电镀概论.docx

电镀概论.docx

《电镀概论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电镀概论.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电镀概论

電鍍技術教材

第1章電鍍概論

1.電鍍定義:

電鍍乃是將鍍件（製品）,浸於含有上金屬的離子溶液,接通陰極,另一端置適當陽極（可溶性或不可溶性）,通以直流電後,鍍件的表面即析出一層薄膜的方法.

2.電鍍目的:

1.美觀（Au,Ag,Ni,Cr,Zn-Cu）

2.防蝕性（Ni,Cr,Zn,Cd）

3.耐磨性（HardCr,HardAu）

4.導電性（Au,Ag,Cu）

5.潤滑性（Ag,Sn,Pb）

6.耐熱性（Al）

7.焊接性（Sn,Sn-Pb）

8.強度（Metal）

9.成本

3.電鍍方法:

1.電解鍍金法

2.化學鍍金法

3.熔融鍍金法

4.溶射鍍金法

5.氣相鍍金法（真空蒸著,陰極噴濺,離子鍍著）

6.衝擊鍍金法

4.電鍍流程:

1.研磨polish（機械,化學,電解）

2.前處理pertreatment（脫脂,活化,清潔）

3.電鍍electroplating（底鍍,選鍍）

4.后處理aftertreatment（著色,對孔,上臘）

5.乾燥drying（air,heater,lR）

5.鍍液組成:

1.純水

2.金屬監

3.溶解助劑

4.導電監

5.緩衡劑

6.添加劑（如光澤劑,平滑劑,柔軟劑,濕潤劑,抑制劑等）

電鍍技術教材

6.電鍍條件:

1.電流密度（鍍液特性,鍍件結構）

2.鍍液溫度（Au-50℃,Ni-55℃,SnPb-20℃）

3.攪拌狀況（速度穩定度）

4.電流波形（濾波度,PR,脈波）

5.陽極（可溶性,不可溶性,輔助性）

6.PH值（酸性,中性,鹼性）

7.比重（粘度導電度）

7.電鍍厚度:

在電腦端子零件之電鍍加工中,一般鍍膜厚度的表示方法有μ〞（microinch）微英寸,即是106inch,μm（micrometer）微米,即是106M,一般簡寫為μ.一公尺（一米,1M）等於39.37inch（英寸）,所以1μm相當於39.37μ〞.為了方便記憶,一般以40計算,即假設電鍍錫鉛3μ應大約為3*40=120μ〞.

以下為一般端子零件電鍍所需之基本厚度（根據ASTM標準）,當然在商業化時需根據消費者要求或買賣雙方協議,故此敘述僅作參考.

1.TIN-LEADALLOYPLATING:

5μm以上其儲存期為三個月.

12~30μm以上其儲存期為九個月.

一般至少需3μ以上尚可談銲錫性.但台灣現已很多淪落至1~2μ之厚度,實在是人擔憂.

2.NICKELPLATING:

現在市場上（電腦端子）皆以其為Underplating（打底）,故在50μ〞以上為一般普遍規格,但若單純電鍍鎳（最後鍍層）,則必須要有5μm以上始可通過24小時以上之鹽水噴霧試驗.

3.GOLDPLATING:

其為昂貴之電鍍加工,故一般電子業再選用規格時,皆考慮其使用環境﹑使用對象﹑製造成本,若需通過一般強腐蝕試驗必須在50μ〞以上.（此為國際標準規格）

8.鍍層檢驗:

在端子電鍍鍍層的檢驗項目有如下,但有些項目必須使用較昂貴之儀器及檢驗時效,故並非一般電鍍業皆能有完整之檢驗系統.

1.外觀（顯微鏡）8.純度（分光儀﹑AAS.）

2.厚度（X-PAY,BETA-SCOPE）9.耐磨性（物理試驗機）

3.密著性（折彎﹑急冷﹑膠帶法）10.延展性（物理試驗機）

4.銲錫性（沾錫法）11.耐變色性（加熱法﹑腐蝕法）

5.耐蝕性（鹽水﹑硝酸‥）12.阻抗（電阻測試器）

6.硬度（硬度測試器）13.內應力（HULLCELL&應力測試器）

7.成分（分光儀﹑X-PAY‥）

電鍍技術教材

第2章電鍍計算

1.電流密度:

即電極單位面積所通過的安培數,一般以A/dm²表示.電流密度在電鍍操作上是很重要的變數.諸如鍍層的性質﹑鍍層得分佈﹑電流效率等,皆有很大的關係.通常有陽極電流密度和陰極電流密度.其計算方法如下:

平均電流密度（ASD）=電鍍槽通電的安培數（Amp）/電鍍面積（dm²）

在連續端子電鍍業,計算電流密度時,必須先知道電鍍槽長及單支端子電鍍面積然後再算出鍍槽中之總電鍍面積.

