電子接插件鎳–磷合金中間層電鍍工藝

鐘方來(lái)，楊飛，葉定曉

（1.中山連創(chuàng)化工有限公司臺(tái)州辦事處，浙江 臺(tái)州 300525；2.海威信電鍍助劑(義烏)有限公司，浙江 義烏 322000；3.浙江溫州南力實(shí)業(yè)有限公司，浙江 溫州 325103）

電子接插件鎳–磷合金中間層電鍍工藝

鐘方來(lái)1,*，楊飛2，葉定曉3

（1.中山連創(chuàng)化工有限公司臺(tái)州辦事處，浙江 臺(tái)州 300525；2.海威信電鍍助劑(義烏)有限公司，浙江 義烏 322000；3.浙江溫州南力實(shí)業(yè)有限公司，浙江 溫州 325103）

介紹了一種電子行業(yè)接觸件連續(xù)電鍍生產(chǎn)線所用的卷對(duì)卷連續(xù)工藝，其流程主要包括化學(xué)除油、陽(yáng)極電解除油、活化、鍍氨基磺酸鎳、鍍氨基磺酸鎳–磷合金、選擇性鍍金、選擇性鍍亮錫、錫防變色、金封孔和烘干。說(shuō)明了氨基磺酸鹽體系電鍍鎳–磷合金中間層工藝中鍍液成分及操作條件對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)和物性的影響，給出了工藝維護(hù)以及雜質(zhì)處理的方法。

電子接插件；鎳–磷合金；電鍍；中間層

1 前言

氨基磺酸鎳是一種優(yōu)良的電鍍主鹽，因其溶解度大、無(wú)污染，所得鎳鍍層內(nèi)應(yīng)力低、電鍍速度快，故近年來(lái)氨基磺酸鹽鍍鎳工藝發(fā)展較快。將其用于電子接插件鎳–磷合金中間層電鍍工藝，由于不存在晶界位錯(cuò)等缺陷，因此不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，耐點(diǎn)蝕的性能遠(yuǎn)比化學(xué)鎳–磷合金好，而其鍍層致密性、耐化學(xué)藥品性、耐磨性以及電磁屏蔽性能比硫酸鹽鎳–磷合金鍍層好，所以已廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空電子、計(jì)算機(jī)電子、精密電子、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，尤其適用于電子行業(yè)接插件中間層的卷對(duì)卷連續(xù)電鍍。

與硫酸鹽體系鎳–磷合金中間層工藝相比，氨基磺酸鹽鎳–磷合金層工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 沉積速度快。氨基磺酸鹽體系可以通過(guò)的電流密度為1 ～ 20 A/dm2，而硫酸鹽體系只可以通過(guò)1 ～5 A/dm2。從理論上講，在相同時(shí)間內(nèi)氨基磺酸鹽鎳–磷合金鍍層的厚度是硫酸鹽電鍍鎳–磷合金的1 ～ 4倍。

(2) 氨基磺酸鹽鍍液穩(wěn)定性高，所得鎳–磷合金鍍層有很好的柔軟性，折彎后一般不易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。

(3) 氨基磺酸鹽鍍液有很高的溶解度，常溫至少溶解180 g/L Ni2+，而硫酸鹽鍍液在50 °C時(shí)最多能溶解100 g/L Ni2+，因此氨基磺酸鹽體系適用于高濃度電鍍工藝。

2 卷對(duì)卷連續(xù)電鍍工藝

2. 1 工藝流程

基材以銅鍍半金亮錫為例：放料—化學(xué)除油—陰、陽(yáng)極電解除油—活化(5% ～ 10%硫酸，常溫，2 ～ 15 s)—氨基磺酸鎳(半光，4個(gè)子槽)—氨基磺酸鎳–磷合金(高溫，2個(gè)子槽)—選擇性鍍金(刷/點(diǎn)/噴，3個(gè)子槽)—選擇性鍍亮錫(4個(gè)子槽)—錫防變色—金封孔處理—烘干(100 ～ 160 °C)—收料。上述工藝流程在實(shí)際應(yīng)用中有必要的水洗。

2. 1. 1 氨基磺酸鹽鍍鎳(半光)

2. 1. 2 氨基磺酸鎳鎳–磷合金

2. 1. 3 選擇性鍍金(刷/點(diǎn)/噴)

