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电镀基础知识培训教材










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客户培训教材之 客户培训教材之

电镀基础知识培训

编辑: 编辑:上海新阳电子化学有限公司 编制日期:2004-03编制日期:2004-03-20 修正日期:2007-01修正日期

:2007-01-25 版本: 版本:第二版 状态: 状态:机密

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目录
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 什么叫电镀 电镀电路和电极反应 以电镀锡为例用电镀电路解释电镀过程 电流效率 络合物的配位理论和添加剂的表面吸附理论应用 微电子电镀技术的特点 电镀过程三部曲和电镀工序功能 去除塑封体溢料工艺流程 电镀工艺流程 电镀线的技术管理 生产线平时维护要点 生产线平时维护要点 赫尔槽试验和赫尔片说明 对某些镀层弊病的描述及原因 电功设计公式 电镀重要参数的计算公式

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一、 什么叫电镀
1. 2. 模拟说法:把一种金属通过某种手段和方法包封到另一种金属表面上去的过程称为电 镀。 电镀的硬件说法:实现电镀过程必须有五个硬件,即(1)直流电源; (2)镀槽; (3) 含电镀金属的离子的药水; (4)阳极(要电镀的金属)和阴极(加工的工件)(5) ; 导电棒、电缆、挂架等。把五种硬件组合成电镀电路。开通电源后就能把电镀金属包 封到工件上(阴极上)去,称为电镀。 3. 电化学说法:以电化学氧化还原理论为基础把一种金属包封到另一种金属表面上去的 过程称之为电镀。

二、 电镀电路和电极反应
把电镀的五种硬件有机的组合连通起来就称为电镀电路。 (见图) 电镀电路 E ⑤ ① R I e ① E— 直流电源 R—电流电压调制

I ↓ -- 电流流动的方向 e ↑ --电子流动的方向
A—电流显示 V—电压显示 镀槽 药水 阴阳极 连接导线、电排、电缆等





② ③ ④ ⑤

④ 电极反应: ※ 阳极反应: M ? ne → M
+n

(主反应) (副反应)

金属原子失去 n 个电子,氧化成正 n 价的金属离子。

4OH ? ? 4e → 2 H 2 O + O2 ↑
※ 阴极反应: M
+n

水溶液中的羟基氧化成氧气。

+ ne → M

(主反应) (副反应)

正 n 价金属离子得到 n 个电子后还原成金属,成为电镀层。

2 H + + 2e → H 2 ↑

水溶液中的氢质子得到电子还原成氢气。 在电镀过程中,以上四个反应同时发生。即阳极金属不断失去电子而氧化成为金属离 子溶解在药水中(阳极金属的溶解) ;同时阳极上有氧气析出。阴极(工件)表面金属 离子不断得到电子而还原成金属,即成为电镀层;同时阴极上不断析出氢气。

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三、 以电镀锡为例用电镀电路解释电镀过程
在直流电源的作用下,电流通向阳极,阳极锡板(锡球)不断失去电子氧化成金属离 子扩散到药水中(阳极的溶解过程) ,失去的电子在电源电势的驱动下,向电流反方向 运动,通过直流电源富集到阴极上,锡离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀层。 用电化学反应式表示如下: 阳极: 阴极:

Sn ? 2e → Sn 2+ Sn 2+ + 2e → Sn

(阳极的溶解过程) (工件上析出镀层的过程)

四、 电流效率
以上已经说明在阴—阳极电化学反应中,阳极上除了金属溶解消耗电流外,析出氧气 也要消耗电流。阴极上除了金属镀层析出消耗电流外,析出氢气也要消耗电流。 阳极电流效率:

ηA = ηK =

阳极溶解消耗的电流 ×100% 通过镀槽的总电流 析出镀层消耗的电流 ×100% 通过镀槽的总电流
90 A = 90% 100 A

阴极电流效率:

例如:若通过镀槽的电流为 100A,其中有 90A 用来析出镀层,有 10A 用来析出了氢 气。则阴极的电流效率η K =

若通过镀槽的电流为 100A, 其中有 95A 用来溶解金属,有 5A 用来析出了氧气。则阳 极的电流效率 η A =

95 A = 95% 100 A

络合物的配位理论和添加剂的表面吸附理论应用 理论和添加剂的表面吸附理论 五、 络合物的配位理论和添加剂的表面吸附理论应用
电镀药水中不是有了金属离子, 一通电就能在工件上析出合格的金属镀层的。 而是要使 阴极在一定的极化条件下,才能析出合格的镀层。 那么什么是阴极的极化呢?金属离子在原始的药水中 (没有络合剂和添加剂的药水) 有 一个析出电位,当阴极上加上这个析出电位值时,金属离子就接受电子还原析出金属镀层。 但是析出的金属是没有规律的晶格,是疏松的镀层。 通过加入络合剂或添加剂能使金属子还原析出镀层的电位向负方向移动的现象称之为 阴极的极化现象。例如:原来析出金属镀层的电位为-1.2 伏,加入了络合剂或添加剂以后使 析出金属镀层的电位为-1.8 伏。这说明阴极极化了,其极化的值为-(1.8-1.2)= -0.6 伏。 阴极极化了,使析出金属镀层相对困难了,需要消耗比原来较高的电能。 在相对比较高的电场能下进行电析,也就是在电析时克服了一些阻力。克服了电析的困 难,析出金属(金属离子得到电子还原的过程)的过程不那么容易了。这种阻力,这种阴极 极化,给离子还原后的排列成整齐的晶格创造了必要的条件。使镀层变得细腻致密,而不是 疏松。 我们可以调整络合剂或添加剂的量, 是阴极的到合适的极化值, 直至镀得合格的镀层。 那么络合剂和添加剂为什么会使阴极产生极化作用呢? ※络合剂的配位理论 金属离子在无络合剂的条件时在溶液中是很自由的,加入络合剂后,络合物能把中心金

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Shanghai Sinyang 属离子以配位的方式束缚起来,使金属离子的放电行为变得不自由,增加了放电的困难,甚 至改变了离子的电荷性质,由正离子转为负离子。 例如:两个氰根“ CN ”与银离子“ Ag + ”络合后,由正离子转为负离子,使它靠近阴极 去放电(接受电子)变得比较困难。 Ag + 2CN
+ ?
?

→ CN ? ? Ag + ? CN ?

[

]

?

又例:四个甲基磺酸与二价的锡离子络合后由正离子转为负离子,增加了放电的难度,即增

加了阴极的极化。 Sn

2+

+ 4CH 3 SO3

?

? CH 3 SO3? ? | ? ? → ?CH 3 SO3 ? Sn 2+ ? | ? CH 3 SO3? ? ?

? ? ? ? ? CH 3 SO3 ? ? ? ? ?

2?

络合物对中心金属离子的配位络合作用,降低了金属离子的有效浓度,控制了金属离子的活 度,增加了阴极的极化,为镀层晶格的细化创造了条件,也就是说络合配位作用控制了金属 离子的电化学行为,控制了反应速度和电结晶过程。 ※ 添加剂的表面吸附理论 加入镀液的添加剂、表面活性剂一般是有机物。有机物有两个特性: (1)具有电阻(2) 在工件表面有较大的吸附力。金属离子要到工件表面(阴极)去放电(接受电子还原) ,受 到吸附在工件表面有机薄膜的阻挡(添加剂的阻挡) 。原本可以还原析出的条件,因为有了 有机膜的阻挡而不能还原。如果要使其还原(接受阴极的电子) ,就得增加阴极的电位,使 阴极电位变得更负,也就是说有了添加剂的吸附作用,增加了阴极极化。如果我们把吸附在 工件表面的有机膜当作成千上万只电容器(微观电容) ,金属离子要在阴极上放电(接受电 子还原) ,就得冲破(击穿)这些微观电容器,要击穿电容器,必须增加电场能,必须使阴 极电位变得更负,也就是说析出电位向负方向移动。上面说过,析出电位向负方向移动的现 象,就是阴极极化了。 如上所言,通过络合物配位的方法和加入添加剂的方法,虽然方法不同,理论也不同, 但都能达到阴极极化的目的。既然用两种不同的理论和方法都能增加阴极极化,很自然的, 我们经常把二者结合起来同时作用于某种镀液,使起到协同作用,增加阴极极化。所以常规 的镀液有如下几种材料组成: 1、 主盐:含有被镀金属的盐,提供金属离子。 2、 络合剂:用于与金属离子络合配位,提高阴极极化。同时增加药水导电能力。 3、 添加剂(包括光亮剂) :吸附在工件表面提高阴极极化。有增加药水电阻的效应。 4、 润湿剂:使工件表面与镀液亲润(它常存在于添加剂中) 。 5、 抗氧化剂: 6、 防止变价金属氧化(它常存在于添加剂中) 。 电镀工程重要的技术之一就是控制络合剂和添加剂的浓度。如果二者含量过多,阴极极 化过大,会降低阴极电流效率,降低电析速度,增加析氢量,造成严重的针孔镀层。