舉例:

有一連續端子電鍍機,鎳槽槽長1.5米,欲鍍一種端子,端子之間距離為2.54㎜,每支端子電鍍面積為50㎜²,今開電流50Amp,請問平均電流密度為多少?

電鍍槽中端子數量=1.5*1000/2.54=590支

電鍍槽中電鍍面積=590*50=29500㎜²=2.95d㎡

平均電流密度=50/2.95=16.95ASD

2.耗金計算:

黃金電鍍因使用不溶解性陽極（如白金鈦網）,故鍍液中消耗之金離子無法自行補給,需仰賴添加方式補充.一般以金鹽（金氰化鉀）PGC來補充.

其計算方法如下:

重量（g）=面積（㎝²）*長度²（㎝）*密度（g/㎝³）

加金量=電鍍面積*電鍍厚度*黃金密度

一般使用電鍍厚度單位為μ〞（microinch）,電鍍面積單位為d㎡.本段將加金公式簡化為:

加金量（g）=A（d㎡）*Z（μ〞）*19.3（g/㎝³）

=100㎝²*0.000254㎝*19.3…………單位一致化

=0.0049AZ…………簡化後

（1d㎡=100㎝²,1μ〞=0.00000254㎝）（1g純金=0.683gPCC）

（A:

為電鍍面積d㎡,Z:

為電鍍厚度μ〞）

舉例:

有一連續端子電鍍機,欲生產一種端子10000支,電鍍黃金全面3μ〞,每支端子電鍍面積為50㎜²,實際電鍍出平均厚度為3.5μ〞,請聞需補充多少g純金?

多少gPGC?

10000支總面積=10000*50=50000㎜²=50d㎡

耗純金量=0.0049AZ=0.0049*50*3.5=0.8575g

耗PGC量=0.8575/0.683=1.2555g

3.理論厚度:

在計算理論厚度之前,必須知道法拉第電解定律.法拉第的第一定律,為被電解出的生成物與所通入的電量成正比.法拉第的第二定律,為通入一定的電量,各物質生成的量,與其化學當量成正比.

公式:

一個法拉第F=電流Amp*時間hr/96500coul

公式:

一克當量E=金屬重量W*電荷數/原子量

電鍍技術教材

公式:

金屬重量W=面積㎝²*厚度㎝*密度g/㎝³

由公式及公式得知（一個法拉第F=一克當量E）

公式:

金屬重量W=電流Amp*時間hr*原子量/96500coul*電荷數

由公式及公式得知

厚度㎝=電流Amp*時間hr*原子量/96500*電荷數*面積㎝²*密度g/㎝³

=電流密度Amp/㎝²*時間hr*原子量/96500coul*電荷數*密度g/㎝³

（Z厚度,T時間,M原子量,N電荷數,D密度,C電流密度）

Z（㎝）=C（Amp/㎝²）*T（hr）*M/96500（coul）*N*D（g/㎝³）

（1μ〞=2.54*10–6㎝,1Amp/dm²=10–2Amp/㎝²,1hr=60min）

2.54*10–6Z=10–2C*60T*M/96500*N*D……………………單位一致化

Z=2.448CTM/ND……………………簡化後

舉例:

鎳密度8.9g/㎝³,電荷數2,原子量58.7,試問鎳電鍍理論厚度?

Z=2.448CTM/ND

=2.448CT*58.7*8.9

=8.07CT

若電流密度為1Amp/dm²（1ASD）,電鍍時間為1分鐘,則理論厚度

Z=8.07*1*1=8.07μ〞

參考資料:

金理論厚度=24.98CT（密度19.3,分子量196.97,電荷數1）

銅理論厚度=8.74CT（密度8.9,分子量63.54,電荷數1）

90/10錫鉛理論厚度=20.28CT（密度7.713,分子量127.8,電荷數2）

4.效率計算:

一般計算電鍍效率（指平均效率）的方法有兩種,如下:

電鍍效率E=實際平均電鍍厚度/理論電鍍厚度……………………

=理論所需耗電流值/實際使用電流值……………………

本段僅介紹方法.

