1、前言
在電子學(xué)諸技術(shù)中,半導(dǎo)體正以驚人的速度發(fā)展著。在此形勢(shì)下,要求電子線路中的接插件高密度化、輕薄短小幾多功能化及高可靠性化。接插件最基本的性能是電接觸的穩(wěn)定性,因此,接插件材料主要采用銅合金,并要求在表面加以處理使之具有耐蝕性及耐摩擦性等性能。典型的表面處理是鍍鎳后鍍金及鍍銅后鍍錫。至于鍍銀于其由于其耐蝕性差且易脫落,目前基本上已不采用。為了取代鍍金層,早在7-8年前國(guó)外已開(kāi)發(fā)電鍍把純把、把鎳合金等。對(duì)于插拔頻率高的接插件,發(fā)達(dá)國(guó)家已要求使用鍍把接插件。
由于接插件需求量大,其電鍍作業(yè)已連續(xù)化。本文就連續(xù)電鍍工藝、設(shè)備、被鍍產(chǎn)品及電鍍層的性質(zhì)作綜述。
2、連續(xù)電鍍工藝
就本質(zhì)而言,連續(xù)電鍍工藝與一般電鍍工藝是相同的,只是各工序的作業(yè)時(shí)間與一般電鍍相比是明顯地短。因此必須相應(yīng)地調(diào)整各處理液及鍍液,以適應(yīng)作業(yè)時(shí)間短的要求。
2.1鍍鎳后鍍金工藝
鍍鎳后鍍金的連續(xù)電鍍工藝流程為:脫脂→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→全面鍍鎳(氨基磺酸鎳)→水洗水洗→水洗→局部鍍金(脈沖電鍍)→回收→回收→水洗→水洗→水洗→局部電鍍錫鉛(含7%鉛以上)→水洗→水洗→水洗一襯友離子水洗→熱去離子水今干燥→檢驗(yàn)其中主要步驟分述如下:
2.1.1脫脂
與一般電鍍工藝不同的是,本工藝的脫脂時(shí)間是2~5秒,因此要采用高電流密度下的多段電解脫脂。
2.1.2酸洗
使用硫酸或鹽酸.由于被鍍金屬的尺寸要求,通常采用化學(xué)研磨或電化學(xué)研磨,而不采用金屬自體溶解.
2.1.3鍍鎳
通常采用氨基磺酸鹽鍍液。鍍鎳的目的是為鍍金、鍍錫提供底鍍層以提高耐蝕性,并防止基材(多數(shù)是銅合金)與金層、或與鉛層的相互擴(kuò)散而導(dǎo)致電鍍層性能下降.
2.1.4局部鍍金
為降低生產(chǎn)成本,采用局部鍍金.局部鍍金工藝見(jiàn)諸專(zhuān)利.局部鍍金時(shí)應(yīng)充分考慮到以下事項(xiàng):
①要考慮生產(chǎn)性,采用能夠承受電流密度的裝置;
②電鍍層的厚度均勻性要好;
③電鍍位置精度要高;
④要采用能靈活對(duì)應(yīng)各種基材電鍍方式的裝置;
⑤基材改變或方式變更時(shí),只要簡(jiǎn)單調(diào)整便能適應(yīng).
2.1.5局部鍍錫鉛
鍍液的組成通常是Sn:Pb=9:1,厚度1~3um,外觀要光滑。
2.2鍍銅后鍍錫工藝
鍍銅后鍍錫的連續(xù)電鍍工藝流程為:脫脂→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→活化(氰化鉀)→全面鍍銅(氰化鍍銅)→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→全面鍍錫鉛(含鉛7%以上)→水洗→水洗→水洗→防止變色→水洗→水洗→水洗→去離子水洗→熱去離子水洗→干燥→檢驗(yàn)
在銅合金上鍍銅是為了防止銅合金中的鋅與錫鉛鍍層中的鉛互相擴(kuò)散.銅鍍層起著屏障作用.鍍層中加鉛是為了提高熱傳導(dǎo)性。接插件的錫鉛鍍層厚度范圍為-3um,具體隨工件形狀而異。
純錫鍍層表面易產(chǎn)生毛刺,如果在錫鍍層中共沉積5%以上的鉛就能防止毛刺的產(chǎn)生。由于鉛比錫更易沉積,故鍍液中錫鉛的比例應(yīng)調(diào)整到Sn:Pb = 9:1,那么鍍層中的鉛含量在10%以上,但必須定期補(bǔ)充鉛在鍍液中的含量。
錫鉛鍍層在空氣中會(huì)逐漸被氧化,為了減慢這一過(guò)程,鍍層應(yīng)在50一80℃磷酸鹽溶液中浸漬,使之在錫鉛鍍層表面上生成致密的磷酸鹽膜,以防止鍍層氧化。
2.3鍍鎳后鍍把、金工藝
鍍鎳后鍍把、金的連續(xù)電鍍工藝流程為:脫脂→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→全面鍍鎳(氨基磺酸鎳)→水洗→水洗→水洗→活化(沖擊鍍把)→局部鍍把→回收→水洗→水洗→水洗→局部鍍金(脈沖電鍍)→回收→回收→水洗→水洗→水洗→局部鍍錫鉛(含鉛7%以上)水洗→水洗→水洗→水洗→去離子水洗→熱去離子水洗→干燥戶檢驗(yàn)
由于鍍把層硬度較高,厚度超過(guò)1.5um時(shí),若彎曲及剪切,便易產(chǎn)生裂紋,所以把鍍層厚度通常應(yīng)控制在0.5~1.0um。此外,為降低生產(chǎn)成本,采用局部鍍把。在把鍍層上再電鍍0.03~0.13um厚的金,這樣的接插件,接觸阻抗穩(wěn)定,金鍍層在插拔時(shí)還起到潤(rùn)滑作用,可提高耐磨性。
