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1、连续电镀技术教材 连续电镀技术教材第一章. 电镀概论第二章.电流密度第三章.电镀计算第四章.电镀实务第五章.电镀不良对策第六章.镀层检验第七章.电镀药水管理第八章.电镀技术策略第九章.镀层的腐蚀与防腐 第一章电镀概论 电镀定义：电镀为电解镀金属法的简称。电镀是将镀件（制品），浸于含有欲镀上金属离子的药水中并接通阴极，药水的另一端放置适当阳极（可溶性或不可溶性），通以直流电后，镀件的表面即析出一层金属薄膜的方法。电镀的基本五要素：1.阴极：被镀物，指各种接插件端子。2.阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）.3.电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。

2、4.电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。5.整流器：提供直流电源的设备。 电镀目的：电镀除了要求美观外，依各种电镀需求而有不同的目的。1.镀铜：打底用，增进电镀层附着能力，及抗蚀能力。2.镀镍：打底用，增进抗蚀能力。3.镀金：改善导电接触阻抗，增进信号传输。4.镀钯镍：改善导电接触阻抗，增进信号传输，耐磨性比金佳。5.镀锡铅：增进焊接能力，快被其他替物取代。 电镀流程：一般铜合金底材如下（未含水洗工程）1.脱脂：通常同时使用碱性预备脱脂及电解脱脂。2.活化：使用稀硫酸或相关的混合酸。3.镀镍：使用硫酸镍系及氨基磺酸镍系。4.镀钯镍：目前皆为氨系。5.镀金：有金钴

3、，金镍，金铁，一般使用金钴系最多。6.镀锡铅：烷基磺酸系。7.干燥：使用热风循环烘干。8.封孔处理：有使用水溶型及溶剂型两种。电镀药水组成；1.纯水：总不纯物至少要低于5ppm。2.金属盐：提供欲镀金属离子。3.阳极解离助剂：增进及平衡阳极解离速率。4.导电盐：增进药水导电度。5.添加剂：缓冲剂，光泽剂，平滑剂，柔软剂，湿润剂，抑制剂。 电镀条件：1.电流密度：单位电镀面积下所承受的电流，通常电流密度越高膜厚越厚，但是过高时镀层会烧焦粗燥。2.电镀位置：镀件在药水中位置，与阳极相对位置，会影响膜厚分布。3.搅拌状况：搅拌效果越好，电镀效率越高，有空气，水流，阴极摆动等搅拌方式。4.电流波形：通

4、常滤波度越好，镀层组织越均一。5.镀液温度：镀金约5060，镀镍约5060，镀锡铅约1822，镀钯镍约4555。6镀液PH值：镀金约4.04.8 ，镀镍约3.84.4，镀钯镍约8.08.5，7.镀液比重：基本上比重低，药水导电差，电镀效率差。电镀厚度：在现在电子连接器端子的电镀厚度的表示法有a .微英寸，b. m,微米, 1 m约等于40.1.TinLead Alloy Plating :锡铅合金电镀作为焊接用途,一般膜厚在100150最多.2.Nickel Plating镍电镀现在电子连接器皆以打底(underplating)，故在以上为一般规格，较低的规格为，(可能考虑到折弯或者成本)3.

5、Gold Plating 金电镀为昂贵的电镀加工,故一般电子业在选用规格时,考虑到其实用环境、使用对象,制造成本,若需通过一般强腐蚀实验必须在50以上 . 镀层检验:1.外观检验:目视法,放大镜(410倍)2.膜厚测试:X-RAY荧光膜厚仪.3.密着实验:折弯法,胶带法或两者并用.4.焊锡实验:沾锡法,一般95%以上沾锡面积均匀平滑即可.5.水蒸气老化实验:测试是否变色或腐蚀斑点,及后续的可焊性.6.抗变色实验:使用烤箱烘烤法,是否变色或者脱皮.7.耐腐蚀实验:盐水喷雾实验,硝酸实验,二氧化硫实验,硫化氢实验等. 第二章 电流密度电流密度的定义: 即电极单位面积所通过的安培数,一般以A/dm3

