电镀实用技术培训资料( 21页).docx
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1、电镀实用技术培训1前言我国经济一直持续高速增长,世界制造业与加工业的中心正在向我国转移,电镀技术不仅仅在传统工业中扮 演重要角色;在高新技术产业,如现代电子技术,微电子技术,通讯技术及产品制造上发挥愈来愈大的作用。 我国的电镀加工基地主要集中在广东的珠江三角洲地区(这儿台商、日商、港商及我们自己的企业云集,据 不完全统计达6000余家。浙江的温州地区(2300多家)。两地的电镀加工产值分别为70亿人民币和38亿 人民币。此外浙江沿海及中部金华,义乌永康,江苏昆山、苏州、无锡,山东沿海及东北沿海,重庆及周边地区 都有不少电镀工厂。国外电镀加工订单及自己产品如灯饰、锁具、眼镜、打火机、洁具、汽车、
2、摩托车配件、装饰五金、电器 元件等的出口,对电镀工艺提出越来越高的技术要求,使之形成了一个“多商品大市场”的经济格局。因此一 个以提高产品质量为中心、以节约能源、原材料、清洁生产,服务于大市场与高新技术为契机,使我国电镀技 术从不同层面都得到了长足的进步,下面分几个主要方面谈谈我国电镀技术的现状和我们寄予的殷切希望。 2常用镀种简况2.1镀锌镀锌作为钢铁的防护性镀层,在全国应用量很大,约占全部电镀零件面积的1/3左右9701980年全国开展 轰轰烈烈的“无氟电镀”研究与应用。上海轻工业研究所及大庆电镀厂成功地将芳叉丙酮作主光亮剂应用于 氯化物电镀;在碱性锌酸盐体系,武汉材保所及国营长江化工厂等
3、单位成功地将DPE添加剂、广州电科所将 DE添加剂应用于工业生产,都有千余家的业绩。对我国无氟电镀的发展都作过历史性的贡献。20年后的今 天,技术进步很快。在氯化钾镀锌方面,南京汽车制造厂是最早研究并应用高浊点阴离子表面活性剂的单位之一,上海永生助剂 厂一直坚持高浊点表面活性HW和高增溶OM非离子表面活性剂的研究和生产,武汉风帆公司开发了系列的 氯化钾镀锌光亮剂,有的远销东南亚市场。在硫酸盐镀锌方面,武汉风帆公司不断技术创新,已获国家发明专利证书。四川自贡精细化工及河北金日化工开发并生产系列的高蚀点具有良好分散性的非离子和阴离子专用表面活 性剂,为一代、二代氯化钾光亮镀锌的大面积应用作出了成绩
4、。氯化钾镀锌主光亮剂有的用茉叉丙酮;有的用苇叉丙酮与磷氯苯甲醛联用;有的用芳香醛、酮的改性产物。 在碱性锌酸盐镀锌与低氟镀锌光亮剂方面,现在已不是Lairder 441的天下,BASF十年前推出的镀锌中间体仍 在内地大量应用,但是我国大批公司均能制造IZME合成物,BPC 34、BPC 38、BPC 48均能工业生产,有的达 年产数百吨之多。BASF提供的聚乙烯亚胺,常用的有G 20、G35o目前用它衍生制造了不少改性的镀锌中 间体。武汉强龙化工自己已能制造50% MW 1000,2000,3000等的国产聚乙烯亚胺,(江苏亦有工厂制造),打破了依 赖BASF进口的局面,低氟镀锌光亮剂现在品种
