电镀知识讲座

1、电镀技术概论内容介绍v表面处理介绍v电镀基本反应及装置v电镀流程介绍v贵金属电镀方式介绍v测试分析与故障原因分析表面处理表面处理v表面处理的对象非常广泛，从传统工业到现在的高科技工业，表面处理的对象非常广泛，从传统工业到现在的高科技工业，从以前的金属表面到现在的塑料，非金属的表面。它使材料从以前的金属表面到现在的塑料，非金属的表面。它使材料更耐腐蚀、更耐磨耗、更耐热，它使材料之寿延长，此外改更耐腐蚀、更耐磨耗、更耐热，它使材料之寿延长，此外改善材料表面之特性，光泽美观等提高产品之附加价值，所有善材料表面之特性，光泽美观等提高产品之附加价值，所有这些改变材料表面之物理，机械及化学性质之加工技术统

2、称这些改变材料表面之物理，机械及化学性质之加工技术统称为表面处为表面处理理（surface treatment ）或称为表面加工或称为表面加工（surface finishing）。 金属表面处理金属表面处理v金属经初步加工成型后需修饰金属表面，美化金属表面，更金属经初步加工成型后需修饰金属表面，美化金属表面，更进一步改变金属表面的机械性质及物理化学性质等之各种操进一步改变金属表面的机械性质及物理化学性质等之各种操作过程，称之为金属表面处理作过程，称之为金属表面处理.或称之金属表面加工（或称之金属表面加工（metal surface finishing）。）。 表面处理的目的表面处理的目的 v

3、表面处理的目的可以分四大类表面处理的目的可以分四大类:v（1）美观美观（appearance）：为了提高制品之附加价值，赋：为了提高制品之附加价值，赋予制品表面美观，例如装饰性电镀予制品表面美观，例如装饰性电镀（decorative plating） Au。v（2）防护防护（protection） ：为了延长制品的寿命，再制品表：为了延长制品的寿命，再制品表面披覆面披覆（coating）耐腐蚀之材料，例如保护性电镀耐腐蚀之材料，例如保护性电镀Niv（3）特殊表面性质特殊表面性质（special surface properties）v1.提高制品之导电性提高制品之导电性（electrical

4、conductivity），例如电镀，例如电镀Ag、Cu。v2.提高焊接性提高焊接性（soderability）在通讯急电子工业应用，例如在通讯急电子工业应用，例如Sn合金电镀。合金电镀。v3.提高光线之反射性提高光线之反射性（light reflectivity）例如宇宙飞船，人例如宇宙飞船，人造卫星的外壳需反射光线，造卫星的外壳需反射光线，Ag及及Rh的镀层被应用上。的镀层被应用上。v4.减小接触阻抗减小接触阻抗（contact resistance）例如在电子组件之例如在电子组件之Au及及Pd电镀。电镀。v（4）机械或工程性质（）机械或工程性质（mechanical or enginee

5、ring properties）v1.提高制品之强度（提高制品之强度（strength）。）。v2.增加硬度（增加硬度（hardness）及耐磨性（）及耐磨性（wear resistance）。）。v3.提高制品之耐热性及耐候性。提高制品之耐热性及耐候性。电镀的目的与定义v电镀之定义电镀之定义v电镀（电镀（electroplating）被定义为一种电沈积过程）被定义为一种电沈积过程（electro-depositionprocess），是利用电极（），是利用电极（electrode）通过电流，）通过电流，使金属附着于物体表面上，其目的是在改变物体表面之特性使金属附着于物体表面上，其目的是在改变

6、物体表面之特性或尺寸。或尺寸。v电镀之目的电镀之目的v电镀的目的是在基材上镀上金属镀层（电镀的目的是在基材上镀上金属镀层（deposit），改变基材），改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性。止磨耗、提高导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性。基本反应( Basic Reaction )v电镀是利用适当的电位能外加电流于一电化学电池，以在阴电镀是利用适当的电位能外加电流于一电化学电池，以在阴极析出所欲得的产物。极析出所欲得的产物。v金属离子由电镀液提供或来自消耗性阳极被施加之

