电镀原理讲解课件

,#,Page,:,28,/,28,电镀,原理讲解,Interplex(HangZhou),撰写：吴赓华,08/2806,电镀原理讲解,1,提纲,Interplex,Reel to Reel,电镀流程,电镀原理,电镀层测试,制程常见的异常原因及对策,电镀层的腐蚀与防护,提纲Interplex Reel to Reel电镀流程,2,电,解,脱,脂,ELECTRO CLEAN,收料,REELING,喷,洗,SPRAY RINSE,超,声,波,脱,脂,ULTRASONIC,CLEAN,镀,金,GOLD PLATE,热,水洗,HOT RINSE,烘干,HOT AIR DRY,放料,DE,REELING,鍍鎳,NICKEL PLATE,酸洗,ACTIVATE,浸洗,RINSE WASHING,镀锡,or,锡,鉛,Sn,or,Sn,/Pb PLATE,前處理小結,后處理小結,喷,洗,SPRAY RINSE,喷,洗,SPRAY RINSE,喷,洗,SPRAY RINSE,一,.,Interplex,Reel to Reel,电镀流程,:,喷,洗,SPRAY RINSE,电解脱脂 收料 喷洗 超声波脱脂镀金热水洗烘干,3,二,.,电镀原理,:,基本概念,:,电镀是表面处理的一种,是利用电极反应,在零件表面形成覆盖层的方法,以镀件为阴极,在直流电的作用下,在金属制件表面沉积出一层金属或合金的过程称之为电镀。,电镀池的构成,:,1),电源,:,直流电,2),阳极,:,分可溶性和不可溶性两种,3),阴极,:,零件,4),电镀液,:,含镀层金属离子之溶液,电,子,直,流,电,阳极,阴极,电,解,液,(,整流器,),H,2,O,2,电,流,OH,H,Cu,SO,4,阳,极:,M - e- M,+,阴,极:,M,+,+ e- M,阳极溶解进入溶液,溶液中离子形成金属析出于阴极,(,零件,),上,.,二.电镀原理:,4,电镀结晶过程,:,零,件(端子),镀,层,镀,层,膜厚,膜厚,高,电流区,低,电流区,高,电流区,低,电流区,膜,厚,电,流,极限,电,流密度,图,1,图,2,从图示中可看出,:,1.,在一定的条件下,电流越高,镀层膜厚越大,.,但电流达到一定极限,膜厚不再随电流增大而增大,.(,如图,1),2.,在同等条件下,电流越高,电镀结晶颗粒越大,针孔度越大,(,硝酸试验,NG),耐腐蚀性差,.(,如图,2),3.,在极限电流下电镀,镀层不但结晶颗粒大,而且结晶颗粒排列无规则,无光泽,(,即烧焦,), SEM,状况不好,对,LLCR,BAKE,测试匀有影响,.,-,以总结参考,.,电镀结晶过程:零 件(端子)镀层镀层膜厚膜厚高电流区低电,5,三,.,电镀层测试,:,3-1.,连接器的电气特性测试：,3-2.,连接器的机械特性测试：,3-3.,连接器的环境测试：,三.电镀层测试:3-1.连,6,四,.,制程常见的异常原因及对策,不良项目,原因,对策,脱皮,电刷与料带接触不良,冒火花,调整、更换,导电线松脱,拧紧,镀液温度偏低,检查温控器,恢复正常,不纯物含量超标,弱电解处理,前处理不良,分析,调整,水洗不干净,确保水洗干净,镀锡,/,锡铅发黄,表面残留酸,通过锡铅后水洗,PH,值，掌控水洗水更换频率,确保水洗干净,温湿环境存放,收料时,检查料带是否烘干,锡镀槽添加剂失调,分析控制,定量添加,四.制程常见的异常原因及对策不良项目原因对策脱皮电刷与料带接,7,5.1.,腐蚀的概念：,在一般人的观念，腐蚀就是指生锈，或是腐蚀就是氧化造成的，其实并不那么单纯。,钢铁及其合金的腐蚀现象才能称之为生锈,（生铁锈），而单纯的氧（或者是单纯的水）是无法腐蚀金属的。