连续电镀技术教材
连续电镀技术教材 第一章. 电镀概论 第二章.电流密度 第三章.电镀计算 第四章.电镀实务 第五章.电镀不良对策 第六章.镀层检验 第七章.电镀药水管理 第八章.电镀技术策略 第九章.镀层的腐蚀与防腐 第一章．电镀概论 电镀定义：电镀为电解镀金属法的简称。电镀是将镀件（制品），浸于含有欲镀上金属 离子的药水中并接通阴极，药水的另一端放置适当阳极（可溶性或不可溶性），通以直 流电后，镀件的表面即析出一层金属薄膜的方法。 电镀的基本五要素： 1.阴极：被镀物，指各种接插件端子。 2.阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金 ，氧化铱）. 3.电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。 4.电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。 5.整流器：提供直流电源的设备。 电镀目的：电镀除了要求美观外，依各种电镀需求而有不同的目的。 1.镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。 2.镀镍：打底用，增进抗蚀能力。 3.镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输。 4.镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性比金佳。 5.镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代。 电镀流程：一般铜合金底材如下（未含水洗工程） 1.脱脂：通常同时使用碱性预备脱脂及电解脱脂。 2.活化：使用稀硫酸或相关的混合酸。 3.镀镍：使用硫酸镍系及氨基磺酸镍系。 4.镀钯镍：目前皆为氨系。 5.镀金：有金钴，金镍，金铁，一般使用金钴系最多。 6.镀锡铅：烷基磺酸系。 7.干燥：使用热风循环烘干。 8.封孔处理：有使用水溶型及溶剂型两种。 电镀药水组成； 1.纯水：总不纯物至少要低于5ppm。 2.金属盐：提供欲镀金属离子。 3.阳极解离助剂：增进及平衡阳极解离速率。 4.导电盐：增进药水导电度。 5.添加剂：缓冲剂，光泽剂，平滑剂，柔软剂，湿润剂，抑制剂。 电镀条件： 1.电流密度：单位电镀面积下所承受的电流，通常电流密度越高膜厚越厚，但是过高时 镀层会烧焦粗燥。 2.电镀位置：镀件在药水中位置，与阳极相对位置，会影响膜厚分布。 3.搅拌状况：搅拌效果越好，电镀效率越高，有空气，水流，阴极摆动等搅拌方式。 4.电流波形：通常滤波度越好，镀层组织越均一。 5.镀液温度：镀金约50~60，镀镍约50~60，镀锡铅约18~22，镀钯镍约45~55。 6镀液PH值：镀金约4.0~4.8 ，镀镍约3.8~4.4，镀钯镍约8.0~8.5， 7.镀液比重：基本上比重低，药水导电差，电镀效率差。 电镀厚度：在现在电子连接器端子的电镀厚度的表示法有a .u``.微英寸，b. um,微米, 1 um约等于40u``. 1.Tin—Lead Alloy Plating :锡铅合金电镀 作为焊接用途,一般膜厚在100~150u``最多. 2.Nickel Plating　镍电镀 现在电子连接器皆以打底(underplating)，故在５０u``以上为一般规格，较低的规格为 ３０u``，(可能考虑到折弯或者成本) 3.Gold Plating 金电镀 为昂贵的电镀加工,故一般电子业在选用规格时,考虑到其实用环境、使用对象,制造成本 ,若需通过一般强腐蚀实验必须在50u``以上 . 镀层检验: 1.外观检验:目视法,放大镜(4~10倍) 2.膜厚测试:X-RAY荧光膜厚仪. 3.密着实验:折弯法,胶带法或两者并用. 4.焊锡实验:沾锡法,一般95%以上沾锡面积均匀平滑即可. 5.水蒸气老化实验:测试是否变色或腐蚀斑点,及后续的可焊性. 6.抗变色实验:使用烤箱烘烤法,是否变色或者脱皮. 7.耐腐蚀实验:盐水喷雾实验,硝酸实验,二氧化硫实验,硫化氢实验等. 第二章 电流密度 电流密度的定义: 即电极单位面积所通过的安培数,一般以A/dm3 表示.电流密度在电镀操作上是很重要的参数,如镀层的性质,镀层的分布,电流效率等,都 有很大的关系.电流密度有分为阳极电流密度和阴极电流密度,一般计算阴极电流密度比 较多. 电流密度的计算: 平均电流密度(ASD)===电镀槽通电的安培数(Amp)/电镀面积(dm2) 在连续电镀端子中,计算阴极电流密度时,必须先知道电镀槽长及单支端子电镀面积,然后 再算出渡槽中的总电镀面积. 例:有一连续端子电镀机,镍槽槽长1.5米,欲镀一种端子,端子之间距为2.54毫米,每支端 子电镀面积为50mm2,今开电流50 Amp,请问平均电流密度为多少? 1.