6、 表示.电流密度在电镀操作上是很重要的参数,如镀层的性质,镀层的分布,电流效率等,都有很大的关系.电流密度有分为阳极电流密度和阴极电流密度,一般计算阴极电流密度比较多. 电流密度的计算: 平均电流密度(ASD)=电镀槽通电的安培数(Amp)/电镀面积(dm2)在连续电镀端子中,计算阴极电流密度时,必须先知道电镀槽长及单支端子电镀面积,然后再算出渡槽中的总电镀面积.例:有一连续端子电镀机,镍槽槽长1.5米,欲镀一种端子,端子之间距为2.54毫米,每支端子电镀面积为50mm2,今开电流50 Amp,请问平均电流密度为多少? 1.电镀槽中端子数量=1.51000/2.54=590支 2.电镀槽中电镀

7、面积=59050=29500 mm2=2.95dm3 3.平均电流密度=50/2.95=16.95ASD 电流密度与电镀面积:相同(或同成分)的电流下,电镀面积越小,其电流密度越大,电镀面积越大,其电流密度越小.如下图,若开100安培电流,A区所承受的电流密度可能会是B区的两倍.电流密度与阴阳极距离: 由于端子外表结构不一规则状,在共同的电流下,端子离阳极距离较近的部位称为局部高电流区(b),离阳极距离较远的部位称为局部低电流区(a).电流密度与哈氏槽试验:每一种电镀药水都有一定的电流密度操作范围,大致上可以从哈氏槽试验结果看出来,因为哈氏槽的阳极面与阴极面之间并非平行面,离阳极面较近的阴极端

8、其电流密度比离阳极面远者大,因此,可以比较高电流密度部分与低电流密度部分的电镀状况.电流密度与电镀子槽: 端子在浸镀时,由于端子导电处是在电镀子槽两端外部,所以阴极(端子)电子流是从子槽两端往槽中传输的,而造成在电镀子槽内两端的端子所承受的电流(高电流区),远大于子槽中间处端子所承受的电流(低电流区).电流密度与端子在电镀槽中的位置: 由于在电镀槽子槽中的阳极是固定的,且阳极高度远大于端子高度,所以阴极(端子)在镀槽中经常会有局部位置承受高电流群.第三章， 电镀计算产能计算：产能=产速 /端子间距产能（KPCS/HR）=60L/P（L：产速（米/分），P：端子间距MM）举例：生产某一种端子。端

9、子间距为5。0MM，产速为20米/分，请问产能？产能（KPCS/ Hr）=6020/5=240KPCS/Hr耗金计算：黄金电镀（或钯电镀）因使用不溶解性阳极（如白金太綱），故渡液中消耗只金属离子无法自行补给。需依赖添加方式補充。一般黄金是以金盐（金氰化钾）PGC来补充，而钯金属是以钯盐（如氯化铵钯。硝酸铵钯或氯化钯）来补充。本段将添加量计算公式简化为：金属消耗量（g）=0.000254AZD（D：为金属密度g/cm3）黄金消耗量（g）=0.049AZ（黄金密度19.3g/cm3）PGC消耗量(g)=0.0072AZ钯金属消耗量(g)=0.00305AZ(钯金属密度为12.0g/cm3）银金属消

10、耗量(g)=0.02667AZ（ 银金属密度为10.5 g/cm3）A：为电镀面积 Z：为电镀厚度理论上 1PGC含金量为0.6837g，但实际上制造出1Gpgc，含金量约在0.682g之谱。举例：有一连续端子电镀机，欲生产一种端子10000支，电镀黄金全面3，每支端子电镀面积为50mm2，实际电镀出平均厚度为3.5， 请问需补充多少gPGC？10000支总面积=1000050=500000 mm2=50dm2耗纯金量=0.0049AZ=0.0049503.5=0.8575g耗PGC量=0.8575/0.682=1.26g或耗PGC量=0.0072AZ=0.0072503.5=1.26g阴极电