环境是造成金属腐蚀的最大因素，人们常接触的环境就是大气，即使单纯的大气也因乡村、都市、工业区、沙漠、寒带、热带、海上（海边）等而有很大的差异，进而影响腐蚀的速率，空气中引起腐蚀的主要成份为氧气、水气和有害基质。金属在大气中的腐蚀过程是一种电化学过程，当大气中水气附着在金属表面形成薄薄的水膜（成为电解液），如果再吸收大气中的氧及有害杂质（如,SO,2,、,CO,2,、,CL,-,）以后，就会使电化学腐蚀加速的进行。因此金属在干燥的空气中是不会有腐蚀作用，以及金属在没有氧的水中也不会有腐蚀作用。,五,.,电镀层的腐蚀与防护,:,5.1.腐蚀的概念：,8,5.2.,腐蚀的形态：,绝大部分金属的腐蚀过程均有电子转移行为，因此可以视为一种电化学反映：,a.,均匀腐蚀不,;b,伽凡尼腐蚀（异种金属腐蚀） ；,c,间隙腐蚀；,d,空穴腐蚀；,e,晶界腐蚀；,f,选择性腐蚀；,g,冲磨腐蚀；,h,应力腐蚀。,5.3.,腐蚀的因数：,对电镀层的腐蚀大部分为,伽凡尼腐蚀效应所致，,在电镀层的抗腐蚀的高低则决定下列四项因数：,a,镀层本身化学性质；,b,镀层的厚度；,c,镀层的孔隙度；,d,镀层身处的环境,5.2.腐蚀的形态：,9,5.4,连接器电镀的腐蚀：,项次,电镀规格,备注,1,铜合金（黄铜、磷青铜、铍铜）,/,镀镍,铜合金较活性会被腐蚀,2,铜合金（黄铜、磷青铜、铍铜）,/,镀镍,/,镀金,铜合金较活性会被腐蚀，因多镀一层金，而加大电位差，所以腐蚀速度更加快（特别是镀薄金）,注：但腐蚀条件满足时，薄金更加速基材的氧化。若腐蚀条件不满足，则金可以延缓氧化的发生。,3,铜合金（黄铜、磷青铜、铍铜）,/,镀镍,/,镀锡,or,锡铅,锡,or,锡铅较活性会被腐蚀,4,铁基体,/,镀铜,/,镀镍,铁基体较活性会被腐蚀,5.4连接器电镀的腐蚀：项次电镀规格备注1铜合金（黄铜、磷青,10,5.5,如何防腐蚀：,1.,制程上降低孔隙度：,a.,在合适的电流密度与产速下尽量降低电流密度；,b.,增加电镀时的搅拌速度,or,适时添加适量的润湿剂；,c.,使用脉冲整流器，细致结晶颗粒；,d.,中间镀层在规格范围内（如镍），尽量上限电镀；,e.,使用封孔剂。,2.,加强环境管制：,a.,电镀后，务必用纯水清洗；,b.,生产后尽量不要用手直接接触零件；,c.,电镀后的产品应立即撤出电镀车间；,d.,仓储、检测的电镀零件的环境，应随时保持恒温、低湿度、干净的空气。,5.5如何防腐蚀：,11,放料时注意事项,放料前确认料号,/,数量,/,包装方向,/,来料是否氧化、歪 缺,pin,等品质状况。,放料时注意事项,12,作 用,:,1.,利用水刀的冲击力将料带上的药液冲洗掉,避免 药液随料带进入下一站,导致上一工站减弱药性或将杂质带入下一工站使药水成分改变,.,2.,以强风将零件表面之大部分水份去掉,增强烘干效果,3.,通过强风将零件表面之杂质去除,.,注意事项,:,风刀风力及角度,水刀大小及位置,风刀有无药垢,水刀 有无堵塞,.,作 用:,13,凹部分也能除油干,净,零,件,原 理,:,超音波振荡的机械能可使溶液内产生许多真空的空穴,.,这些空穴在形成和闭合时产生强烈的振荡,对工件表面的油污产生强大的冲击作用,有助于油污脱离工件表面,加强皂化和乳化作用,从而加速除油过程并使除油更为彻底,.,条件设定,：,GP-300: 5520g/L,温度,:60 10C,作 用,:,其对处理形状复杂,有细孔,盲孔和除油要求高 的除油制品更为有效,.,注意事项,:,开机时液体未打到子槽不可打开超声波电源,.,停机时先关闭超声波电源再关闭泵浦,.,凹部分也能除油干净零 件原 