1.法拉第一定律：電解生成物與所通入的電量成正比。,2.法拉第二定律：通入一定的電量，各物質生成的量與其,化學當量成正比。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍的方式,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,鍍層的要求,a.與機體金屬結閤牢固，附着力好；,鍍層的最基本要求：,b.鍍層完整，結晶細緻緊密，孔隙率小；,c.具有良好的物理、化學和機械性能；,d.具有符閤標準規格的厚度而且均勻。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍工藝流程,所有電鍍基本流程：前處理電鍍后處理,連續電鍍具體流程：,前處理,電鍍,后處理,原料準備MaterialsPreparation,電解除油Electro-Cleaning,酸洗活化AcidActivation,鍍鎳底OverallNickelPlating,鍍金（含選鍍金）GoldPlating,鍍錫（或鍍錫鉛）TinPlating,水洗WaterCleaning,烘幹HotAirDrying,包裝Packaging,中和Neutralization,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍安全知識,1.連接器電鍍特殊藥品：,劇毒物品：氰化金鉀（俗稱金鹽）；氰化鉀（剝金用）。,b.刺激性藥品：氨水,c.重金屬：鉛、鎳,d.腐蝕性物品：脫脂劑、錫鉛酸、硫酸。,2.配戴口罩，接觸機臺、藥品要及時洗手。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍常用術語,1.電鍍：在外電源作用下，被迫髮生氧化還原反應，從而使金屬或非金屬工件錶麵上沉積一層金屬的方法。,2.化學鍍：髮生氧化還原反應，從而使金屬或非金屬工件錶麵再沉積一層金屬的方法。,3.電極：金屬和電解質溶液直接接觸所搆成的體繫稱為電化學電極，簡稱電極。,4.氧化還原反應：有氧化數變化或電子轉移的化學反應。,5.內應力:由于種種原因引起鍍層晶體結搆的變化，常會使其被伸長或縮短，但因鍍層被固定基體金屬上，遂使鍍層處于受力狀態，這種作用于鍍層單位麵積上的內力，就稱為內應力。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍常用術語,6.刷鍍：使用不溶性陽極，陽極錶麵附有吸附材料，這些吸附材料浸在電解液中，在完全浸潤的狀態下，將陽極與隂極（鍍件）相接觸，電沉積便産生了，這種電鍍方式稱為刷鍍。,7.浸鍍：將隂極全部或部分浸在電解液中以得到鍍層的方式稱為浸鍍。,8.噴鍍:使用不溶性陽極，用控製電解液與待鍍工件接觸部位的工具（如刻孔皮帶），使工件通過時電解液只沿規定方嚮與工件接觸，在接觸部位生成鍍層的方法。,9.燒焦：指鍍層髮黑、髮暗的現象。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍常用術語,10.白針：鍍金部位未鍍到金，稱之為白針。,11.氫脆：氫離子在隂極被還原后，一部分以H逸岀，一部分以原子氫的狀態滲入基體金屬及鍍層，使其韌性下降而變脆，稱之為氫脆。,12.針孔：氫在隂極析岀后，若在電鍍過程中氫氣泡總是滯畱在一個地方，就會在鍍層中形成空洞或縫隙，亦稱針孔。,13.痲點：若氫氣泡在隂極上附着的不牢固，髮生週期性的滯畱與脫落，就會岀現痲點。,2,14.Sn/Pb白霧：Sn/Pb槽液附着在鍍層上形成的霧狀物。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍常用術語,15.脫皮：鍍層與其體金屬或鍍層與鍍層之間接觸不好，或附着性差，使鍍層鬆散脫落，稱之為脫皮。,16.隂極：電化學析岀金屬或氫氣的電極髮生還原。,17.陽極：金屬髮生電化學溶解或不溶解性的場閤，髮生隂離子氧化的電極髮生氧化。,18.電流密度：電極的單位麵積上通過的電流。,19.Hull槽試驗：觀察在各種電流密度或不同條件下，電極錶麵鍍層變化的一種特殊形狀電解槽的試驗。,20.酸洗：將工件浸入酸溶液中以去除錶麵氧化皮的過程。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍常用術語,21.脫脂：將工件錶麵油汚去除的過程。,22.帶岀：槽內溶液附着于被鍍工件錶麵上而被帶岀槽子。,23.錶麵活性劑：減少錶麵張力，使其濕潤良好或乳化分散的物質。,24.光亮劑：讓電鍍膜光澤性改善的物質。,25.密着性：電鍍層與其下層金屬之間附着力之強弱。