11、镀效率计算：一般计算阴极电镀效率（指平均效率）的方法有两种，如下：阴极电镀效率E=实际平均电镀厚度Z/理论电镀厚度Z举例：假设电镀镍金属，理论电镀厚度为162，而实际所测厚度为150，请问阴极电镀效率？ E=Z/ Z=150/162=92.6%一般镍的阴极电镀效率都在90%以上，90/10锡铅的阴极电镀效率约在80%以上，黄金电镀则视药水金属离子含量多寡而有很大的差异。若无法达到应有的阴极电镀效率，则可以从搅拌能力的提升或检查电镀药水的组成。 电镀时间的计算： 电镀时间（分）=电镀子槽总长度（米）/ 产速（米/分） 例：某一连续电镀设备，每一个镀镍子槽长为1.0米，共有五个，生产速度为10米/

12、 分，请问电镀时间为多少？ 电镀时间（分）=1.05/10=0.5（分） 理论厚度的计算：由法拉第两大定律导出下列公式： 理论厚度Z（）=2.448CTM/ ND（Z厚度，T时间，M原子量，N电荷数，D密度，C电流密度）举例：镍密度8.9g/cm3，电荷数2，原子量58.69，试问镍电镀理论厚度？ Z=2.448 CTM/ ND =2.448CT58.69 /28.9 =8.07CT若电流密度为1Amp/ dm2（1ASD），电镀时间为一分钟，则理论厚度 Z=8.0711=8.07金理论厚度=24.98CT（密度19.3，分子量196.9665，电荷数1）铜理论厚度=8.74 CT（密度8.9

13、，分子量63.546，电荷数2）银理论厚度=25.15 CT（密度10.5，分子量107.868，电荷数1）钯理论厚度=10.85 CT（密度12.00，分子量106.42，电荷数2）80/20钯镍理论厚度=10.42 CT（密度11.38，分子量96.874，电荷数2）90/10锡铅理论厚度=20.28 CT（密度7.713，分子量127.8，电荷数2）综合计算A： 假设电镀一批D-25P-10SnPb端子，数量为20万支，生产速度为20M/分，每个镍槽镍电流为50 Amp，金电流为4 Amp，锡铅电流为40 Amp，实际电镀所测出厚度镍为43，金为11.5，锡铅为150，每个电镀槽长皆为2

14、米，镍槽3个，金槽2个，锡铅槽3个，每支端子镀镍面积为82平方毫米，镀金面积为20平方毫米，镀锡铅面积为46平方毫米，每支端子间距为0.6毫米，请问：1.20万只端子，须多久可以完成？2.总耗金量为多少g？，换算PGC为多少g？，3.每个镍，金，锡铅槽电流密度各为多少？4.每个镍，金，锡铅电镀效率为多少？ 解答：1. 20万支端子总长度=2000006=1200000=1200M 20万支端子耗时=1200/ 20 =60分=1Hr 2. 20万支端子总面积=20000020=4000000mm2=400dm2 20万支端子耗纯金量=0.0049AZ=0.004940011.5=22.54g

15、20万支端子耗PGC量=22.54 / 0.681=33.1g 3. 每个镍槽电镀面积=2100082 / 6=27333.33mm2=2.73dm2 每个镍槽电流密度=50 /2.73 =18.32ASD 每个金槽电镀面积=2100020 / 6=6666.667mm2=0.67dm2 每个镍槽电流密度=4 /0.67 =5.97ASD 每个锡铅槽电镀面积=2100046 / 6=15333.33mm2=1.53dm2 每个镍槽电流密度=40 /1.53 =26.14ASD 4. 镍电镀时间=32 /20=0.3分 镍理论厚度=8.07CT=8.0718.320.3=44.35 镍电镀效率=