理:超音波振荡的,14,电解脱脂,原理,:,在,碱性电解液,中金属工件受直流电的作用发生极化作用,使金属,-,溶液界面张力降低,溶液易于润湿并渗入油膜下的工件表面,.,同时,析出大量氢或氧,(,阴极,2H+ +2eH2,阳极,:4OH-4e2H2O+O2),对油膜猛烈地撞击和撕裂,对溶液产生强烈搅拌,加强油膜表面溶液的更新,油膜被分散成细 小油珠脱离工件表面而进入溶液中 形成乳浊液,.,电解除油分阴极除油,(,除油能力 强,速度快,效果好,但易引起氢脆,),和阳极 除油,(,无氢脆但除油慢,效果较差,).,条件设定,:,GP-300: 5520g/L,温度,:60 10C,作 用,:,去除料带表面的油脂,.,注意事项,:,电铜刷是否冒火花,(,造成,前处理不良脱皮,),电流电压范围,导线是否接触良好等,电解脱脂,15,酸洗,条件设定,:,H,2,SO,4,浓度,:80160g/l,作 用,:,1.,去除端子表面的氧化物,. 2.,中和上一工站残留的碱,3.,对金属有活化作用,.,条件影响,:,浓度太低,效果不足,;,太高,则对基体具腐蚀作用,.,注意事项,:,应定期更换,生成的,CuSO4,对,Beo,有贡献,但对去除,CuO,无贡献,CuSO4,含量若太高,溶液发蓝,必须更换,.,酸洗,16,前处理不良的影响,:,来料,(,铜材,),素材的表面状况,如表面度,(,凹凸不平,),油脂过多,表面氧化等都会影响电镀的前处理,.,而电镀前,处理不彻底,易导致,镀后密着性欠佳,起泡等不良,.,会影,响镀层之结晶状况,.,零件深凹区易藏污纳垢,不易去除,.,后处理不良的影响,:,易造成,零件污脏,耐久性能差,甚至直接影响电接触性能,.,前处理不良的影响:,17,镍 特 性,:,镍是白色微黄的金属,具有铁磁化性,.,在空气中,其表面通常存在一层,钝化膜,(,发黄原因,),钝化膜对,WICKING,有正面影响,镀镍的应用面很广,可分为防护装饰性和功能性两方面,.,现,Interplex(hangzhou),镀镍半光亮镍,MP-200,、暗镍,SC,、高磷镍,EP-M.,作 用,:,1.,打底,增加硬度 ；,2.,延缓基体金属与表层金属层相互扩散；,3.,降低,Tin Whisker,发生；,4.,平滑层面，确保镀金层的低孔隙率。,成分作用,:,氨 基 磺 酸镍,:,主盐 氯 化 镍,:,阳极活化剂,增加导电性能 硼 酸,: pH,缓冲剂 氨 基 磺 酸,:,降低,pH,碱 式 碳 酸 镍,:,提升,pH MP-200 :,半光亮剂,其能降低了镀液表面张力,增强了镀液对镀件表面的润湿作用,清除氢气,避免针孔的产生,镍 特 性:,18,浸洗,作,用,:,料带浸泡在水槽中,在,超音波,的作用下，将料带上残留的药液清洗更加完全,.,浸洗,19,金 特 性,:,金是一种色泽为金黄色的金属,元素符号为,Au.,电镀金层的性能优越,化学稳定性好,易于抛光,延展性好且耐腐蚀性及导电良好,易焊接耐高温,空气中不变色,被广泛应用于线路板接插件等方面,.,作 用,:,增加接触点抗氧化腐蚀能力,降低接触电阻,稳定接触性能,增加美观性,.,成分作用,:,KAu(CN)2:,主盐 柠檬酸,:,缓冲剂,控制镀液的,pH,值,对导电性有帮助 导电盐,:,增加镀液的导电性能 平衡盐,:,草酸盐类还原剂,.,用于抑制,Au+,氧化成,Au3+(,无效金,),及,Co2+,氧化成,Co3+(,无效钴,).,是导电盐中的一种成分,. Additive(2010):,改善镀膜分布,增加光泽范围,Brightener: Ni or Co,盐,过渡金属光泽剂,增加镀膜硬度,&,耐磨性,亦有调整镀膜分布的功能,金 特 性:金是一种色泽为金黄色的金属,元素符号为Au.电镀,20,锡,/,锡铅特性,:,纯锡镀层期放置,表面长出针孔状结晶,(,锡须,Tin Whisker),能引起短路。