六、 微电子电镀技术的特点
1. 2. 微电子电镀的目的是功能电镀,为了提高可焊性,所以电镀的是可焊性金属镀层。 如金、银、锡、锡铅合金、锡铜银合金、锡铈合金、锡铋合金等镀层。 微电子器件一般是塑料封装体,为了减少电镀药水对微电子器件电性影响(酸、碱 的侧蚀作用) 。电镀药水宜采用性能比较柔和的烷基磺酸体系而尽量少用强酸体系,
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Shanghai Sinyang 如硫酸和氟硼酸等。 3. 随着微电子技术的发展, 微电子管的塑封体越来越小, 微电子电极的引线越来越细, 塑封体小至芝麻粒大,电极引线细至 0.3mm 左右,引线与引线之间的距离也不过 0.3mm。在一个微电子框架上聚集着上千个管子,为了避免线间短路,对镀层的要 求不宜太厚,尤其是镀层厚度误差精度的控制上高于五金电镀。要求控制±2 微米。 4. 从微电子框架的基材特性说,镀前处理尤为重要。在用基材一般是铜基和铁镍合金 (Ni42Fe) 。Ni42Fe 在焊片(D/B) 、焊线(W/B)和塑封后固化的工序中极易氧化 钝态。所以在电镀过程中去氧化工序成了工艺成败的核心问题。

电镀过程三部曲和电镀工序功能 七、 电镀过程三部曲和电镀工序功能
1 电镀前处理 电镀前处理的目的是为了使工件表面彻底干净,为电镀作准备。 彻底干净是指工件表面无溢料 (残胶、毛刺) 、无油污染、无氧化物、表面是活化的。 表面活化是指金属表面的晶格暴露得很新鲜。 以上的处理都是为了提高镀层与基材的结合力。 2 电镀:微电子器件锡铅合金电镀有四个基本技术指标。 2.1 镀层外观:必须是呈银白色、灰白色,色泽均匀一致,无水迹,框架无变形,塑 封体乌亮,塑封体完整无缺角、无塌棱,无气孔等缺陷。 2.2 厚度控制 纯锡镀层 11±2 微米 厚度中心值的大小和厚度误差的适用性由塑封体大小和电极导线(管子引出线) 规格所决定。一般说塑封体越小,引线越细,则镀层厚度和厚度误差精度的控制 越严要求。 2.3 镀层结合力。通过各种结合力试验合格。 2.4 可焊性:通过浸锡试验合格。 3 镀后处理 电镀后处理的目的是使产品清洁和干燥。 用中和法除去镀层中的残酸,同时除去吸附在镀层表面的添加剂有机薄膜。因为锡 是两性金属(溶于碱也溶于酸) ,故通过用碱中和也起到化学抛光作用。 通过清洗(或加超声波清洗)和烘烤,得到清洁和干燥的电镀产品。 由以上电镀过程三部曲的分析,电镀工序中去溢料(残胶、毛刺) 、除油、去氧化、 活化、电镀、中和、漂洗、干燥成为微电子电镀常规的八个功能工序。

八、 去除塑封体溢料工艺流程
目前常用的有 2 种方法: 1. 浸泡后高压水喷淋去除溢料(两步工序) 工件装料盒(挂上 LOT 牌) 浸泡 6~8%稀硫酸(室温浸泡 15-20 分钟,疏松溢料) 三级逆流漂洗 沥水 浸泡 SYD712(110±5℃,30-90 分钟,视溢料严重程度而 定) 热水(60℃)三级逆流漂洗 6~8%稀硫酸中和 三级逆流漂洗 吹去水珠 高压水喷淋去除溢料飞边 电解高压水喷淋去除溢料(一步工序) 上料(Loading) 电解去溢料 水洗 高压水喷淋 吹干/烘干 下料

2.