16、43 /44.35 =97% 金电镀时间=22 /20=0.2分 金理论厚度=24.98CT=24.985.970.2=29.83 金电镀效率=11.5/29.83 =38.6% 锡铅电镀时间=32 /20=0.3分 锡铅理论厚度=20.28CT=20.2826.140.3=159 锡铅电镀效率=150/159 =94.3%综合计算B：今有一客户委托电镀加工一端子，数量总为5000K，其电镀规格为镍50，金GF，锡铅为100。1.设定厚度各为：镍60，金1.3，锡铅120。2.假设效率各为：镍90%，金20%，锡铅80%。3.可使用电流密度范围各为：镍设定15ASD，金010ASD，锡铅230

17、ASD。4.电镀槽长各为：镍6米，金2米，锡铅6米。5.端子间距为2.54mm。6.单支电镀面积各为：金15mm2，镍54mm2，锡铅29mm2。请问：1.产速为多少？ 2.需要多少时间才能生产完毕？（不包含开关机时间） 3.镍电流各为多少安培？ 4.金，锡铅电流密度及电流各为多少？解答：1.镍效率=镍设定膜厚 / 镍理论膜厚 0.9=60 /Z Z=67（镍理论膜厚） 镍理论膜厚=8.074CT 67=8.07415T T=0.553分（电镀时间） 镍电镀时间=镍电镀槽长 / 产速 0.553 = 6 /V V=10.85米 /分（产速）2.完成时间=总量0.001端子间距 /产速 t=50

18、000000.0012.54 /10.85=1170.5分 1170.5 /60=19.5Hr（完成时间）3.镍电镀总面积=镍电镀槽长 / 端子间距单支镍电镀面积 M=61000 /2.54 54 =127559mm2=12.7559dm2 镍电流密度=镍电流 /镍电镀总面积 15=A /12.7559 A=191安培4.金效率=金设定膜厚 /金理论膜厚 0.2=1.3 /Z Z=6.5（金理论膜厚） 金电镀时间=金电镀槽长 /产速 T=2 /10.85=0.1843分 金理论膜厚=24.98CT 6.5=24.98C0.1843 C=1.412ASD（电流密度） 金电镀总面积=金电镀槽长 /

19、端子间距单支金电镀面积 M=21000 /2.54 15 =11811mm2=1.1811dm2 金电流密度=金电流 /金电镀总面积 1.412=A /1.1811 A=1.67安培 锡铅效率 =锡铅设定膜厚 /锡铅理论膜厚0.8=120 /Z Z=150（锡铅理论膜厚） 锡铅电镀时间=锡铅电镀槽长 /产速 T= 6/10.85=0.553分 锡铅理论膜厚=20.28CT 150=20.28C0.553 C=13.38ASD（电流密度）锡铅电镀总面积=锡铅电镀槽长 /端子间距单支锡铅电镀面积M=61000 /2.54 =锡铅电流 /锡铅电镀总面积 13.38=A /6.8504 A=91.7安

20、培 第四章 电镀实务电镀底材（素材）：一般在电镀之前，最好先对底材进行了解，这有助于有效的电镀加工。如材质，端子结构，表面状况（如油份，氧化情形，加工外观等）。而在电脑端子零件的电镀加工中，所使用的材质有铜合金（黄铜，磷青铜，铍铜，钛铜，银铜，铁铜等）及铁合金（spcc，42合金等），而一般最常用的材料为黄铜（brass）及磷青铜（phosbronze），以下就对纯铜及此两种金属加以说明。 1.纯铜（copper）：铜的特点是导电度和导热度大，所以多半用为电器材料或传热材料，象导电率即是以铜作为基准，是以韧炼铜（Electrolytic Tough Pitch）的电阻系数1.724.cm为10