5、繁多,浙江台州,福建福州均有耐温达55的低氟光亮剂生产 (聚氨飒合成物就有此耐温性能);有的大公司引进美国、德国的产品来国内销售,性能并不比国产优秀的 好。Atotech的Protolux2000是较新的锌酸盐光亮剂,综合技术性能很好。德国一家著名公司的锌酸盐镀锌中间体性能很好,但那种特殊脂肪胺国内不能生产。镀锌光亮剂虽然市场大,但制造商的利润空间很小,研究开发的人较少,有许多综合性能很好的光亮剂限于经 济原因未投放市场。镀锌的耐蚀性主要靠后处理钝化工艺来保证。武汉材保电镀技术生产力促进中心(以下简称材保所)生产了系列镀锌钝化剂。如:镀锌低铭高耐蚀蓝白 钝化剂ZG-203系列产品,钝化溶液中六
6、价铭含量低于0.5克/升,且不使用氟化物,在常规条件下钝化,钝化膜 外观为光亮的蓝白色,钝化后经过特殊封闭处理,在中性盐雾加速腐蚀实验中,出白锈时间超过100小时。 ZG-205系列三价铭彩色钝化剂,溶液中不含六价铭或其他氧化剂,常温下进行钝化,钝化膜外观为鲜艳的五彩 色,镀层厚度在10微米以上的挂镀件钝化后不进行封闭处理,可通过200小时的中性盐雾加速腐蚀试验而不 OMI公司、新加坡独资的台州恩森公司推出的黑色Sn-Ni合金、黑色Sn-C。合金、白色代铭Sn-Cr合金效 果都较好,受到用户青睐,典型的工艺流程如下: 1)无银流程前处理一流水清洗X 3一酸性光亮镀铜一流水清洗X 3-白色铜锡代
7、银一流水清洗X 3一 一流水清洗X 3一f流水清洗X 3f烘干- 包装2)含银合金电镀前处理一流水清洗X 3一酸性光亮镀铜一流水清洗X 3一全光亮镀馍一流水清洗X3f 一流水清洗X3f一流水清洗X 3一烘干一包装3)双色合金电镀前处理f流水清洗X 3一酸性光亮镀铜一流水清洗X 3-全光亮镀银一流水清洗X 3-仿金电镀一流水清洗 X 3一涂漆保护一酸活化一流水清洗X 3 一 一流水清洗X 3一退保护漆处理一流水清洗X3-电泳漆或浸漆- 烘干一包装4电子电镀4. 1 PCB电镀简况2000年我国PCB产值为36. 35亿美元,占全球PCB产值的8. 7%,居世界第4位。在我国的PCB产值中,广东
8、占83. 5%o因此,广东地区PCB电镀是一个极大的产业。据不完全统计,广东PCB厂家仅磷铜一种原料,年消耗量达10000吨左右。大型PCB企业年消耗磷铜400-600 吨,中型企业200-300吨。广东地区一年需要PCB酸铜光亮剂达1000多吨。仅磷铜和酸铜光亮剂年销售产 值达到4-5亿元。PCB生产中涉及的表面处理工艺有脱脂、去孔内壁沾污、活化处理、化学镀铜、直接电镀工艺、电镀铅锡 合金、铜箔蚀刻、化学镀银、金工艺等。因此需要大量的电镀特殊化学品和普通的化学原材料,全部加起来 达几十亿元人民币。目前PCB行业使用的特殊化学品90%以上为国际大公司如著名的美国公司MacDermind, Sh
9、ipley LeaRonal 原德国公司Schering, schlotter等所垄断,(现LeaRona为Shipley所兼并,Schering合并于 Atotech, MacDermind兼并了英国Canning) o国内仅少数几家研究所和电镀添加剂生产商的产品进入为数 不多的小型PCB企业。一方面是因为PCB生产对所有原材料的要求十分严格,另一方面是因为PCB的生产环 节多,价值昂贵,出现质量问题后经济责任重大。因此国内从事表面处理的研究所和电镀添加剂生产企业只 有加大投入,引进专业高技术人才,添置专用仪器设备研究开发,才有可能进入PCB这个市场潜力巨大的行 业。4. 1. 1传统的PC