7、电位能还金属离子由电镀液提供或来自消耗性阳极被施加之电位能还原并沉积于阴极原并沉积于阴极v以铜为例以铜为例 阴极反应阴极反应 Cu2+ + 2 e- Cu 2 H+ + 2 e- H2 阳极反应阳极反应 Cu Cu2+ + 2 e- 4 OH- 2 H2O + O2 + 4 e-阴极(-)阳极(+)电镀液外部电源电镀基本装置( Basic set up for Electroplating )v电镀的基本装置是一化学电池由阴极、阳极、电源供应器及电镀的基本装置是一化学电池由阴极、阳极、电源供应器及电镀液所组成。电镀液所组成。v阴极：放置基板或欲电镀物，随工件之种类可区分为阴极：放置基板或欲电镀

8、物，随工件之种类可区分为 连续带状电镀连续带状电镀(以移动带状物为阴极以移动带状物为阴极)、大量小型工件电镀、大量小型工件电镀(置置于滚筒于滚筒)以及大型工件以及大型工件(工件挂置于阴极工件挂置于阴极)v阳极：阳极： 消耗性阳极：由欲镀到基板上的镀层金属制成，此阳极会在消耗性阳极：由欲镀到基板上的镀层金属制成，此阳极会在电镀过程中溶解，以提供电镀所需之金属离子电镀过程中溶解，以提供电镀所需之金属离子。(如镍饼、如镍饼、锡球锡球) 非消耗性阳极：此种阳极只是单纯作为电的通路并不会溶解，非消耗性阳极：此种阳极只是单纯作为电的通路并不会溶解，其电镀所需的金属离子是由电镀液提供其电镀所需的金属离子是由

9、电镀液提供。(如白金钛网如白金钛网)v电镀液：电镀液： 提供电镀时电的通路、金属离子及添加剂以控制电镀层性质。提供电镀时电的通路、金属离子及添加剂以控制电镀层性质。电镀液于电镀操作时一般藉机械搅拌或气泡搅拌。电镀液于电镀操作时一般藉机械搅拌或气泡搅拌。v电源供应器：电源供应器： 可提供直流电或脉冲电镀。可提供直流电或脉冲电镀。电化学反应电化学反应 vMain reactionv阴极：阴极：Mn+ + ne- - Mv阳极：阳极：M - Mn+ + n e- vSide reactionv阴极：阴极：2 H2O - 2 OH- +H2 v阳极：阳极：Mn+ + n OH- M（OH）n 电镀流程

10、v前处理制程前处理制程v 超音波脱脂超音波脱脂/阴极电解脱脂阴极电解脱脂/阳极电解脱脂阳极电解脱脂/酸处理酸处理v电镀制程电镀制程v 镀铜镀铜/镀镍镀镍/镀钯镍镀钯镍/镀金镀金/镀锡镀锡v后处理制程后处理制程v 封孔封孔/润滑润滑/热水热水/吹风吹风/干燥干燥机台流程超音波脱脂电解脱脂酸活化镀钯镍制程镀镍制程镀铜制程镀金制程镀锡制程后处理制程水洗水洗水洗水洗水洗水洗水洗水洗前处理目的v前处理的目的是为了得到良好的镀层，由于镀件在制造、加前处理的目的是为了得到良好的镀层，由于镀件在制造、加工搬运、保存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘工搬运、保存期间会有油酯、氧化物锈皮、氢氧化物、灰尘等污