21、0%IACS（International Annealed Copper Standard），其他金属导电率的计算即是： 1.7241 /金属电阻系数 = % （如表一及表二）。铜在干燥空气中及清水中是不易起变化的，但和海水便会起作用。若在空气中有湿气和二氧化碳时，铜表面会生成绿色碱性碳酸铜（俗称铜绿） 2.黄铜（Brass）：黄铜是铜和锌的合金，一般锌含量在3040%之间，黄铜的颜色随锌含量的增加从暗红色。红黄色，淡橙黄色渐渐变为黄色。其机械性质优良，制造和加工都很容易，价格又便宜，所以多半用来做端子材料。但其耐腐蚀性较差，故须镀一层铜或镀一定厚度以上的镍，作为打底（Underplating

22、）防腐蚀用，若在黄铜中加少量的锡时，会增加其耐蚀性，特别对海水。 3.磷青铜（phosbronze）：磷青铜为铜，锡，磷的合金。一般锡含量在411%之间，磷含量在0.030.35之间，在青铜中加磷是为了除去内部的氧化物，而改良其弹性及耐蚀性，磷青铜的耐蚀性远比黄铜优良，但价格较贵。通常皆用在母端或弹片接点，有时在磷青铜中加其他金属更增大其耐蚀性，可不必镀镍打底，而直接镀锡铅合金，如加镍为CA-725。 表（1）金属名称银无氧铜韧炼铜脱氧铜黄金铬铝锌密度（g/cm3）10.58.918.918.8919.37.12.77.14导电率 %106.0102.0100.098.074.966.563.

23、129.2金属名称钴铁钯白金锡镍铅钛密度（g/cm3）8.97.8612.0221.457.318.911.344.5导电率 %17.817.316.015.715.814.78.42.1 表（2）磷青铜名称CA5100CA5110CA5190CA5210CA5240CA1100韧炼铜锡含量%4.25.83.54.95.07.07.09.09.011.00密度（g/cm3）8.868.888.808.788.788.91导电率%2527201811100黄铜名称CA2100CA2200CA2260CA2300CA2400CA2600CA2700CA2800锌含量%51012.515203035

24、40密度（g/cm3）8.868.808.778.748.698.538.478.39导电率%5846403734292827电镀前处理：在实施电镀作业前一般都要将镀件表面清除干净，方可得到密着性良好的镀层。现就一般的镀件表面结构作剖析（如图一）：通常在铜合金冲压（stamping）加工，搬运，储存期间，表面会附着一些尘埃，污垢，油脂，及生成氧化物等，而我们可以在素材表面这些污物予以分层说明处理方法（如表三） 图一 1.脱脂（Degreasing）：一般脱脂方法有溶剂脱脂，碱剂脱脂，电解脱脂，乳剂脱脂，机械脱脂（端子电镀业通常不用）。在进行脱脂前必须先了解油脂种类及特性，方可有效的除去油脂，油

25、脂一般分为植物性油脂，动物性油脂，矿物性油脂，合成油，混合油等（如表四）； 金属表面油脂的脱除效用是由数种作用兼备而成的，如皂化作用，乳化作用，渗透作用，分散作用，剥离作用等。且脱脂时，除视何种脱脂剂外，象素材对碱的耐蚀程度（如黄铜在PH值11以上就会被侵蚀），端子的形状（如死角，低电流密度区），油脂分布不均，油脂凝固等，都会影响脱脂效果，须特别注意。所以脱脂的方法的选择相当重要。以端子业来说，一般所使用的油脂为矿物油，合成油，混合油，不可能用动植物油。以下就对溶剂脱脂法，乳化脱脂法，碱剂脱脂法，电解脱脂法做比较说明。 表三层数类别处理方法目的第一层污物水，碱热脱脂剂第一层至第三层处理完全后，