3、連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備
連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備在設(shè)計(jì)思想、驅(qū)動(dòng)方式、局部電鍍裝置,被鍍物件的形狀等方面均與普通電鍍?cè)O(shè)備有很大的不同。
目前國(guó)際上較先進(jìn)的接插件連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備通常都注意到以下幾個(gè)要點(diǎn):
①全長(zhǎng)約為15m,電鍍工序速度在0.5~14m/min范圍內(nèi)可變化。
②為了與相應(yīng)的有機(jī)溶劑對(duì)應(yīng),采用多段電解脫脂方法。也可采用加有機(jī)溶劑的其它脫脂方法。
③在電鍍用整流器的設(shè)計(jì)上要求做到調(diào)整電鍍速度時(shí)不會(huì)影響電鍍層的厚度。
④采用多段間歇水洗,使用水量為50L/h,
⑤電鍍槽采用密封式以免污染工作月鏡;
4、鍍層組合與基材的表面狀態(tài)
先鍍鎳后鍍金典型的鍍層組合為:鍍鎳層厚度0.5~2.5um,鍍金層厚度0.05~0.76um。通?;牡谋砻媸菈貉用婊蚰好?,表面有部分的凹凸不平,鍍上1~3h m的鎳層后,可利用鍍鎳層的平整度提高鍍件的耐蝕性和耐磨性。
5、電鍍觸點(diǎn)材料的鍍液和鍍層
5.1鍍金液及金鍍層的性質(zhì)
鍍金液的種類(lèi)及用途見(jiàn)表1
下面就最常用的含鉆酸性鍍金液的成分及作用,鍍金層的性能作評(píng)述.
含鉆酸性鍍金液的成份及工藝條件如下:
氰金酸鉀是主鹽。由于鍍金采用不溶性陽(yáng)極,所以必須經(jīng)常補(bǔ)充氰金酸鉀,但必須注意到氰酸根離子及鉀離子的累積會(huì)影響鍍液的成分。氰金酸鉀在pH》5時(shí)與鉆反應(yīng)產(chǎn)生沉淀亦會(huì)致使鉆在鍍層中與金共析困難。因此,鍍液的pH需保持在4.0~5.0。檸檬酸則起著緩沖劑的作用。
共析在金鍍層中的鉆離子含量為0.1 %~ 0.3%可使鍍層晶粒細(xì)化、表面光澤,同時(shí)還能提高鍍層的硬度及耐磨性.絡(luò)合劑的作用是掩蔽鉛、銅等鍍層產(chǎn)生不良影響的重金屬離子,同時(shí)絡(luò)合鉆離子使之保持一定的濃度。近年開(kāi)始使用的有機(jī)添加荊如聚乙烯亞胺、諷酸衍生物等可擴(kuò)充電流密度范圍和鍍層光澤范圍,減低鍍液中金濃度含量,改善均鍍能力。但對(duì)鍍層硬度、內(nèi)應(yīng)力、耐磨性不產(chǎn)生影響。
含0.1 %~0.3%鉆的鍍金層中同時(shí)還有碳、氮、氫、氧、鉀等。其晶粒直徑250A以下(純金鍍層的晶粒直徑1~2Um,鍍層硬度170--- 200kg/mm2(純金鍍層的硬度70~80kg/mm2,表面光亮。直流電鍍鍍層密度17.3g/cm3',電阻13.SuΩm,接觸阻抗2.2~5 m Ω(100g負(fù)荷)。
5.2把鍍液及把鍍層的性質(zhì)
把是易吸收氫的金屬,吸氧后體積增大釋放氫體積減小。把晶格間距是3.8 8 9入,吸收0.57%以上的氫后增至4.04A}'0}。因此,在鍍把時(shí),其陰極若產(chǎn)生氫,則被鍍層吸收,電鍍后,釋放出氫,使鍍層體積變化,導(dǎo)致鍍層剝離,產(chǎn)生裂紋。這就限制了鍍把工藝在觸點(diǎn)材料上的應(yīng)用.把在中性或堿性鍍液中能形成穩(wěn)定的純把絡(luò)合物,由此,又有人開(kāi)發(fā)了氨堿性把鎳合金絡(luò)合溶液,以減少把鍍層對(duì)氫的吸收量。目前已開(kāi)始在觸點(diǎn)材料上使用先鍍一層把再鍍一層薄金以防止吸氫的電鍍工藝。純把鍍層和把鎳合金鍍層原先是為降低成本而作為代金鍍層開(kāi)發(fā)的,但如今這種用在接插件上的鍍金層很薄,兼且是局部電鍍,成本已不高,而鍍把工藝復(fù)雜,所以從經(jīng)濟(jì)的角度上看以鍍把工藝代金已不太誘人.
把鍍層或把鎳合金鍍層上加一層薄金層的組合鍍層,其耐蝕性與接觸阻抗均和鍍金層基本相同,硬度比鍍金層高(純把層250~600kg/mm2,把鎳合金液層為400~600kg加m2) ,耐磨性能好,主要用于直接接插件上,今后用量還會(huì)增加。
6、電鍍高速化
為提高電鍍速度,需采用高電流密度,但是,這時(shí)為使結(jié)晶細(xì)化和減少針孔,還必須采取下列輔助條件:
①脈沖電鍍,強(qiáng)制攪拌;
②需有高速?lài)婂兗夹g(shù),以保證局部電鍍的位置精度;
③傳導(dǎo)大電流的技術(shù);
④針對(duì)高速攪拌引起貴金屬鍍液外溢而采用的回收技術(shù).
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