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九、 电镀工艺流程
1. 挂镀自动线 上挂具 漂洗 检验 上料 中和 上料 化学/电解除油 2~3 级热自来水逆流漂洗 电镀 (线内)吹干/烘干 去氧化 下挂具 2 级自来水逆流漂洗 2 级自来水逆流 或(线外)甩干/烘干 2 级纯水逆流漂洗 活化 3 级自来水逆流漂洗 中和

2 级热纯水逆流漂洗 (线外)挂具退镀 电解去毛刺 自来水洗

2. 高速自动线 自来水洗 纯水洗 去氧化 吹干/烘干 自来水洗 下料 纯水洗 预浸 水洗 电镀 水洗 钢带退镀 吹干/烘干

电镀生产线 生产线的技术管理 十、 电镀生产线的技术管理
1 挂镀自动线(手工线)的技术管理。 1.1 电镀药水的正向控制。 每个班对电镀药水进行化学分析,主要分析主金属离子浓度(Sn2+:g/L) ,酸浓度 + ,通过分析及时调整。 (H :g/L) 1.2 用赫尔槽试验,对赫尔样片的分析,判断添加剂或光亮剂的量,及时调整添加剂 或光亮剂。也可用表面张力环检查添加剂量。 1.3 用比重法或其他化学分析法,控制除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的浓度。 1.4 控制或检查各槽位的温度,使符合规范。 1.5 控制除油槽、去氧化槽、活化槽、电镀槽、中和槽的液位高度。这五种功能槽液 位应该一致,是同样的高度。 1.6 控制检查逆流漂洗槽的水位。第一级漂洗槽的液位必须比主要功能槽高(挂镀线 水位落差在 20mm 左右,滚镀线水位落差(40-50mm) ,以保证挂架和滚斗全部 清洗到。 如果挂镀槽药水离槽口 120mm(除油、去氧化、活化、中和槽液位也是离槽口 120mm) ,则第一级漂洗槽水位离槽口为 100mm,第二级漂洗水位为 80mm,第 三级为 60mm。 1.7 用絮凝剂处理镀液中的高价锡。 在不停产的情况下, 每隔 1-2 天, 吸取镀液 100-200 升,进行絮凝处理,澄清镀液。取出镀液后用新配液补充,取出的镀液通过先模 拟絮凝试验后进行絮凝处理。清液周转时待用。 模拟絮凝试验方法:取一升混浊镀液,用移液管吸取 10ml 絮凝剂,在不断搅拌镀 液的条件下,慢慢滴加絮凝剂。加加停停看烧杯上层镀液 5mm 左右深度有否澄 清效果。若停止 30-60 秒钟,上层有明显澄清效果,则表示已到等当量。记下加 入的絮凝剂量,作为絮凝剂耗量的参数(ml/l) 。用这参数作为批量混浊镀液絮凝 时的参考量。因为当絮凝剂加量不足时,药水澄清效果不佳。但若加入过量,会 把二价锡也絮凝损失掉。 2 高速线的技术管理。 2.1 做好药水的正向控制。 2.2 做好赫尔试验和赫尔片分析,调整好添加剂量。 2.3 用比重法和化学分析法调整好除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的工艺规范。 2.4 稽核各槽的温度。 2.5 稽核各泵的流量,控制好各槽的液位。

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Shanghai Sinyang 2.6 调整子槽高度,使与加工件的规格配合。 2.7 调整好上料台的高度,使与加工件的规格配合。 2.8 调整好电流参数使与加工件的规格配合。 2.9 检查各泵的流量、压力,有否喷头堵塞现象。 2.10 稽核钢带的运行速度是否符合要求。 2.11 有必要时对药水进行絮凝澄清处理。

十一、 十一、 生产线平时维护要点
1. 按照(第十项:电镀生产线的技术管理)要求进行各项参数的稽核和调整,澄清镀 液。 2. 每班对电镀线电接触部位进行清理,保证电接触良好。 3. 每 4-5 天 (三班制生产) 对生产线进行大清理。 , 尤其是电镀槽, 要进行洗阳极钛篮、 洗锡球、擦极棒、洗阳极 PP 袋、补充锡球等工作。 4. 调整好阴阳极的面积投影,均衡电力线分布。 5. 对挂架进行整治,把不合格的挂架剔除掉。 ※ 不合格的挂架剔除。 ① 挂钩损坏,无法紧固挂钩的。 ② 挂架形变,无法校准的。 ③ 挂架工件夹齿损坏,无法连续均布夹挂工件的。 ④ 挂架包封老化开裂,造成交叉污染的。 ⑤ 挂架包封的严重金属化,漏电影响镀槽电流控制的。 6. 对高速线上钢带的退镀槽进行清理。 清除退镀槽中的锡泥, 清理阴极板上的锡镀层。 7. 高速线钢带上的夹子损坏的要及时更换。 8. 当钢带老化影响正常运载工件时要及时更换新的钢带。 9. 要每周检查钢带上电刷是否磨损需要更新,同时清理电刷上的污物。 10. 每周对高速线上的子槽进行清理。 11. 每班及中途检查喷头是否堵塞,避免交叉污染。