电镀槽中端子数量==1.5×1000/2.54==590支 2.电镀槽中电镀面积==590×50==29500 mm2==2.95dm3 3.平均电流密度==50/2.95==16.95ASD 电流密度与电镀面积: 相同(或同成分)的电流下,电镀面积越小,其电流密度越大,电镀面积越大,其电流密度越 小.如下图,若开100安培电流,A区所承受的电流密度可能会是B区的两倍. 电流密度与阴阳极距离: 由于端子外表结构不一规则状,在共同的电流下,端子离阳极距离较近的部位称为局部高 电流区(b),离阳极距离较远的部位称为局部低电流区(a). 电流密度与哈氏槽试验: 每一种电镀药水都有一定的电流密度操作范围,大致上可以从哈氏槽试验结果看出来 ,因为哈氏槽的阳极面与阴极面之间并非平行面,离阳极面较近的阴极端其电流密度比离 阳极面远者大,因此,可以比较高电流密度部分与低电流密度部分的电镀状况. 电流密度与电镀子槽: 端子在浸镀时,由于端子导电处是在电镀子槽两端外部,所以阴极(端子)电子流是从子槽 两端往槽中传输的,而造成在电镀子槽内两端的端子所承受的电流(高电流区),远大于子 槽中间处端子所承受的电流(低电流区). 电流密度与端子在电镀槽中的位置: 由于在电镀槽子槽中的阳极是固定的,且阳极高度远大于端子高度,所以阴极(端子)在镀 槽中经常会有局部位置承受高电流群. 第三章， 电镀计算 产能计算： 产能=产速 /端子间距 产能（KPCS/HR）=60L/P（L：产速（米/分），P：端子间距MM） 举例：生产某一种端子。端子间距为5。0MM，产速为20米/分，请问产能？ 产能（KPCS/ Hr）=60×20/5=240KPCS/Hr 耗金计算：黄金电镀（或钯电镀）因使用不溶解性阳极（如白金太綱），故渡液中消耗 只金属离子无法自行补给。需依赖添加方式補充。一般黄金是以金盐（金氰化钾）PGC来 补充，而钯金属是以钯盐（如氯化铵钯。硝酸铵钯或氯化钯）来补充。 本段将添加量计算公式简化为： 金属消耗量（g）=0.000254AZD（D：为金属密度g/cm3） |①黄金消耗量（g）=0.049AZ（黄金密度19.3g/cm3） | |PGC消耗量(g)=0.0072AZ | |②钯金属消耗量(g)=0.00305AZ(钯金属密度为12.0g/cm3） | |③银金属消耗量(g)=0.02667AZ（ 银金属密度为10.5 g/cm3） | | | |A：为电镀面积 Z：为电镀厚度 | 理论上 1PGC含金量为0.6837g，但实际上制造出1Gpgc，含金量约在0.682g 之谱。 举例：有一连续端子电镀机，欲生产一种端子10000支，电镀黄金全面3u``，每支端子 电镀面积为50mm2，实际电镀出平均厚度为3.5u``， 请问需补充多少gPGC？ ①10000支总面积=10000×50=500000 mm2=50dm2 ②耗纯金量=0.0049AZ==0.0049×50×3.5==0.8575g ③耗PGC量==0.8575/0.682==1.26g 或耗PGC量==0.0072AZ==0.0072×50×3.5==1.26g 阴极电镀效率计算：一般计算阴极电镀效率（指平均效率）的方法有两种，如下： 阴极电镀效率E==实际平均电镀厚度Z`/理论电镀厚度Z 举例：假设电镀镍金属，理论电镀厚度为162u``，而实际所测厚度为150u``，请问阴极 电镀效率？ E==Z`/ Z==150/162==92.6% 一般镍的阴极电镀效率都在90%以上，90/10锡铅的阴极电镀效率约在80%以上，黄金电镀 则视药水金属离子含量多寡而有很大的差异。若无法达到应有的阴极电镀效率，则可以 从搅拌能力的提升或检查电镀药水的组成。 电镀时间的计算： 电镀时间（分）==电镀子槽总长度（米）/ 产速（米/分） 例：某一连续电镀设备，每一个镀镍子槽长为1.0米，共有五个，生产速度为10米/ 分，请问电镀时间为多少？ 电镀时间（分）==1.0×5/10==0.5（分） 理论厚度的计算：由法拉第两大定律导出下列公式： 理论厚度Z（u``）==2.448CTM/ ND （Z厚度，T时间，M原子量，N电荷数，D密度，C电流密度） 举例：镍密度8.9g/cm3，电荷数2，原子量58.69，试问镍电镀理论厚度？ Z==2.448 CTM/ ND ==2.448CT×58.69 /2×8.9 ==8.07CT 若电流密度为1Amp/ dm2（1ASD），电镀时间为一分钟，则理论厚度 Z==8.07×1×1==8.07u`` | | |金理论厚度==24.98CT（密度19.3，分子量196.9665，电荷数1） | |铜理论厚度==8.74 CT（密度8.9，分子量63.546，电荷数2） | |银理论厚度==25.15 CT（密度10.5，分子量107.868，电荷数1） | |钯理论厚度==10.85 CT（密度12.00，分子量106.42，电荷数2） | |80/20钯镍理论厚度==10.42 CT（密度11.38，分子量96.874，电荷 | |数2） | |90/10锡铅理论厚度==20.28 | |CT（密度7.713，分子量127.8，电荷数2） | 综合计算A： 假设电镀一批D-25P- 10SnPb端子，数量为20万支，生产速度为20M/分，每个镍槽镍电流为50 Amp，金电流为 4 Amp，锡铅电流为40 Amp，实际电镀所测出厚度镍为43u``，金为11.5u``，锡铅为150u``，每个电镀槽长皆为 2米，镍槽3个，金槽2个，锡铅槽3个，每支端子镀镍面积为82平方毫米，镀金面积为20 平方毫米，镀锡铅面积为46平方毫米，每支端子间距为0.6毫米，请问：1.20万只端子， 须多久可以完成？2.总耗金量为多少g？，换算PGC为多少g？，3.每个镍，金，锡铅槽电 流密度各为多少？4.每个镍，金，锡铅电镀效率为多少？ 解答：1. 20万支端子总长度==200000×6==1200000==1200M 20万支端子耗时==1200/ 20 ==60分==1Hr 2. 20万支端子总面积==200000×20==4000000mm2==400dm2 20万支端子耗纯金量==0.0049AZ==0.0049×400×11.5==22.54g 20万支端子耗PGC量==22.54 / 0.681==33.1g 3. 每个镍槽电镀面积==2×1000×82 / 6==27333.33mm2==2.73dm2 每个镍槽电流密度==50 /2.73 ==18.32ASD 每个金槽电镀面积==2×1000×20 / 6==6666.667mm2==0.67dm2 每个镍槽电流密度==4 /0.67 ==5.97ASD 每个锡铅槽电镀面积==2×1000×46 / 6==15333.33mm2==1.53dm2 每个镍槽电流密度==40 /1.53 ==26.14ASD 4. 镍电镀时间==3×2 /20==0.3分 镍理论厚度==8.07CT==8.07×18.32×0.3==44.35 镍电镀效率==43 /44.35 ==97% 金电镀时间==2×2 /20==0.2分 金理论厚度==24.98CT==24.98×5.97×0.2==29.83 金电镀效率==11.5/29.83 ==38.6% 锡铅电镀时间==3×2 /20==0.3分 锡铅理论厚度==20.28CT==20.28×26.14×0.3==159 锡铅电镀效率==150/159 ==94.3% 综合计算B： 今有一客户委托电镀加工一端子，数量总为5000K，其电镀规格为镍50u``，金GF，锡 铅为100u``。 1.设定厚度各为：镍60u``，金1.3u``，锡铅120u``。 2.假设效率各为：镍90%，金20%，锡铅80%。 3.可使用电流密度范围各为：镍设定15ASD，金0~10ASD，锡铅2~30ASD。 4.电镀槽长各为：镍6米，金2米，锡铅6米。 5.端子间距为2.54mm。 6.单支电镀面积各为：金15mm2，镍54mm2，锡铅29mm2。 请问：1.产速为多少？ 2.需要多少时间才能生产完毕？（不包含开关机时间） 3.镍电流各为多少安培？ 4.金，锡铅电流密度及电流各为多少？ 解答： 1.镍效率==镍设定膜厚 / 镍理论膜厚 0.9==60 /Z Z=67u``（镍理论膜厚） 镍理论膜厚==8.074CT 67==8.074×15×T T==0.553分（电镀时间） 镍电镀时间==镍电镀槽长 / 产速 0.553 = 6 /V V=10.85米 /分（产速） 2.完成时间==总量×0.001×端子间距 /产速 t==5000000×0.001×2.54 /10.85==1170.5分 1170.5 /60==19.5Hr（完成时间） 3.镍电镀总面积==镍电镀槽长 / 端子间距×单支镍电镀面积 M=6×1000 /2.54 ×54 ==127559mm2==12.7559dm2 镍电流密度==镍电流 /镍电镀总面积 15==A /12.7559 A==191安培 4.金效率==金设定膜厚 /金理论膜厚 0.2==1.3 /Z Z=6.5u``（金理论膜厚） 金电镀时间==金电镀槽长 /产速 T=2 /10.85==0.1843分 金理论膜厚==24.98CT 6.5==24.98×C×0.1843 C==1.412ASD（电流密度） 金电镀总面积==金电镀槽长 /端子间距×单支金电镀面积 M=2×1000 /2.54 ×15 ==11811mm2==1.1811dm2 金电流密度==金电流 /金电镀总面积 1.412==A /1.1811 A==1.67安培 锡铅效率 ==锡铅设定膜厚 /锡铅理论膜厚 0.8==120 /Z Z==150u``（锡铅理论膜厚） 锡铅电镀时间==锡铅电镀槽长 /产速 T= 6/10.85==0.553分 锡铅理论膜厚==20.28CT 150==20.28×C×0....
连续电镀技术教材