舉例:

假設電鍍鎳金屬,所開電流密度為10ASD,電鍍時間為2分鐘,而實際所測厚度為150μ〞,請問電鍍效率?

Z=8.07CT=8.07*10*2=161.4μ〞

E=Z´/Z=150/161.4=93%

5.綜合計算:

假設電鍍一批D-25P-10SnPb端子,數量有20萬支,生產速度為20M/min,每個鎳槽鎳電流為50Amp,金電流為4Amp,錫鉛電流為40Amp,實際電鍍所測出厚度鎳為43μ〞﹑金為11.5μ〞﹑錫鉛為150μ〞,每個電鍍槽長度皆為2M,鎳槽3個﹑金槽2個﹑錫鉛槽3個,每支端子鍍鎳面積為82㎜²﹑鍍金面積為20㎜²﹑鍍錫鉛面積為46㎜²,每支端子間距為6.0㎜,請問20萬支端子需多久可以完成?

總耗純金量為多少?

換算PGC為多少?

每個鎳﹑金﹑錫鉛槽電流密度各為多少?

每個鎳﹑金﹑錫鉛電鍍效率為多少?

電鍍技術教材

20萬支端子總長度=200000*6=1200000㎜=1200M

20萬支端子耗時=1200/20=60min=1hr

20萬支端子總面積=200000*20=4000000㎜²=400dm²

20萬支端子耗純金量=0.0049AZ=0.0049*400*11.5=22.54g

20萬支端子耗PGC量=22.54/0.683=33g

每個鎳槽電鍍面積=2*1000*82/6=27333.33㎜²=2.73dm²

每個鎳槽電流密度=50/2.73=18.32ASD

每個金槽電鍍面積=2*1000*20/6=666.667㎜²=0.67dm²

每個金槽電流密度=4/0.67=5.97ASD

每個錫鉛槽電鍍面積=2*1000*46/6=15333.33㎜²=1.53dm²

每個錫鉛槽電流密度=40/1.53=26.14ASD

鎳電鍍時間=3*2/20=0.3min

鎳理論厚度=8.07CT=8.07*18.32*0.3=44.35

鎳電鍍效率=43/44.35=97%

金電鍍時間=2*2/20=0.2min

金理論厚度=24.98CT=24.98*5.97*0.2=29.83

金電鍍效率=11.5/29.83=38.6%

錫鉛電鍍時間=3*2/20=0.3min

錫鉛理論厚度=20.28CT=20.28*26.14*0.3=159

錫鉛電鍍效率=150/159=94.3%

電鍍技術教材

第3章電鍍概論

1.電鍍底材（素材）:

在電腦端子零件之電鍍加工中,所使用之素材有銅合金（黃銅﹑磷青銅﹑鈹銅﹑鈦銅﹑銀銅﹑鐵銅等）及鐵合金（spcc﹑42合金等）,而一般最常使用的材料為黃銅（brass）及磷青銅（phos–bronze）.以下就對純銅及此兩重金屬加以說明.

1.純銅（copper）:

銅的特點是導電度和導熱度大,所以多半用為電器材料或傳熱材料.像導電率即是以銅做為基準,是以韌煉銅（ElectrolyticToughPitch）的電阻係數1.7241μΩ．㎝為100%1ACS（InternationalAnnealedCopperStandard）,其他金屬導電率之計算即是1.7241/金屬電阻係數=%.銅在乾燥空氣中及清水中是不易起變化,但和海水便會起作用.且若在空氣中有濕氣和CO2時,銅表面會生綠色鹼性碳酸銅（俗稱銅綠）.

2.黃銅（Brass）:

黃銅是銅和鋅的合金.一般鋅含量在30~40%之間,黃銅的顏色隨鋅含量的增加從暗紅色,紅黃色,淡橙黃色漸漸變為黃色.其機械性質優良,製造和加工都容易,價格又便宜,故多半皆用來做公端材料.但其耐腐蝕性較差,故需度一層銅或鍍一定厚度以上之鎳,作為打底（Underplating）防蝕用.若在黃銅中加少量錫時,會增加其耐蝕性,特別對海水的耐蝕性會增大.60/40黃銅加1%錫稱為navalbrass,70/30黃銅加1%錫稱為admiraltybrass.其他也有加少量鋁﹑鐵﹑矽﹑鎳等,皆為提昇其物理性能及耐蝕性.