2. 1. 4 選擇性鍍亮錫

2. 2 氨基磺酸鹽鎳–磷合金中間層電鍍工藝

2. 2. 1 工藝條件的影響

2. 2. 1. 1 電流密度

電流密度對(duì)鍍層外觀無(wú)重大影響，但電流密度較小時(shí)鍍層偏暗，過(guò)大時(shí)含磷量相對(duì)較低，析氫增大，亞磷酸鎳以雜質(zhì)形式使鍍層粗糙，出現(xiàn)外觀不均或燒焦等現(xiàn)象，耐蝕性與抗高溫性能降低。電流密度一般控制在10 A/dm2為宜。

2. 2. 1. 2 pH

隨著pH的升高，鍍層耐蝕性降低，應(yīng)力有所增大。pH過(guò)高時(shí)，陰極大量析氫，析出的鎳的亞磷酸鹽夾在鍍層中，使鍍層粗糙(高電流密度區(qū)尤為明顯)。pH過(guò)低，則電流效率下降，但是鍍層含磷量增加，耐蝕性與抗高溫性能有所提高。

2. 2. 1. 3 溫度

鍍液溫度對(duì)鍍層有較大的影響。溫度較低會(huì)導(dǎo)致鍍層內(nèi)應(yīng)力增大，陰極電流效率以及允許的電流密度較低，沉積速度變慢，并且鍍層質(zhì)量變差，容易出現(xiàn)斑點(diǎn)。升高溫度將提高陰極電流效率，沉積速度也會(huì)隨之加快，獲得的鍍層更加細(xì)致光亮。但溫度過(guò)高容易引起鍍液中的添加劑變質(zhì)，增大能耗，鍍液蒸發(fā)加快，維護(hù)也變得困難。溫度一般控制在50 ～ 55 °C為宜。

2. 2. 1. 4 氨基磺酸鎳的含量

鍍液中鎳離子濃度低會(huì)導(dǎo)致沉積速度變慢，析氫嚴(yán)重。只有當(dāng)鎳達(dá)到一定濃度時(shí)，鎳和磷才能共沉積形成合金。隨著鎳離子濃度的增加，一般陰極電流效率會(huì)提高，鍍層含磷量也增加，耐蝕性與抗高溫性能增強(qiáng)。但鎳離子濃度過(guò)高時(shí)鍍層沉積速度過(guò)快，將導(dǎo)致鍍層粗糙，鍍層中磷的含量也會(huì)下降，耐蝕性與抗高溫性能隨之下降。鍍液中的鎳離子一般控制在80 ～110 g/L為宜。

2. 2. 1. 5 磷含量

鍍液中磷含量的多少對(duì)鍍層外觀沒有明顯的影響，一般都能得到光亮鍍層。鍍液中磷含量低于20 g/L時(shí)，隨鍍液中磷含量的增加，鍍層中含磷量也增大，至20 g/L時(shí)逐漸趨于穩(wěn)定，當(dāng)高于25 g/L時(shí)，鍍層中磷含量基本保持不變，鍍層中磷含量為9% ～ 13%之間。

2. 2. 1. 6 硼酸

硼酸作為緩沖劑，可以穩(wěn)定鍍液的pH。其用量一般控制在35 ～ 55 g/L之間。

參觀過(guò)臺(tái)灣教育文化館，可以知道，學(xué)校在傳承民族文化方面所營(yíng)造的氛圍，雖然中國(guó)大陸與中國(guó)臺(tái)灣很近，但那些文化的東西已經(jīng)在這里深深滲透，讓我們流連忘返。在校史室內(nèi)讓我印象最深的還是學(xué)校在管理、課程、計(jì)劃之類的資料的整理，學(xué)校的管理制度、課程設(shè)置、活動(dòng)計(jì)劃都能翻閱到。用規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)等詞語(yǔ)都不為過(guò)，簡(jiǎn)直就是陳列的文獻(xiàn)，記錄著學(xué)校的發(fā)展和軌跡，以及對(duì)教育的理解和追求。我和一起參觀的老師私下開玩笑，真想“偷”幾本帶走，心里又想，書籍能“偷”，資料能帶走，文化能“偷”嗎？

