连续电镀工艺

随着电子工业的发展，作为连接电子电路的电子接插件也趋于多样化，如：套筒用电子接插件、接口用电子接插件、内部组装用电子接插件等，这些接插件从实用性考虑，正向高密度化、轻、薄、小型化、多功能化、高可靠性化方向发展。

电子接插件的最基本性能是电接触的可靠性，为此，接插用材料主要为铜及其合金，为提高其耐蚀性和耐磨性等，必须进行必要的表面处理。

电子接插件代表性的表面处理方法是以镀镍打底的镀金工艺，或是以镀铜打底的镀可焊性镀层工艺。

银镀层的耐蚀性较差，现在使用的较少；钯及钯合金镀层作为代金镀层已开发了近十年，作为耐磨性镀层，用于插拔次数较多的电子接插件的表面处理已得到应用。

下面对电子接插件连续加速电镀的加工工艺、镀液和镀层性能等作一介绍。

1连续快速电镀的加工工艺
连续快速电镀的加工工艺本质上与一般电镀并无区别，然而各工艺过程的处理时间要比普通电镀短得多，因此各种处理液、镀液要具有适应快速电镀的能力。

1.1以镀镍层打底的镀金工艺
工艺流程如下：
上挂具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→氨基磺酸盐镀Ni→水洗→水洗→水洗→局部脉冲镀Au→回收→回收→水洗→水洗→水洗→局部镀Sn-Pb合金→水洗→水洗→水洗→去离子水洗→去离子热水洗→干燥→下挂具→检查(厚度、结合强度、外观、可焊性、局部镀的位置等)
下面对工艺中的主要工序作一简单说明。

(1)除油与普通化学除油不同，除油时间仅为2～5s。

这样，普通浸渍方式的除油已不能满足要求，需要进行高电流密度下的多级电化学除油。

对除油液的要求是：如果除油液带入下道的水洗槽或酸洗槽中，不应发生分解或产生沉淀。

(2)酸洗酸洗是为了除去金属表面的氧化膜，常使用硫酸或盐酸。

由于电子接件对尺寸要求严格，所以酸洗液对基体不应有溶解作用。

(3)镀镍镀Ni层作为镀Au和Sn-Pb合金镀层的底层，不仅提高耐蚀性，而且可防止基体的Cu与Au、Cu与Sn-Pb合金的固相扩散。

电子接插件在进行切割、弯曲加工时镀层不应脱落，因此最好采用氨基磺酸镍镀液。

(4)局部镀金局部镀Au有各种方法，国内外已申请了许多专利。

其方法大都是把不要的部分遮住，仅使需要电镀的部分与镀液接触，从而实现局部电镀。

局部镀Au需要考虑的问题有：①从生产角度考虑，应采用高电流密度电镀；②镀层厚度分布要均匀；③严格控制需镀覆的位置；④镀液应对各种基体有通用性；⑤维护调整简单。

(5)局部可焊性电镀局部可焊性电镀没有局部镀金那样苛刻，可采用比较经济的电镀方法与设备。

把需要电镀的部分浸入镀液，让不需要电镀的部分露出液面，即通过控制液位的方法可实现局部电镀。

为降
低污染，可采用有机酸盐镀液，镀层组成为：Sn∶Pb=9∶1左右，镀层厚度为1～3μm。

外观要光亮、平整。

1.2以镀铜层打底的可焊性电镀工艺
典型工艺流程如下：
上挂具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→KCN活化→氰化镀铜→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→电镀Sn-7%Pb合金→水洗→水洗→水洗→防变色→水洗→水洗→去离子水洗→去离子热水洗→干燥→下挂具→检查(厚度、结合强度、外观、可焊性)
铜镀层主要是起阻挡层的作用，防止基体(主要是黄铜)中的锌和可焊性镀层中的锡发生固相扩散。

为提高焊接后的零件的导热性，铜镀层的厚度为1～3μm。

电镀铜的镀液除可用氰化物镀液外，近年来开始使用烷基磺酸或烷醇基磺酸等有机酸体系的镀液。

纯锡镀层易从镀层表面产生晶须，如果在锡中共沉积5%以上的铅，形成Sn-Pb合金镀层，则可防止晶须的产生。

在Sn-Pb合金共沉积时，Pb比Sn容易沉积，因此，镀液中［Sn4＋］／［Pb2＋］＝9∶1时，即可得到含铅量10%以上的合金镀层。

随着电镀的进行，镀液中的Pb2＋逐渐减少，对镀液需进行定期分析，据以补充Pb2＋。

可焊性镀层在空气中会慢慢氧化，为减缓其氧化速度，镀后可在50～80℃的磷酸盐水溶液中浸渍，在镀层表面形成致密的磷酸盐膜。

1.3以镀镍层打底的电镀Pd/Au工艺
代表性的工艺流程如下：
上挂具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→氨基磺酸盐镀Ni→水洗→水洗→水洗→活化(闪镀Pd)→局部镀Pd→回收→水洗→水洗→水洗→局部脉冲镀Au→回收→回收→水洗→水洗→水洗→电镀Sn-7%Pb合金→水洗→水洗→水洗→去离子水洗→去离子热水洗→干燥→下挂具→检查(厚度、结合强度、外观、可焊性、局部镀的位置等)
在镍镀层与金镀层之间插入钯镀层，控制钯镀层的厚度在0.5～1.0μm。