2.磷青銅（phosphorusbronze）:

磷青銅為銅﹑錫﹑磷之合金.一般錫含量在4~11%之間,磷含量在0.03~0.35之間.在青銅中加磷是為除去內部之氧化物,而改良其彈性及耐是性能.磷青銅之耐蝕性遠比黃銅優良,但價格較貴.通常皆用在母端或彈片接點,有時在磷青銅中加其他金屬會更大增其耐蝕性,可不必鍍鎳打底而直接鍍錫鉛合金,如加鎳為CA-725.

2.電鍍前處理:

在實施電鍍作業前一般皆要將鍍件表面清除乾淨,方可得到密著性良好之鍍層.現就一般鍍件表面結構做剖析（如圖

（1））:

通常在銅合金沖壓（stamping）加工﹑搬運﹑儲存期間,表面會附著一些塵埃﹑污垢﹑油脂﹑氧化物等,而我們可以再素材表面這些污物予以分層說明處理方法（如表

（1））.

1.塵埃、污物

2.油脂

3.氧化層

4.加工層

5.擴散層

6.銅合金素材

圖

（1）

電鍍技術教材

表

（1）

層數

類別

處理方法

目的

第一層

污物

水﹑鹼熱脫脂劑

第一層至第三層處理

第二層

油脂

鹼熱脫脂劑﹑電解脫脂劑﹑溶劑等

完全後,基本上密著

第三層

氧化層

稀硫酸﹑活化劑

性已經很好.

第四層

加工層

酸拋光﹑電解拋光

在處理表面加工紋路,

第五層

擴散層

必要使用之.

1.脫脂（decreasing）:

一般脫脂方法有溶劑脫脂﹑鹼劑脫脂﹑電解脫脂﹑乳劑脫脂﹑機械脫脂（端子電鍍業通常不用）.在進行脫脂前必須先了解油脂種類及特性,方可有效去除油脂.油至一般可分為植物性油﹑動物性油﹑礦物性油﹑合成油﹑混合油等（如表

（2））.

表

（2）

類別

性質

處理方法

植物性油脂

可被鹼性脫脂劑皂化

鹼性脫脂劑﹑電解脫脂劑﹑有機溶劑﹑乳化

動物性油脂

劑（冷脫）.

礦物性油脂

無法被鹼性脫脂劑皂

有機溶劑﹑乳化劑.

合成油

化,必須籍由乳化﹑

有機溶劑﹑乳化劑﹑電解脫脂劑﹑鹼熱脫脂

混合油

滲透﹑分散作用.

劑,選擇並用.

金屬表面有值得脫除效用乃是由數種作用兼備而成的,如皂化作用﹑乳化作用﹑滲透作用﹑分散作用﹑剝離作用等.且脫脂時,除視何種油脂須用何種脫脂劑外,像素材對鹼的耐蝕程度（如黃銅在PH值11以上就會被侵蝕）﹑端子的形狀（如死角﹑低電流密度區）﹑油脂分布不均等,皆會影響脫脂效果,特別注意.所以脫脂的方法的選擇即相當重要.以端子業來說,一般所使用的油脂為礦物由礦物油﹑合成油﹑混合油,不可能用動植物油.以下就對溶劑脫脂法﹑鹼劑脫脂法﹑電解脫脂法作以下比較說明.

電鍍技術教材

表（3）

方法

優點

缺點

使用藥劑

溶劑脫脂法

脫脂速度快,不會

腐蝕素材.

對人體有害﹑易燃﹑

價錢高.

石油系溶劑氯﹑氯化

碳氫系溶劑.如煤油﹑

三氯乙烯.

乳化脫脂法

脫脂速度快﹑不會

腐蝕素材.

廢水處理困難﹑價

錢高,對人體有害.

非離子界面活性劑﹑

溶劑﹑水混合.

鹼性脫脂法

對人體較無害﹑便

宜﹑使用方便.

易起泡沫﹑須加

熱﹑只能當作預

脫脂.

氫氧化鈉﹑碳酸鈉﹑

磷酸鈉﹑磷酸三鈉等,

界面活性劑.

電解脫脂劑

對人體較無害﹑使

用方便﹑效果好.

易起泡沫﹑須搭

配預脫脂﹑易氫

脆.

氫氧化鈉﹑磷酸鈉﹑

矽酸鈉﹑碳酸鈉﹑

界面活性劑等.