十二、 赫尔槽试验和赫尔片说明 十二、 赫尔槽试验和赫尔片说明
1. 赫尔槽实验是电镀工作者的眼睛,因为通过实验能判断镀液的下列情况: (1) 可以调整镀液中添加剂的含量。 (2) 检查或模拟镀液中金属杂质的污染。 (3) 检查有机杂质或模拟有机杂质的污染。 (4) 调整合金组分。 (5) 试验开发新配方和条件。 (6) 确定镀槽最佳的电流密度 DK。 (7) 通过测试赫尔片上的镀层厚度 δ ? cm 的关系,了解镀液分散/走位等情况。 2. 250ml 赫尔片上电流密度分布(参考下图)

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cm Dk 电流 A/dm2 1A 2A 3A 4A 5A 1 5.45 10.90 16.34 21.79 27.23 2 3.74 7.48 11.21 14.95 18.19 3

由近阳极端起测量距离 cm 4 2.08 4.17 6.25 8.33 10.41 5 1.54 3.08 4.61 6.15 7.69 6 1.09 2.18 3.27 4.36 5.45 7 0.72 1.43 2.15 2.86 3.58 8 0.40 0.79 1.19 1.58 1.98 9 0.11 0.21 0.32 0.43 0.53

2.78 5.55 8.33 11.11 13.88

3. 赫尔槽电流和时间的选择 赫尔槽试验是为电镀现场工艺参数服务的,所以做试验的基本条件要和生产现场情 况吻合。 如果生产线上常规电流密度为 0.4~0.6A/dm2,那么赫尔电流应该在 0.5A/5min 的 条件下作赫尔槽试验。 如果生产线上电流密度为 1~2A/dm2,则宜用 1A/4min 的条件作赫尔槽试验。 高速线上的电流密度为 15A/dm2,宜用 5A/1min 的条件作赫尔槽试验。 赫尔试验的温度条件与生产线上温度条件吻合。 4、赫尔片规格:用〔100(L)×70(W) ×1.0(H)mm〕规格的铜片作赫尔片材料;药水 高为 50mm,所以有 20mm 是露在液面之上的;便于用阴极电夹固定。 5. 赫尔片准备 赫尔槽试片经除油、除锈后,用≥400#水磨砂纸打磨。打磨方向顺着长度方向,是 赫尔槽片的长度方向,正面和反面应同一标准打磨。打磨后能被水膜完全亲润。 6. 赫尔槽准备 赫尔槽、阳极板、阴阳极电夹、整流器。 7. 操作 一般配制 1 升药水,就可以做四次不同参数的试验;每次 250ml。 将 250 ml 药水倒入赫尔槽中,插入阳极,接好阳极电夹。将赫尔槽片插入尔槽液, 左右来回晃动 3~4 次,起到搅拌镀液和亲润赫尔槽片的作用。随后把试片紧贴在槽 壁上用电夹夹固,马上开启电源,调整电流,并同时记时。当时间到,即出槽。试 片用水冲洗、中和,用纯水漂洗,甩去水珠后用电吹风机吹干,贴上标签。 8. 对亚光锡铅或纯锡电镀,正常的赫尔片,正面应该全包封,呈色泽均匀的镀层,反 面基本上也能包封到薄薄一层镀层。赫尔片反面的中部无镀层区域越小越好。 赫尔片情况和镀液特性的关系要在不断实践中获得经验。

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十三、 十三、 对某些镀层弊病的描述及原因
1. 针孔:针孔是由于镀件表面吸附着氢气,迟迟不释放。使镀液无法亲润镀件表面, 从而无法电析镀层。随着析氢点周围区域镀层厚度的增加,析氢点就形成了一个针 孔。特点是一个发亮的圆孔,有时还有一个向上的小尾巴“ 湿润剂而且电流密度偏高时,容易形成针孔。 ” 。当镀液中缺少