11、物附着于镀件表面上，若不去除这些污物而进行电镀将等污物附着于镀件表面上，若不去除这些污物而进行电镀将得不到良好的镀层。镀件质量，前处理占很重要的地位。得不到良好的镀层。镀件质量，前处理占很重要的地位。前处理前处理_超音波脱脂超音波脱脂 v利用高频率超音波传入液体时，所产生之无数细微气泡在瞬利用高频率超音波传入液体时，所产生之无数细微气泡在瞬间爆破及再生，冲击附着在清洗物上之油渍，这些肉眼看不间爆破及再生，冲击附着在清洗物上之油渍，这些肉眼看不见的气泡，可侵入对象的细孔、凹凸或其他隐蔽处，达到全见的气泡，可侵入对象的细孔、凹凸或其他隐蔽处，达到全面清洗的效果。面清洗的效果。 前处理_阴/阳电解脱

12、脂v阴极电解脱脂阴极电解脱脂 v 利用水的电解反应中在阴极表面所产生之氢气将油脂带利用水的电解反应中在阴极表面所产生之氢气将油脂带离对象表面。离对象表面。 v阳极电解脱脂阳极电解脱脂 v 利用水的电解反应中在阳极表面所产生之氧气将油脂带利用水的电解反应中在阳极表面所产生之氧气将油脂带离对象表面，同时可将表面上之金属杂质在表面解离，提高离对象表面，同时可将表面上之金属杂质在表面解离，提高镀件表面的纯度。镀件表面的纯度。 电解脱脂法的比较 项目阴极电解脱脂阳极电解脱脂特征脱脂力较大。金属表面不起钝化。不会侵蚀底材。可活化钝态的皮膜。处理时间短。界面活性剂等添加剂 分解少，槽液寿命长。不生成黑迹。不

13、发生脆化。复杂的物品，皆可均等的脱脂。由于生成氧化皮膜，可保护金属表面。缺点发生氢气脆化，碱性脆化，由于电流密度的变化，脱脂程度有差别。浴外溶解的金属，不纯物有附着的情况。表面生成钝态膜电解液的寿命短。脱脂效力较阴极法差。前处理_酸处理v将素材表面上之无机物，如氧化膜、锈垢或杂质金属去除，将素材表面上之无机物，如氧化膜、锈垢或杂质金属去除，使素材在进入电镀浴前其表面保持新鲜，以获取更佳之附着使素材在进入电镀浴前其表面保持新鲜，以获取更佳之附着力。力。 电镀制程v电镀铜v电镀镍v电镀钯镍v电镀金v电镀锡电镀铜电镀铜的目的：电镀铜的目的：v铜镀层具有良好均匀性、致密性、附着性及抛旋光性等所以铜镀层

14、具有良好均匀性、致密性、附着性及抛旋光性等所以可做其他电镀金属之底镀镀层。可做其他电镀金属之底镀镀层。v镀浴组成：镀浴组成：v碱性镀浴：氰化亚铜碱性镀浴：氰化亚铜/氰化钠氰化钠v优点：镀层细致、均一性良好、可直接镀在钢铁上优点：镀层细致、均一性良好、可直接镀在钢铁上v缺点：毒性强、废液处理麻烦、电流密度小，生产效率低、缺点：毒性强、废液处理麻烦、电流密度小，生产效率低、电流效率低电流效率低电镀镍v电镀镍的目的：保护底材、防腐蚀、耐磨电镀镍的目的：保护底材、防腐蚀、耐磨v镀浴组成：胺基磺酸镍（半光泽）镀浴：镀浴组成：胺基磺酸镍（半光泽）镀浴：v优点：耐腐蚀、低内应力优点：耐腐蚀、低内应力v 内应

15、力：雾镍半光泽镍光泽镍内应力：雾镍半光泽镍光泽镍v 电镀效率：雾镍半光泽镍光泽镍电镀效率：雾镍半光泽镍光泽镍v 耐候性：雾镍半光泽镍光泽镍耐候性：雾镍半光泽镍光泽镍v规格：厚度依客户要求，一般为规格：厚度依客户要求，一般为50 -inch电镀钯镍v电镀钯镍的功能：高质量产品的表面处理电镀钯镍的功能：高质量产品的表面处理v镀浴组成：镀浴组成：v 钯镍合金（胺钯）钯镍合金（胺钯）Pd：Ni80：20v优点：疏孔性小、耐氧化、较佳差拔力、可取代厚金电镀降优点：疏孔性小、耐氧化、较佳差拔力、可取代厚金电镀降低成本低成本v电镀方式：浸镀、刷镀电镀方式：浸镀、刷镀电镀金v电镀金的功能：一般连接器端子接触位