由于钯镀层硬度较高，若厚度过大(超过1.5μm)，则进行弯曲或切割时镀层易产生裂纹。

由于钯较昂贵，所以常采用局部镀的方法。

镀钯液一般为中性到碱性，为提高镍与钯的结合强度，需在镍表面闪镀钯镀层。

电镀钯之后，再镀0.03～0.13μm的金镀层，可使接触电阻稳定，并且在插拔时，金镀层有自润滑作用，从而提高耐磨性。

2电镀触点用镀层
2.1电镀金的镀液及镀层性能
镀液的类型镀层用途
含钴的酸性镀金液电镀触点用金镀层，广泛用于接插件，镀层含0.1%～0.3%Co，具有美丽的外观，镀层较硬
含镍的酸性镀金液电镀触点用金镀层，镀层含0.1%～0.3%Ni，镀层性质与含钴的镀层相同，但外观稍差.镀液中Ni2＋含量调整容易
含铁的酸性镀金液电镀触点用金镀层，镀层含0.1%～0.3%Fe，镀层性质与含钴的镀层相同
中性硬金镀液镀层为硬质纯金，镀液中Au(CN)2－含量高达30～50g/L
碱性金镀液镀层为软质纯金
这里，使用最广泛的是含钴的酸性镀金液，其镀液组成如下：KAu(CN)25～30g/L,柠檬酸(或柠檬酸钾)80～150g/L，Co2＋0.2～0.5g/L,螯合剂1～10g/L，有机添加剂1～10g/L，pH4.0～5.0，操作温度为40～60℃。

KAu(CN)2是主要成分，镀金时采用不溶性阳极，需要根据金的析出量来补充
KAu(CN)2。

这样，K+、CN－在镀液中逐渐积累，改变溶液组成。

当pH≥5时，KAu(CN)2与Co2＋反应，生成沉淀，从而使钴的沉积困难。

因此，镀液的pH值应控制在4.0～5.0。

柠檬酸盐起导电盐的作用，对镀液也有缓冲作用.在酸性镀金中若没有缓冲剂，电镀时pH上升，镀层的物理性质发生变化，因此，缓冲剂的作用是非常重要的。

Co2＋是过渡金属离子光亮剂，它有使镀层结晶细致、表面光亮、提高硬度、改善耐蚀性等作用。

Co 在镀层中的含量为0.1%～0.3%，也有报道认为，K、N、C等也与Co结合一起进入镀层，镀液pH值升高，镀层中Co的共沉积量减少。

除Co2＋以外，Ni2＋、Fe2＋也有类似的作用。

镀液中若含有Pb2＋、Cu2＋等重金属离子，镀层质量则变差，螯合剂则可以掩蔽这些重金属离子，还可与Co2＋等过渡金属离子形成络合物，从而控制镀液中游离的简单金属离子的浓度，具有保持Co共沉积稳定的作用。

近年来，有机添加剂开始在镀金溶液中使用，如：聚乙抱亚胺、磺酸衍生物、吡啶化合物等，这些添加剂的加入，可扩大光亮范围、镀液中Au＋离子的浓度可以降低、拓宽使用电流密度范围、改善镀液分散能力，但对镀层硬度、内应力、耐磨性等基本没有影响。

关于有机添加剂方面的专利报道较多。

含钴的酸性镀液中得到镀层结晶粒径在25nm以下(纯Au镀层的粒径为1～2μm)，镀层硬度高(170～200HV，纯Au镀层为70～80HV)，镀层表面光亮。

镀层具有高耐磨性是由于在高硬度下镀层内应力大(100～300N/mm2)，柔软性小。

镀层中的钴，一部分以金属原子状态存在，也有一部分与K＋、CN－结合形成络合物而存在。

耐磨性好的镀层，金属原子状态钴含量在0.06%～0.2%，形成络合物的钴含量在0.08%以上。

以金属原子状态存在的钴易向镀层表面扩散，在表面氧化形成氧化钴，使镀层的接触电阻增大，当温度较高时，这种现象更明显。

镀层特性因电镀条件而变，如表2所示。

钯是易吸氢的金属，吸氢以后体积增大，而当放出已吸藏的氢时，体积减小。

钯的晶格常数为0.3889nm，当吸氢量为0.57%以上时，晶格常数增加到0.404nm。

因此，在电镀钯时，如果阴极上析氢，镀层中就会夹杂有氢，当氢放出时，镀层体积发生变化，造成镀层脱落或产生裂纹。

钯具有催化作用，这使其作为触点材料受到限制。

但是，通过在中性或碱性络合物镀液中电镀钯，或在氨碱性镀液中电镀Pd-Ni合金，可使镀层含氢量减少，在Pd或Pd-Ni合金镀层上再镀一层薄金镀层，则可防止钯的催化作用，从而可作为接点材料使用。

Pd或Pd－Ni合金镀层最初是作为代金镀层而开发的，但是目前在电子接插件上使用的金镀层一般厚度较薄，并且大都采用局部镀，因此消耗金的费用在整个材料费中所占的比例已较低，况且电镀钯还使工艺过程复杂，所以从经济角度考试，钯镀层作为代金镀层已失去其魅力。

Pd及Pd-Ni合金镀层上再镀一薄层金镀层，其耐蚀性和接触电阻都与金相当，硬度比金镀层高(纯Pd 为2500～6000N/mm2，Pd-Ni为4000～6000N/mm2)，耐磨性比金镀层好，因此可用在插拔次数较多的电子接插件上。

3快速电镀
为保证连续快速电镀生产，必须采用快速电镀工艺，即在高电流密度(或高电位)下电镀，从而使镀层结晶细致，减少镀层针孔，改善度层质量。

快速电镀需要解决的问题主要有：
(1)使阴极表面形成的扩散层的厚度尽量薄，可采用脉冲电流，或加强搅拌；
(2)在不影响局部镀的位置精度的前提下，可向镀件表面高速喷射镀液；
(3)提高被镀基体的导电性；。