2. 麻点:麻点是由于受镀表面不干净,有固体物质吸附,或者镀液中固体物质悬浮着, 当在电场作用下到达工件表面后,吸附其上,而影响了电析,把这些固体物质嵌入 在电镀层中,形成一个个小凸点(麻点) 。特点是上凸,没有发亮现象,没有固定形 状。总之是工件脏、镀液脏而造成。 3. 气流条纹:气流条纹是由于添加剂过量或阴极电流密度过高或络合剂过高而降低了 阴极电流效率从而析氢量大。如果当时镀液流动缓慢,阴极移动缓慢,氢气贴着工 件表面上升的过程中影响了电析结晶的排列,形成自下而上一条条气流条纹。 4. 掩镀(露底) :掩镀是由于是工件表面管脚部位的软性溢料没有除去,无法在此处进 行电析沉积镀层。电镀后可见基材,故称露底(因为软溢料是半透明的或透明的树 脂成份) 。 5. 镀层脆性:在 SMD 电镀后切筋成形后,可见在管脚弯处有开裂现象。当镍层与基 体之间开裂,判定是镍层脆性。当锡层与镍层之间开裂,判定是锡层脆性。造成脆 性的原因多半是添加剂,光亮剂过量,或者是镀液中无机、有机杂质太多造成。 6. 气袋:气袋的形成是由于工件的形状和积气条件而形成。氢气积在“袋中”无法排 到镀液液面。氢气的存在阻止了电析镀层。使积累氢气的部位 无镀层。在电镀时,只要注意 工件的钩挂方向可以避免气 袋现象。如图示工件电镀时, 当垂直于镀槽底钩挂时, 不产 生气袋。当平行于槽底钩挂 时,易产生气袋。
氢气上升积累在工件内,排不掉

7. 塑封黑体中央开“锡花” :在黑体上有锡镀层,这是由于电 子管在焊线时,金丝的向上抛物形太高,塑封时金丝外露在 黑体表面, 锡就镀在金丝上, 像开了一朵花; 不是镀液问题。 8. “爬锡” :在引线与黑 体的结合部(根部)有锡层,像爬 墙草一样向黑体上爬,锡层是树枝状的疏松镀层。这是由 于镀前处理中,用铜刷刷洗 SMD 框架,而磨损下来的铜 粉嵌入黑体不容易洗掉,成为导电“桥” ,电镀时只要电 大。 9. “须子锡”在引线和黑体的结合部,引线两侧有须子状锡, 在引线正面与黑体结合 部有锡焦状堆锡:这是由于 SMD 框架在用掩镀法镀银时,掩镀装置不严密,在不 需要镀银的地方也镀上了银。而在塑封时,有部分 银层露在黑体外面。而在镀前处理时银层撬起,镀 在银上的锡就像须子一样或成堆锡。克服银层外露 是掩镀银技术的关键之一。
堆锡 锡须 引线 爬锡 锡花