16、置常用此金属电镀金的功能：一般连接器端子接触位置常用此金属v镀浴组成：镀浴组成：v 金钴合金金钴合金(硬金，金纯度硬金，金纯度99.7%以上以上)v优点：延展性佳、导电度高、稳定性好、不易氧化、优点：延展性佳、导电度高、稳定性好、不易氧化、具美观性具美观性v电镀方式：浸镀、刷镀、喷镀电镀方式：浸镀、刷镀、喷镀电镀锡v电镀锡功能：电器及电子工业，因锡容易焊接，导电电镀锡功能：电器及电子工业，因锡容易焊接，导电性良好，广泛应用在电器及电子需要焊接的零件上。性良好，广泛应用在电器及电子需要焊接的零件上。 v因应欧洲RoHS的规定，铅为管制物质，因此电镀锡，铅为管制物质，因此电镀锡由原来的锡铅合金电镀

17、改为无铅电镀由原来的锡铅合金电镀改为无铅电镀锡层耐高温工艺v纯锡的导入，而锡的熔点为纯锡的导入，而锡的熔点为232，故焊锡温度提高，故焊锡温度提高，一般为一般为2605，从而导致在焊接时锡层发生重溶和，从而导致在焊接时锡层发生重溶和变色（因电镀层在沉积过程中有机添加剂共同沉积，变色（因电镀层在沉积过程中有机添加剂共同沉积，高温后发生碳化变色）。高温后发生碳化变色）。v鉴于上述原因导入高温镍和后处理皮膜保护。鉴于上述原因导入高温镍和后处理皮膜保护。v高温镍：在镍液中加入一微量元素，改变镍层结构，高温镍：在镍液中加入一微量元素，改变镍层结构，防止铜原子高温后透过镍层扩散到表层及该微量元素防止铜原子

18、高温后透过镍层扩散到表层及该微量元素高温后会与锡层反应，改变表层结构从而防止锡层发高温后会与锡层反应，改变表层结构从而防止锡层发生溶化。生溶化。v皮膜保护剂：在锡表层包覆一层有机层，隔绝锡层与皮膜保护剂：在锡表层包覆一层有机层，隔绝锡层与外界空气接触而产生氧化现象。外界空气接触而产生氧化现象。后处理后处理 （1）封孔处理）封孔处理v以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面，增加其耐候性，可以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面，增加其耐候性，可降低镀层表面的疏孔性。降低镀层表面的疏孔性。（2）润滑制程）润滑制程v以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面，以降低表面上之摩以油脂或高分子化合物涂布于镀层表面，以降

19、低表面上之摩擦力，提升其耐摩程度。擦力，提升其耐摩程度。（3）热水洗）热水洗v洗净残留镀液，提高镀件温度，以利烘干。洗净残留镀液，提高镀件温度，以利烘干。（4）吹风）吹风v把水滴从镀件吹干，只残留少许水份。把水滴从镀件吹干，只残留少许水份。（5）干燥）干燥v利用利用IR（或热风机）将镀件上水份完全烘干。（或热风机）将镀件上水份完全烘干。贵金属的电镀方式贵金属的电镀方式v刷镀：刷镀：使用不溶性阳极，阳极表面附有吸附材料，这些吸使用不溶性阳极，阳极表面附有吸附材料，这些吸 附材料浸在电解液中，在完全浸润的状态下，将阳附材料浸在电解液中，在完全浸润的状态下，将阳 极与阴极（镀件）相接触，电沉积便产生