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,一、露銅：可清楚看見銅色,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,二、刮傷：指水平綫條狀，一般在錫鍍層比較容易發生,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,三、變形（挂歪）：指端子形狀已經偏離原有尺寸或位置,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,四、白霧：指鍍層表面卡一層雲霧狀，不光亮但平整,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,五、針孔：指成群、細小圓洞狀（似被針扎狀）,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,六、界面黑綫、霧綫：通常在鍍半金錫層之界面才會有此現象,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,七、焊錫不良：指鍍層沾錫能力不佳,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,電鍍簡介,電鍍不良原因及對策,八、鍍層發黑：不包含鍍半金錫界面發黑之現象,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,環保型電子產品的材料趨勢,鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯（PBB）或者多溴二苯醚（PBDE）等有毒害物質，經常被使用在通訊及家用電器之機板及零元件的組成材料之中。其常隨著廢棄舊電子產品的不當處理，經滲透到土壤而影響地下水質，造成嚴重污染危及人體健康。近年來歐盟及國際間各大電子業者，已分別提出上述物質的禁用令，並將陸續於2006年及2007年起強制實施。,中國政府也作出了相關規定：2006年1月以後，禁止使用鉛等有害物質於國家重點監管目錄中的製品上。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,電子產品中鉛的使用及其替代物,目前的電子產品中，含鉛成分的分佈以焊錫接點為主，約占全部的70%含量。其次為印刷電路板所使用的表面處理材料約占25%，另外有5%則是存在於電子元件之電鍍層上。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛元件電鍍方法,電鍍錫方式可分為熱浸泡及電解沉積法兩大類；前者價格便宜，而且電鍍後之表面色澤光亮，一般稱之為亮錫，但此技術極易產生錫須的問題，給業者帶來極大的困擾。但近年來，技術的重點發展較著重電解沉積法，這類的電鍍技術，又稱為霧錫電鍍。由於霧面的外觀較不吸引人，工業界又常在鍍液中添加有機光亮劑，使表面呈現光澤，並改善表面錫的樹狀突組織，及期待改善錫須的問題，但這個部分仍待加以測試驗證。,2003年Intel公司Kumar等人的文章中，針對不同元件電鍍的潤濕性、錫須或電子遷移等情況、以及是否易於大量生產造成環境衝擊等因素做比較。整體而言，霧錫電鍍的效能是較獲得Kumar等人認同的。他們提出純錫電鍍具有優良之焊接性及相容性，且錫本身為具良好之電導性及抗腐蝕性，又不至於造成地下水污染之無毒性物質；此外純錫電鍍之制程可提供相當均勻之厚度，及穩定制程參數，易被工業界所接受；且價格便宜，提供高結構強度與良好之信賴度。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛元件電鍍方法,針對電子元件之無鉛電鍍技術，目前仍未取得統一的共識。而較具潛力的幾種元件電鍍方式，包括有錫鉍、錫銀、錫銅、及純錫電鍍等。表1列出這幾種電鍍方式的比較，其中錫鉍電鍍雖然熔點較低，但由於鉍是鉛礦開發所衍生的副產品，其價格勢必因鉛的減產而提高，且錫鉍焊點的脫層問題也是不可被忽視的。錫銀電鍍之價格稍高，且因含有銀，在廢液回收時程式較為複雜。錫銅電鍍的焊接性好且性質穩定，但因銅的含量少（0.7%），故制程時控制不易，且亦有錫須的問題產生。而純錫電鍍其焊接性優良且價位低，制程技術穩定是歷史最久的電鍍方式。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛製程對銲錫合金的要求,理想的銲錫合金應達到以下特定之品質標準：,熔解範圍液態溫度必須夠低以避免零件和電路板在銲接過程中損傷，實際上這意味著必須在260時可用，260為大多數電子零件能容忍的溫度極限。另外，固態溫度要夠高，電鍍時才不會失去其機械強度註:錫鉛合金的熔點在183時能為範圍內的最佳平衡點。,2.冶金術合金的另一個決定性的因素為必須沾附於一般的工程用金屬(銀、銅、鎳等)。理想的新合金應該相容於既有的助銲劑、並且穩定而且不具侵蝕性，如此一來才能承受在電子學應用所遇到壓力、焠鍛鍊與溫度的變化。,3.環境健康與安全問題合金與其成分必須無鹵素，助銲劑與清洗用品也必須符合此要求。,4.經濟與供應上的考量任何可能取代錫鉛電鍍的新合金，其成分應該容易取得而且價格合理。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛製程對銲錫合金的要求,鉛在產品中的消耗量,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛製程對銲錫合金的要求,代替鉛的元素電子工業正在尋找無鉛焊錫，能夠取代普遍接受和廣泛使用的錫/鉛焊錫。研究與開發的努力集中在潛在的合金上面，這種合金要提供與錫/鉛共晶焊錫相似的物理、機械、溫度和電氣性能。表二是可以取代鉛的金屬及其相對成本。,蘇州瀚哲電子科技有限公司SuzhouHiZealElectronicsTechnologyCo.,Ltd,無鉛製程,無鉛製程對銲錫合金的要求,除了成本之外，還必須瞭解考慮作為鉛替代的元素的供需情況。如表三所示，含鉍合金從可利用資源的出發點上是無希望的，現在可利用的鉍供應可能被全部用完，如果將此合金廣泛用於正在蓬勃發展的電子工業。,表三、美國礦產局有關不同元素的