析金属搭上“桥” ,就延伸,树枝状沉积爬开来与其他的铜粉连接,爬锡面积越来越

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Shanghai Sinyang 10. 橘皮状镀层: 当基材很粗糙时, 或者前处理过程中有过腐蚀现象或者在 Ni42Fe+Cu 基材在镀前处理时,有的铜层已除去,而有的区域铜层还没有退除,整个表面发花 不平滑。以上情况都可能造成镀层橘皮状态。 11. 凹穴镀层:镀层表面有疏密不规则的凹穴(与针孔有别)呈“天花脸”镀层。有二 种情况可能形成“天花脸”镀层。 i. 有的单位用玻璃珠喷射法除去溢料。当喷射的气压太高时,玻璃珠的动能惯性 把受镀表面冲击成一个个的小坑。当镀层偏薄时,没有填平凹坑,就成了“天 花脸”镀层。 ii. 基体材料合金金相不均匀,在镀前处理过程中有选择性腐蚀现象。 (较活泼的 金属先被蚀刻,形成凹穴) 。电镀后没有填平凹穴,就成“天花脸”镀层。 例如:Ni42Fe 基材,如果在冶金过程中 Ni 和 Fe 没有充分拌和均匀,碾压成 材后材料表面很有可能有的区域合金金相不均匀。在镀前处理时,由于 Fe 比 Ni 活泼,选择性优先蚀刻,形成凹坑。电镀层平整不了凹坑就成“天花脸”镀 层。同样,锌黄铜也有如此现象,若铜-锌金相不均,镀前处理时锌比铜选择性 先腐蚀,使基材呈凹坑,电镀后呈凹穴镀层。 12. 疏松树枝状镀层:在镀液脏,主金属离子浓度高,络合剂低,添加剂低,阴阳极离 的太近,电流密度过大,在电流区易形成疏松树枝状镀层。疏松镀层像泡沫塑料, 树枝状参差不齐,可用手指抹落镀层。 13. 双层镀层: 双层镀层的形成多半发生在镀液的作业温度比较高, 在电镀过程中把工 件提出镀槽而又从新挂入续镀。这过程中,如果工件提出时间较长,工件表面的镀 液由于水分蒸发而析出盐霜附在工件上,在续镀时盐霜没有来得及溶解,镀层就镀 在盐霜表面,形成双层镀层,好像华富饼干,两层镀层中夹入着一层盐霜。避免双 层镀层,可以在续镀前先把工件在镀液中晃动几秒钟,让盐霜溶解后再通电续镀。 14. 镀层发黑: 镀层发黑的主要原因是镀液金属杂质和有机杂质高, 特别在低电流密度 区镀层更黑;在添加剂不足的情况下,在大受镀面积的中部也会出现黑色镀层;温 度太低离子活动小,在电流偏高时也会形成灰黑色的镀层。处理金属杂质,可用瓦 楞板作阴极,01-0.2A/dm2 电解。处理有机污染,可用 3-5 克/升,活性炭处理。 用颗粒状的,先用纯水洗过。 15. 钝态脱皮:Ni42Fe 合金是容易钝态的。镀前活化包括两个化学过程,一个是氧化 过程,一个是氧化物的溶解过程。若氧化过程不充分或氧化物来不及溶解掉,受镀 表面仍有氧化物残渣,镀层就会脱皮或粗糙。 16. 置换脱皮:若同一工件上有二种不同的材质组成。例如,铜基材表面是镀镍的,而 切剪成形后切口上是露出铜质的。则当强蚀槽中铜离子增加到一个极限值时,镍层 上容易产生置换铜层。有了置换铜,镀锡后就会造成锡层脱皮。这种情况下只能勤 更新强蚀药水来避免置换脱皮。 17. 油污染脱皮:若镀前处理中油未除干净,则电镀时有油污染的区域就没有镀层,即 使有镀层覆盖也是假镀,镀层与基材没有结合力,像风疹块一样一块块隆起,一擦 就脱落。 18. 暗圆斑镀层:当工件有一块块较大的受镀面积时,如管子的散热块。当镀液中杂质 多或添加剂不足时,在散热块的中央就会形成灰黑色的暗圆斑镀层,像膏药一样。 因为大面积的中央是低电流区,杂质在这里集中析出。或者添加剂不足时镀液深度 能力下降。 19. 镀层光泽不均,同时厚度明显(目视)不均:这是由于刚加入添加剂,添加剂没有 充分分散,使镀液特性不统一。待添加剂均匀分散后,故障自然消失。

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Shanghai Sinyang 20. 镀液化学纤维污染,可见镀层上嵌镀着一丝丝的化学纤维:阳极袋 PP 布用烙铁烫 裁法制做就可克服此故障。 21. 镀液霉菌污染(多见于镍镀槽,因为 PH4-5 的环境适合霉菌孽生) ,可见电镀层中 嵌镀着一朵朵霉菌菌体:遇到这种情况要采取消毒灭菌措施,为了避免霉菌污染, 必须重视生产线的开缸程序的实施。 22. 苔藓污染水质:工件在含有苔藓生物的水中漂洗,苔藓粘附在工件上,烘干后牢牢 附在工件上, 影响产品质量。 每逢春季就要注意苔藓污染的可能, 要树立防范意识。 若苔藓污染了镀槽,苔藓会嵌镀在镀层中。 23. 镀层孔隙率高:镀层孔隙率高影响镀层外观、影响镀层防护特性和缩短存放期,影 响可焊性,镀层脆性大。 造成的原因多半是镀液脏、金属杂质多、有机杂质多。 鉴定镀层孔隙现象的方法是直接可以鉴定镀液特性。 把抛光除油的不锈钢片挂入电 镀约 0.5-1H。若镀层完全包封不锈钢片,而且镀层可以从边口处用刀刮开,整片镀 层可以撕下来,韧性好,形成整张镀膜片。把镀膜片正视对准阳光,若看不到孔隙, 证明镀液特性很好,若可见一点一点的透光电(孔隙) ,证明镀液特性差;若无法 从不锈钢片撕下镀层,而镀层像鱼鳞片一样翘起,就证明镀液特性很差,镀液需要 大处理。 24. 同一挂架上镀层厚度有规律的差别。这是因为阴阳极图形投影不准,电力线分布不 均匀。 同一挂架上镀层厚度有规律的差别。 这是因为各工件所处的挂钩弹压接触电阻有差 异。接触好的镀层厚,反之则然。是挂架质量问题。 如果同槽有二只挂具,其中一只镀层厚,另一只薄,这是由于二只挂架老化程度不 一样,较新的挂架接触电阻小,镀层厚,反之则然。 若阴阳极投影正确,二只挂架的老化程度也一样,但 镀层厚度一侧厚,另一侧薄,较有规律性变化。这是 由于一侧的阴极搁置元宝有锈蚀或盐霜,造成电接触 不良。为了使镀槽两侧都很好导电,消除单边通电的 电压降大的缺陷,镀槽长度大于 1 米,都需两头通电 源,并要定期清理保持良好电接触。 25. 有的工件表面有黑色斑迹:这可能有如下两种原因: i. 挂架包封老化开裂,裂缝中渗出的酸碱盐,由压缩气喷出,溅在工件上,污染 了镀层。 ii. 漂洗水水面太低,挂架上层的工件漂洗不到。漂洗不到的工件和挂齿,药液滴 下相互交叉污染。所以漂洗液面一定要高于挂架最上层的工件。 iii. 滴液交叉污染。 iv. 气中有油 v. 卸料污染 26. 工件镀后烘干后变色(变黄)或存放时间不长就变色, ,这有两种可能发生: i. 中和液浓度太稀,温度太低,起不到除膜作用。 ii.镀层结晶粗糙,增加了漂洗除膜的难度。 27. 镀层表面有锡瘤:这是因为阳极泥污染镀液,PP 袋破漏,阳极溶解时,一方面是 以离子形式转入镀液,有的是以原子、原子团形式冲入镀液,污染镀液。当原子 团接触工件时,就嵌镀在镀层中形成锡瘤。 28. 黑体异色。即黑色的塑封体变成灰黑色。这是因框架在电镀前处理或中和槽中,停