2.活化（activation）:

脫脂完後的金屬表面,仍然殘存有很薄的氧化膜﹑鈍態膜﹑會阻礙電鍍層的密著性,故必須使用一些活化酸將金屬表面活化,以防止電鍍層產生剝離（peeling）﹑起泡（blister）等之密著不良現象.一般銅合金所使用之活化酸,為硫酸﹑鹽酸﹑硝酸﹑磷酸等之混合酸,其中也有加一些抑制劑.

3.拋光（polishing）:

由於端子在機械加工過程中,使金屬表面產生紋路,會影響電鍍外觀.一般在客戶的要求下,皆必須進行拋光作業.端子的拋光,一般僅限於使用化學拋光法及電解拋光法.而上述兩種方法皆使用酸液,為達到細微拋光,在酸的濃度及種類就相當重要.通常使用稀酸,細部拋光較佳,但是費時.使用濃酸,處理速度快,但易傷素材且對人體有害.故不管使用何種方式,攪拌效果要好,才可以得到較均勻的拋光表面.

3.水洗工程:

一般電鍍業,常專注在電鍍技術研究,及電鍍藥水的開發,卻往往忽略了水洗的重要性.很多電鍍不良,皆來自水洗工程設計不良或水質不淨,以下我們就水洗不良而造成電鍍缺陷之各種情形加以解說.

1.若脫脂劑的水質為硬水,則端子脫脂後金屬表面殘存的皂鹼,和Ca﹑Mg金屬生成金屬皂,固著於金屬表面時,產生鍍層密著不良﹑光澤不良的原因.一般改善方法,可以將水質軟化並預脫脂劑內加界面活性劑.

2.若水質為酸性時,與金屬表面殘存的皂鹼作用,產生硬脂酸膜,而造成鍍層密著不良﹑光澤不良的原因.改善方法為控制使用水質（調整PH值）.

電鍍技術教材

3.若各工程藥液帶出嚴重並水洗不良,或水質不佳（即有不純物）,會污染下一道工程,造成電鍍缺陷.改善方法為使用乾淨的純水,避免帶出（吹氣對準）藥液,修正水洗效果.

4.在電鍍槽間之水洗,水中含鍍液鎔度若過高,會造成鍍層間密著不良.改善方法為避免帶出（吹氣對準）藥液,經常更換水洗水.

5.若在電鍍完畢最後水洗不良時,會造成鍍件外觀不良,及鍍件壽命簡短（殘留酸）.改善方法為適用乾淨的純水,經常更換水洗水.

4.電鍍溶液:

在端子電鍍業,一般的電鍍種類有Au﹑Ag﹑PdNi﹑Cu﹑SnPb.而在本公司目前只有鍍金（純金及硬金）﹑鎳及錫鉛合金,所以本節將只敘述此四種金屬電鍍理論.

1.鎳電鍍:

本公司鍍鎳液,採用氨基磺酸鎳浴.此浴因不純物含量極低,故所析出之電鍍層內應力很低（在非全光澤下）,鍍液管理容易（不須時常提純）,但電鍍成本較硫酸鎳浴高.而目前鍍液分為兩種類別,半光澤﹑全光澤.半光澤鎳是用在全面鍍錫鉛時（因錫鉛鍍層能將錫鉛鍍層能將鎳層全面覆蓋,故無須用全光澤）,或是用在鍍金時（客戶不要求光澤度及考或是用在鍍金時（客戶不要求光澤度及考慮低電流析出）,全光澤鎳則用再鍍金且要求光澤度時.氨基磺酸鎳浴在攪拌情況良好下,電流密度是可以開到40ASD.最佳操作溫度在50~60℃,隨著溫度下降,高電流密度鍍層由光澤度下降,到百霧粗糙﹑燒焦﹑至密著不良.隨著溫度上升,氨基磺酸鎳開始水解成硫酸開始水解成硫酸鎳,內應力也隨之增加.PH值控制在3.8~4.8之間,PH值過高鍍層輝光則不佳﹑逐漸變粗糙,PH值過低鍍層會密著不良.比重控制在32~36Be,比重過高PH值會往下降（氫質子過多）,

比重過低PH值會往上升且電鍍效率變差.電流須使用直流三相濾波5%以下（可提升操作電流密度）.

2.錫鉛電鍍:

本公司鍍錫鉛液,採用甲基磺酸光澤浴.鍍層錫鉛比為90錫比10鉛,但實際鍍液錫鉛比為10:

1左右,而陽極錫鉛比為92:

8（因陽極解離之部分錫氧化為四價錫沉澱,為平衡9:

1之錫鉛析出比）.氨基磺酸鎳在攪拌情況良好下,電流密度是可以開到4