10、B的电镀印制线路板(指双面和多层)能形成工业规模生产,是得益于PCK公司在1963年专利发表的化学镀铜配方 和Shipley公司于是1961年专利发表的胶体钿配方。它们是使通孔镀得以成为自动线运行的基础,也是后 来被广泛接受的制作PCB的基础工艺。进入90年代以来,传统的以化学镀铜为主体的孔化(PTH)工艺受到多方面的压力和挑战。下面是传统的制作PCB的流程:缺化学镀Cu溶液配合特点是:(1)都含有络合剂或螯合剂,如酒石酸钾钠,EDTA以及EDTP; (2)化学镀Cu 的还原剂都采用甲醛;而稳定剂又以氧化物为多。络合剂EDTA或EDTP的存在给废水处理带来极大的困难,甲醛是众所周知的致癌物,传
11、统的化学镀铜的另一 缺点是:副反应使化学镀铜槽液维护和管理困难,从而导致化学镀铜质量问题。化学镀铜的成本往往由于未充分利用而相差很大。一个不连续生产的槽液的成本比一个连续生产的槽液高 几倍。因此,化学镀铜工艺一直是困扰PCB制造者的问题。直接电镀技术出现和发展进入80年代后,欧美国家对环保制订了更加严格的要求,特别是对有毒害的甲醛以及难处理的螯合剂的排 放。迫使大多数溶液提供商寻找代替传统化学镀铜实现孔金属化的新方法。直接电镀技术及其产品经过较 长时间的试用,取得PCB生产厂家的认可,是在90年代中期。作为代替化学镀铜的直接电镀技术必须满足以下条件:(1)在非导体包括环氧玻璃布、聚酰亚胺、聚四
12、氟乙烯等孔壁基材上,通过特殊处理形成一层导电层,以实 现金属电镀。同时还必须保证镀层与基体具有良好的结合力。(2)形成导电层所用的化学药水对环境污染小,易于进行“三废”处理,不会再造成严重污染。(3)形成导电层的工艺流程越短越好,而且要求操作范围应较宽,便于操作与维护。(4)能适应各种印制板的制作。如高板厚/孔径比的印制板,盲孔印制板,特殊基材的印制板等。目前世界上直接电镀技术的材料来分类可以归纳为三大类型:第一类是以胶体杷工艺在非导体表面产生Pd 导电金属薄层的技术,第二类是以导电高分子材料为导电层的所谓MnO2接枝技术;第三类是以碳或石墨悬 浮液涂布薄膜为基础的直接电镀技术。印制板电镀多种
13、表面涂复工艺流程实例印制板在制作过程中,为了达到板面的要求,需选用多种表面涂覆工艺,如:孔金属化、镀铜、镀银、镀金、 化学镀银、化学镀金、有机助焊保护膜以及电镀锡基合金等。这些表面涂覆层的质量直接影响到印制板的 质量,如:外观、可焊性、耐蚀性、耐磨性等性能。印制板的表面涂复工艺作一个不完全总结:1)孔金属化:可以选用化学沉铜工艺,也可以用直接镀铜工艺。孔金属化以后的印制板,表面镀有58u m 的金属铜。2)热风整平或热熔工艺:工艺流程如下:酸性除油一微蚀一活化一镀铜一镀锡铅一去膜一蚀刻一退锡铅一涂阻焊层一热风整平或:酸性除油一微蚀一活化一镀铜一镀锡铅一去膜一蚀刻一浸亮一热熔。3)板面镀金工艺:
14、工艺流程如下:酸性除油一微蚀一活化一镀铜一镀银镀金一去膜一蚀刻4)插头镀金:工艺流程如下:酸性除油f微蚀f活化f镀低应力银f预镀金f镀金5)有机助焊保护膜:工艺流程如下:酸性除油一微蚀一活化一浸有机助焊保护膜6)化学镀银金:工艺流程如下:酸性除油一微蚀一预浸一杷活化剂一后浸一化学镀银一化学浸金一化学镀厚金7)去沾污工艺:双层板或多层板在孔金属化之前,去除孔内环氧树脂沾污,保证孔金属化质量。其工艺流程 是:溶胀一去胶渣一中和。可见电镀、化学镀、置换镀:镀前、镀后处理技术在电子电镀行业十分活跃。4. 1.4印制板电镀技术的最新进展11 /21 早期印刷线路板的最终表面精饰大都采用热浸锡铅合金焊料的