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Shanghai Sinyang 留在碱液中时间太长已经被碱蚀。黑体的成分中有环氧、流平剂、固化剂、抗老 化剂、白色的填充料、黑色素等,当黑体被碱蚀后会露出填充料。白色+黑色就呈 灰色(异色)现象。 以上列举了 28 种情况,当然不是全部列进去了,但可以说大部分都列进去了。可以根 据生产现象的具体病例,加以分析,对准下药。

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十四、 十四、 电功设计公式 1. 热功的消耗: Q = C ? m ? ?t
Q — 卡或千卡,m — g 或 kg, ?t =出水温度-进水温度(℃) 2. 热功当量 1 卡=4.2 焦耳的功 3. 电工当量 1kw = 3.6 × 106 焦耳的功 1 千卡=4200 焦耳的功

4. 电热当量

1kw =

3.6 × 10 6 焦耳 = 857.14285千卡 3 焦耳 4.2 × 10 千卡
Q(千卡) C ? m ? ?t千卡 = =( 857.14285千卡 857.14285 千卡 kw

5. 电功消耗

N (kw) =

)kw

例如:一个 300 升的水槽,要保持 300 升/H 的流量,出水温度保持 60℃(假定进 水温度为 5℃) ,问需电功率多大的电热器?
解: Q

= C ? m ? ?t = 1千卡

°C

× 300kg × (60 ? 5) = 300 × 55 = 16500 千卡

H

理论电功

N (kw) =

Q 857.14285 千卡 kw

=

16500 = 19.25kw 857.14285

20%,则实际需要电功为: 设功散耗 20%,则实际需要电功为:

N 实 = 19.25kw × (1 + 0.2) = 23.1kw

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十五、 十五、 重要参数的计算公式
1. 公式的统一计算单位

δ ? ρ = t ? Dk ? K ? η
δ
— 镀层厚度 10 ?m = 0.001cm ,单位厘米( cm )

ρ — 镀层金属比重 g
t

cm 3


— 若电镀时间 1 分钟即 0.0167H,单位小时

DK — 要求解的电镀电流密度 ( A
K
— 电化学当量

cm 2

g

A? H

η

— 阴极电流效率

δ =
2.

t ? Dk ? K ? η

ρ

,t =

δ ?ρ
Dk ? K ? η

, Dk =

δ ?ρ t ? K ?η

电化学当量的计算 法拉第定律指出, 在阳极上溶解或在阴极上析出 1g 当量的任何物质所需要的电量 为 26.8AH。 1g 当量物质是与在电化学反应中得失的电子数有关。得失一个电子时,1g 当量 等于原子量;得失二个电子时,1g 当量为原子量的 1/2;得失三个电子时,1g 当量为原子量的 1/3,以此类推。 在酸性介质中电镀,锡是以二价形式放电的,即 Sn

Sn 2+

得失二个电子。所以锡

的 1g 当量就是锡原子量的 1/2,即 118.7/2=59.35,所以锡的电化学当量为:

118.7 g 2 = 2.2146 g K= A? H 26.8 A ? H

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