20、了，这种极与阴极（镀件）相接触，电沉积便产生了，这种 电镀方式称为刷镀。电镀方式称为刷镀。根据产品功能性要求，一般只根据产品功能性要求，一般只 电镀接触点面部分，缩小电镀面积，提高电镀效率并电镀接触点面部分，缩小电镀面积，提高电镀效率并 降低电镀成本。降低电镀成本。v喷镀喷镀：使用不溶性阳极，用控制电解液与待镀工件接触部使用不溶性阳极，用控制电解液与待镀工件接触部 位的工具（如刻孔皮带），使工件通过时电解液只位的工具（如刻孔皮带），使工件通过时电解液只 沿规定方向与工件接触，在接触部位生成镀层的方沿规定方向与工件接触，在接触部位生成镀层的方 法。法。镀金区域为中间有一定范围者且无法使用刷镀者镀

21、金区域为中间有一定范围者且无法使用刷镀者。 浸镀：将阴极全部或部分浸在电解液中以得到镀层的方式浸镀：将阴极全部或部分浸在电解液中以得到镀层的方式 称称为浸镀。为浸镀。目前市场上最普遍使用之电镀方式，一般用于薄金目前市场上最普遍使用之电镀方式，一般用于薄金产产品，但此种电镀成本比较大，较浪费。品，但此种电镀成本比较大，较浪费。点镀：采用定位轮将产品固定于定位槽中，对于需要电镀部点镀：采用定位轮将产品固定于定位槽中，对于需要电镀部分开孔，药水从孔中喷射只须电镀之部位，从而产生金层沉分开孔，药水从孔中喷射只须电镀之部位，从而产生金层沉积的方式。一般只电镀产品功能点积的方式。一般只电镀产品功能点 ，对

22、于一些质量或精度要，对于一些质量或精度要求高的产品比较适合，是目前最省金的电镀方法，但只能电求高的产品比较适合，是目前最省金的电镀方法，但只能电镀平面产品且设备成本较高镀平面产品且设备成本较高刷镀v刷镀使用的时机刷镀使用的时机v端子设计接触为平面（单一）且端子设计接触为平面（单一）且只需小面积镀金者只需小面积镀金者v端子设计为凸点者（接触点端子设计为凸点者（接触点-半半圆圆/曲线）曲线） 镀金工站 A.刷镀刷镀五角罩头机架料带附加电路板压带轮气囊刷镀用羊毛毡药水进水口药水进水口阳极导线子槽流量控制阀喷镀v喷镀使用时机：喷镀使用时机：v镀金区域为中间有一定区域镀金区域为中间有一定区域且无法使用刷

23、镀者且无法使用刷镀者浸镀v浸镀使用时机：浸镀使用时机：v圆柱形端子且需全面镀金者圆柱形端子且需全面镀金者v立体性端子且无法使用其它立体性端子且无法使用其它电镀方式者（弧度较大）电镀方式者（弧度较大）v不管平面或立体，整支不管平面或立体，整支PIN均需镀金者均需镀金者v端子正反面皆需镀金者端子正反面皆需镀金者点镀接触点镀金接触点镀金焊接点镀金焊接点镀金点镀使用时机：点镀使用时机：减少点镀金面积，减少点镀金面积，降低成本降低成本部分精密端子功部分精密端子功能性需要如防止能性需要如防止爬锡爬锡点镀设备一般检查项目v外观（外观（APPEARANCE）：一般有发黑、发白、：一般有发黑、发白、发雾、划伤、

24、发红、氧化异色、烧焦、变形等。发雾、划伤、发红、氧化异色、烧焦、变形等。v主要检测方法：目视、放大镜检测、显微镜检测、主要检测方法：目视、放大镜检测、显微镜检测、投影仪检测。投影仪检测。结合力試结合力試验（验（ADHESION）：结合力是指镀层与：结合力是指镀层与基体金属（或中间层）的结合强度，即单位表面积基体金属（或中间层）的结合强度，即单位表面积的镀层从基体（或中间层）剥离所需要得力。的镀层从基体（或中间层）剥离所需要得力。主要检测方法：弯曲试验法、锉刀试验法、划痕实主要检测方法：弯曲试验法、锉刀试验法、划痕实验法（百格试验）、胶带试验法、热震试验法。验法（百格试验）、胶带试验法、热震试验