26、基本上密着性已经很好第二层油脂碱剂脱脂法，电解脱脂剂，溶剂等第三层氧化层稀硫酸，稀盐酸，活化剂等第四层加工层化学抛光，电解抛光在处理表面加工纹路，毛边，较厚氧化膜第五层扩散层 表四类别性质处理方法植物性油脂可被碱性脱脂剂皂化碱性脱脂剂，电解脱脂剂，有机溶剂，乳化剂（冷脱）动物性油脂矿物性油脂无法被碱性脱脂剂皂化，必须借乳化，渗透，分散作用有机溶剂，乳化剂。合成油有机溶剂，乳化剂，电解脱脂剂，碱性脱脂剂，选择并用。混合油 表五方法优点缺点使用药剂溶剂脱脂法脱脂速度快，不会腐蚀素材对人体有害，易燃，价钱高。石油系溶剂，氯化碳氢系列溶剂，如去渍油，三氯乙烷乳剂脱脂法脱脂速度快，不会腐蚀素材废水处理困

27、难，价钱高，对人体有害非离子界面活性剂，溶剂，水混合。碱性脱脂法对人体较无害，便宜，使用方便易起泡沫，需加热，只能当作预备脱脂氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，磷酸三钠等，界面活性剂电解脱脂法对人体较无害，使用方便，效果好易起泡沫，需搭配预备脱脂，易氢氢氧化钠，碳酸钠，磷酸钠，矽酸钠等，界面活性剂2.活化（Activation）：脱脂完全后的金属表面，仍然残存有很薄的氧化膜，钝态膜，会阻碍电镀层的密着性，故必须使用一些活化酸将金属表面活化，防止电镀层产生剥离（Peeling），起泡（Blister）等密着不良现象。一般铜合金所使用的活化酸为硫酸，盐酸，硝酸，磷酸等混合酸，其中也有加一些抑制剂。3.抛光

28、（polishing）：由于端子在机械加工过程中，使金属表面产生加工纹路或毛边，电镀后会影响外观及功能，一般在客户要求下，都必须进行抛光作业，另外象素材氧化膜较厚，活性化作业无法处理（如热处理后）时，都必须依赖抛光作业，而端子的抛光，一般仅限于使用化学抛光法及电解抛光法，而上述两种方法都使用酸液，为达到细致抛光，在酸的浓度及种类就相当重要。通常使用稀酸，细部抛光效果较佳，但是费时。使用浓酸，处理速度快，但易伤素材而且对人体有害。故不管使用何种方式，搅拌效果要好，才可以得到较均匀的抛光表面。一般铜合金底材抛光的药水，强酸如硝酸，盐酸较佳，弱酸如磷酸，草酸，铬酸较佳，市售专利配方不外乎强酸搭配弱酸

29、使用。使用电解抛光可以大大提升抛光速度，及产生较平滑细致的表面，目前连续电镀几乎都采用此方法。甚至最新使用的活化抛光液，可以在后续镀半光泽镍，一样可以得到全光泽镍效果，又可以得到低内应力的镀层，快速搅拌对抛光极为重要。（注意）三.水洗工程：一般电镀业，常专注在电镀技术研究，和电镀药水的开发，却往往忽略了水洗的重要性。很多电镀不良，都来自水洗工程设计不良或水质不净，以下我们就水洗不良造成电镀缺陷的各种情形加以解说。 1.若脱脂剂的水质为硬水，则端子脱脂后金属表面残存的皂碱，和Ca Mg金属生成金属皂，固着于金属表面时，而产生镀层密着不良或光泽不良。一般改善的方法，可以将水质软化并于脱脂剂内加界面活性剂。 2.若水质为酸性时，与金属表面的残存皂碱作用，产生硬脂酸膜，而造成镀层密着不良或光泽不良。改善的方法为控制使用水质（调整PH值）。 3.若各工程药液带出严重并水洗不良，或水质不佳（即有不纯物），会污染下一道工程，造成电镀缺