2. 2. 1. 7 氯化鎳

氯化鎳作為陽(yáng)極活化劑，可促進(jìn)陽(yáng)極的溶解，其含量過(guò)低時(shí)，氨基磺酸鎳補(bǔ)加頻繁，造成成本過(guò)高；過(guò)高則造成應(yīng)力大，鍍層柔軟性下降。一般控制在4 ～8 g/L之間。

2. 2. 2 有害雜質(zhì)及其處理

幾種常見有害雜質(zhì)及其去除方法見表1。

表1 常見雜質(zhì)的影響及其處理Table 1 Effects of common impurities and their treatment

2. 2. 3 維護(hù)管理及注意事項(xiàng)

(1) 鍍液的pH對(duì)磷的還原速度影響很大，應(yīng)嚴(yán)格控制，一般用堿式碳酸鎳以及氨基磺酸來(lái)調(diào)整。

(2) 要提高鍍層中的含磷量，必要時(shí)可加入絡(luò)合劑，將部分鎳絡(luò)合以防止亞磷酸鎳沉淀析出，但不能太多，否則會(huì)降低電流效率。

(4) 必須使用連續(xù)過(guò)濾，必要時(shí)做小電流電解處理。

(5) 必須控制氯化鎳含量，過(guò)高會(huì)影響產(chǎn)品的柔軟性。

(6) 鎳層不宜過(guò)厚(2 μm左右)，鎳–磷中間合金層一般控制在0.3 μm左右，過(guò)高則折彎試驗(yàn)容易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。

(7) 保持各工段水洗充分，防止各藥水槽交叉污染，氨基磺酸鎳鍍液與鎳–磷合金鍍液也不例外。

(8) 氨基磺酸鎳溶液嚴(yán)禁與硫酸鎳混加。

2. 2. 4 鍍層的性能

鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著磷含量的增加，鍍層耐蝕性提高，抗Cl?腐蝕的能力也增強(qiáng)。磷含量在10% ～11%之間時(shí)，鍍層的耐蝕性及抗高溫性能最好。對(duì)于同厚度(2 μm)的鎳層，鍍有鎳–磷合金層時(shí)的耐中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間比無(wú)鎳–磷合金層時(shí)延長(zhǎng)8 h以上。

采用SMT回流焊機(jī)檢測(cè)鍍層抗高溫性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，鍍層的抗高溫性能隨著磷含量的增加而提高，但均無(wú)流錫現(xiàn)象產(chǎn)生。

鍍層的柔軟性采用折彎試驗(yàn)檢測(cè)。鍍層折彎后無(wú)起皮、龜裂現(xiàn)象，說(shuō)明其柔韌性良好。

4 結(jié)語(yǔ)

電子接插件鎳–磷合金中間層已經(jīng)廣泛用于卷對(duì)卷電鍍連續(xù)電鍍，多家工廠的產(chǎn)品良品率都高。該工藝穩(wěn)定性好、操作方便，可長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，能解決連續(xù)電鍍中高溫發(fā)黑發(fā)紫的問(wèn)題，提高抗鹽霧能力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，氨基磺酸鹽鍍鎳–磷合金的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。

Electroplating process of nickel–phosphorus alloy as medium layer for electronic connectors //

ZHONG Fang-lai*, YANG Fei, YE Ding-xiao

A continuous roll-to-roll process for electroplating production of connectors in electronic industry was introduced. The process flow includes chemical degreasing, anodic electro-degreasing, activating, sulfamate Ni electroplating, sulfamate Ni–P alloy electroplating, selective Au electroplating, selective bright Sn electroplating, anti-tarnishing for Sn layer, sealing for Au layer, and drying. The effects of bath composition and operation conditions on the electroplating of Ni–P alloy as medium layer from a sulfamate bath were described. The technological maintenance and methods for treating impurities were given.

electronic connector; nickel–phosphorus alloy; electroplating; medium layer

Taizhou Office of Zhongshan Lianchuang Chemical Industry Co., Ltd., Taizhou 300525, China

TQ153.12; TQ153.2

A

1004 – 227X (2011) 04 – 0044 – 03

2010–08–05

2010–09–14

鐘方來(lái)（1980–），男，侗族，貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)人，本科學(xué)歷，技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用工程師，主要從事電鍍工藝研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) zhongfanglai@yahoo.com.cn。

[ 編輯：溫靖邦 ]