15、热风整平(HASL)工艺。由于热浸的温度高 (约250),表面安装的零件都必须具备耐高温性能,而且热浸后的焊料虽经热风整平,其表面仍然凹凸不平,不适合于表面贴装(SMT)新工艺的实施,也不能用于铝线键合(Aluminium Wire Bonding) o因此,近 年来人们集中精力大力开发可在低温操作,又能获得表面十分平整的即可焊又可键合的新型替代HASL工艺, 并取得了明显的效果,正在生产上迅速推广。目前可成功取代HASL工艺的新技术有: 电镀锲/电镀软金,它主要用于金线键合(Gold Wire Bonding),但要求全线路要导通。 化学镀银/置换镀金(EN/IG),也称化学镀银金,它适于焊
16、接和铝线键合,因全程采用化学镀,线路不必 事先导通即可施镀。 化学镀银/化学镀钿/置换镀金(EN/EP/IG),早期的目的是用廉价的钿取代金,然而近年来钿的价格远 超过金(约3倍),因此应用越来越少。化学镀银/置换镀金/化学镀金,它适于焊接以及金线、铝线的键合。 有机焊接保护剂(Organic Solderability Preserative, OSP),它适于1至2次重熔(Reflow)的焊 接,但不能用于键合。 置换镀锡(IT),它是新兴的工艺,镀层十分平整,厚度只有1 um,但焊接性能优良,可通过去155c烘烤 4小时及3次重熔,可完全取代HASL,但不适于键合。 置换镀银(IS),这
17、是最新最好的工艺。镀层十分平整,厚度仅0.2F. 3口叫可通过1550c烘烤4小时及 3次重熔,同时适于铝线键合,是一种价廉物美的取代HASL及化学镀银金(EN/TG)的新技术。它特别适于 高密度细线(“V0.02 =和细孔印制板,如BGA、COB板的应用。4.2电子元器件和接插件的电镀电子元器件和接插件电镀简况由于电脑、手机、电视等电子产品的飞速发展,促进了电子元器件的增长。各种表面处理先进工艺得到推广 和应用。20世纪80年代以来,电子产品的小型化、复杂化、轻量化、多效用、高可靠、长寿命促进了片式电子元器 件(如,片式电阻、片式电容、片式电感等)的生产和发展,导致了第四代组装技术即表面贴装
18、技术(SMT) 的出现。仅以手机为例,2000年产量为1500万部,按每部手机使用500个片式元器件计,需75亿只(2000 年世界片式元器件市场约7000亿只,我国片式元器件约1000多亿只)。广东风华高新科技集团有限公司 2002年实现销售收入50亿元,出口创汇3亿美元,成为新型电子元器件科研、生产、出口基地。生产片式 元器件(电阻、电容、电感)达600亿只。我国接插件的基材有铁(低档),黄铜、磷铜、紫铜、铁青铜等材料,广泛应用酸性光亮易如黄岩萤光化学 有限公司生产的SS820 一直应用到至今,亦有不少工厂使用新一代的如复旦大学的161镀易工艺,南京大学 研制的镀Sn工艺。广东的电子工厂应