在纯锡中只要加入,23%,以上的铅,这种现象就不易发生,.,因此该镀层是电子元,器件中最受重视的可焊性镀层,.,现,Interplex(hangzhou),电镀有亮锡,/,锡铅、暗锡、暗锡铅等镀种。,作 用,:,防腐蚀,&,焊接,成分作用,:,锡浓缩液,or,铅浓缩液,:,主盐,锡 铅 酸,:,促进阳极溶解,提升导电能力,光亮整平,添加剂,:,有辅助剂,Additive,的载体；有次级光亮剂,其能使镀层晶粒细化,并可提高镀液的分散能力；有初级光亮剂,提高溶液的稳定性,防止锡的氧化,.,锡/锡铅特性:,21,热水洗,作 用,:,超声波与热水洗有助增加水洗活性及取得一定的,封孔效果,.,热水洗,22,烘干,作 用,:,干燥电镀零件，将残留在零件表面及孔隙中的少量水份以加热变为水蒸气的方式去除,.,烘干,23,收料时注意事项,:,1.,收料前确认料带的外观有无变形、是否黑,pin,、白,pin,、等品质不良,料带有无烘干等,.,2.,确认收料方向；使用的纸带、料盘的料号是否正确,.,收料时注意事项:,24,3-1.,连接器的电气特性测试,绝缘阻抗测试,(Insulation Resistance),耐电压测试,(Dielectrics Withstanding Voltage),接触阻抗测试,(Contact Resistance),低功率接触阻抗,(Low Level Contact Resistance),电容测试,(Capacitance),温升测试,(Temperature Rise),高频测试,3-1.连接器的电气特性测试,25,3-2.,连接器的机械特性测试,单支插入力与单支拔出力,(Engagement & Separation Forces),连接器的整体插入力与整体拔出力,(Mating & Unmating Forces),端子保持力,(Contact Retention Force),线缆弯折试验,(Bending),耐插拔试验,(Durability),振动试验,(Vibration),机械冲击试验,(Mechanical Shock),端子正向力,( Normal Force ),3-2.连接器的机械特性测试,26,3-3.,连接器的环境测试,盐水喷雾试验,(Salt Spray),温湿性试验,(Humidity),热冲击试验,(Thermal Shock),高温寿命试验,(Temperature Life),焊锡性试验,(Solderability),耐焊锡热试验,(Resistance to Solder Heat),蒸气老化试验,(Steam Aging),硝酸试验（,Porosity test),3-3.连接器的环境测试,27,说明,1.,电极电位越低则金属活性越大；,电极电位越高则金属稳定。,2.,溶液中,电极电位低的金属可以把电极电位高的金属化合物置换为金属单质。,3.,自然界,Ni,的单质电极电位为正的。,4.,两种金属电极电位差越大，则腐蚀速度越大。,Au,Au,+,+1.680V,Pd,Pd,+2,+0.987V,Ag,Ag,+,+0.799V,Cu,Cu,+2,+0.337V,惰性,or,阴极,H,2,H,+,+0.000V,Fe,Fe,+3,-0.040V,Pb,Pb,+2,-0.126V,Sn,Sn,+2,-0.136V,Ni,Ni,+2,-0.250V,Fe,Fe,+2,-0.441V,活性,or,阳极,Zn,Zn,+2,-0.762V,Al,Al,+3,-1.662V,Na,Na,+,-2.714V,纯金属的标准电极电位,说明AuAu+1.680VPdPd+2+0.987V,28,