25、法。焊锡性试验（焊锡性试验（SOLDERBILITY）:焊锡性时表示焊焊锡性时表示焊锡在欲焊金属表面流动的难易程度即镀层表面被熔融锡在欲焊金属表面流动的难易程度即镀层表面被熔融焊料润湿的能力。焊料润湿的能力。试验方法：流布面积法、湿润时间法、蒸汽考验法。试验方法：流布面积法、湿润时间法、蒸汽考验法。常用试验仪器：焊锡炉（检验用）、焊锡天平（分析常用试验仪器：焊锡炉（检验用）、焊锡天平（分析用）。用）。膜厚量测（膜厚量测（THICKNESS MEASUREMENT）：电镀：电镀层厚度是衡量镀层质量的重要指标。它很大程度上层厚度是衡量镀层质量的重要指标。它很大程度上影响着产品的可靠性和使用寿命。影

26、响着产品的可靠性和使用寿命。目前最常用的检测仪器：目前最常用的检测仪器：x-ray信赖度试验（信赖度试验（RELIABILITY TEST）T硝酸蒸气试验( GOLD POROSITY TEST )_ EIA364-60 Procedure 1.1.1T蒸气老化试验( STEAM AGING TEST )_ J-STD-002T沾锡性试验( SOLDERBILITY TEST )_ J-STD-002T盐水喷雾试验( SALT SPRAY TEST )_ MIL-STD-202F Method 101D常见异常状况v镀膜附着力不好镀膜附着力不好( peeling )v露铜露铜( exposed

27、 basis metal )v针孔针孔( pinhole / pore )v镀层烧焦镀层烧焦( burnt deposit )v膜厚不足膜厚不足( thickness not enough )v沾锡不良沾锡不良( de-wetting / non-wetting )不良可能发生的原因改善对策1.前处理不良，油脂、氧化物、前处理不良，油脂、氧化物、异物尚未除去。异物尚未除去。加强前处理或降低生产速度。加强前处理或降低生产速度。2.导电不良导电不良重新调整导电重新调整导电3.槽液光泽剂过量或有机杂质槽液光泽剂过量或有机杂质污染污染活性炭碳过滤处理活性炭碳过滤处理4.中间层钝化中间层钝化提高产速或增

28、加活化工艺提高产速或增加活化工艺5.电流过大电流过大降低电流或提高产速降低电流或提高产速一、一、镀膜附着力不好：镀层与基体金属或中间镀层结合强度不够。 二、二、 露铜：可清楚看见铜色露铜：可清楚看见铜色不良可能发生的原因改善对策1.前处理不良，油脂、氧化物、前处理不良，油脂、氧化物、异物尚未除去，镀层无法析岀。异物尚未除去，镀层无法析岀。加强前处理或降低生产速度。加强前处理或降低生产速度。2.操作电流密度太低，导致低操作电流密度太低，导致低电流电流 区，镀层无法析岀。区，镀层无法析岀。重新计算电镀条件。重新计算电镀条件。3.镍光泽剂过量，导致低电流镍光泽剂过量，导致低电流区，镀区，镀 层无法析岀层无法析岀处理药水，去除过多光泽剂或处理药水，去除过多光泽剂或更换药水。更换药水。4.严重刮伤导致露铜严重刮伤导致露铜检查电镀流程（可参考刮伤不检查电镀流程（可参考刮伤不良之原因及改善对策）。良之原因及改善对策）。5.未镀到未镀到调整电镀位置。调整电镀位置。v三、三、 针孔：指成群、细小圆洞状（似被针扎状）针孔：指成群、细小圆洞状（似被针扎状）不良可能发生的原因不良可能发生的原因改善对策改善对策1.操作的电流密度太高操作的电流密度太高降低电流密度降低电流密度2.电镀溶液表面张力过大电镀溶液表面张力过大补