19、用ATotech的161工艺为多。最近很多电子工厂改为烷基磺酸镀(光亮与亚光都有)。镀都是氟化物厚工艺,用0MI的2#厚和复旦大学的FB-1, FB-2最多。由于对品质要求高,所有的被Sn,镀Ag 均施加后处理工艺,如Sn的保护,Ag的保护(防变色处理)。产品大多数是美国、德国、台湾的产品。还 有些接插件,电子零件要求镀金,大多采用酸性Au工艺,厚度不等,从0. 05 um到1 u mo有的电子电镀工厂设备齐全,采用法国蔡伟元公司的专用滚镀机,德国0 -射线测厚仪,可焊性测量装置、盐 雾、湿热箱、大功率脉冲电镀电源,比从事普通电镀的加工厂装备强多了。这里要提到的电子元器件与接线端中电镀发展用R
20、eal to Real的选择性电镀,仅浙江宁波就有25条电子电 镀自动线。我国深圳、东莞、上海郊区的松江、江苏昆山、浙江宁波乐清等地电子电镀十分发达。高速镀Sn-Pb、高速镀Sn、厚金等工艺均获得普遍应用,卷对卷的自动线多为台湾、香港所造,添加剂大多 数是使用进口的。4.2.1 微电子元器件电镀在片式元器件的生产工艺中,表面处理占有十分重要的地位。用于贴装焊接在印刷电路板上的元器件的端电 极需要用三层镀技术来制作,其电镀生产线(震动镀)技术和电镀原材料均从国外进口。其中最外层铅锡合 金电镀工艺是采用低污染,低酸度的甲基磺酸体系,德国Schlotter公司是世界上著名的镀Sn、Sn-Pb公司,
21、直到近年来才逐步实现国产化。无引线片式电子元件(电容、电阻、电感)的生产中,最后一道工序是通过三层镀制作元件的端电极。因此, 三层镀技术及镀液材料的性能直接而又重要是影响元件的性能,如电性能、焊接性能等等。片式电子元件的三层镀是制作电子元件端电极的重要工序。片式元件在贴片安装后通过波峰焊将电子元件 端电极与线路结合成一体。因此,三层镀的好坏直接影响元件的性能。三层镀的第一层由银浆烧成制作,其 作用是将元件叠层中的电极引此制成端电极。第二层是在银层上电镀银,其作用是封闭银层,保护银层在以 后的焊接等工序中不受影响。第三层是电镀锡(铅),其作用主要是保证元件的优良焊接性能。因此,在三 层镀中实际上
22、电镀只有二层。在烧结的银电极上电镀银,目的是保护银层。要求具有低应力的银镀层(当然最佳是零应力)。否则,电镀 银后,会由于银镀层的应力作用而将银层从瓷体上剥开,而毁坏了端电极。氨基磺酸镀银体系是所有镀银体 系中能获得低应力镀层的最理想的体系,而且还具有电镀速度快,镀液分散能力好的优点。国外用于片式元 件三层镀的体系中,较多采用了氨基磺酸盐体系。为了确保镀银层内应力小,除了电镀工艺加以控制之外, 还控制电镀参数,如5055 C的电镀温度,4.04. 5的PH值,控制阴极电流密度等,此外,还加入降低应 力的添加剂。4. 2. 3镀锡我国的镀锡工艺主要用于电子工业,仍以酸性光亮镀锡使用最广泛,主要组
23、成是硫酸亚锡和硫酸,早期采用 的是浙江黄岩萤光厂的SS820, SS821,早期镀锡光亮剂大多数以TX-10. 0P21为光亮剂载体,主光亮剂 不是苇叉丙酮就是芳香醛还加入一定的抗氧剂帮助Sn2+稳定,但生产了一段时间后,镀液混浊,需要用水处 理絮凝剂来清除水解生成的Sn4+。南京大学、复旦大学对酸性镀锡光亮剂进行了研发,技术上要求镀液分散能力好,稳定性高,长期使用不浑浊, 整平能力强,光亮速度快,容易管理,对工艺与镀锡层的要求(1)可焊性良好:镀锡件经高温老化或时效影 响仍能保持良好的可焊性。(2)光亮电流宽广:在宽广的阴极电流密度范围内,镀锡层均光亮,特别是在低 电流区也应光亮。(3)稳定
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