PCB工艺 电子接插件电镀工艺介绍

20世纪80年代以来,由于电脑、手机、电视等4C电子产品的飞速发展，促进了电子接插件的增长。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、金手指等，这些接插件从实用性考虑，正向小型化、复杂化、轻量化、多功能、高可靠、长寿命、高可靠性化方向发展, 导致了第四代组装技术即表面贴装技术（SMT）出现。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，为提高其耐蚀性耐/高温/耐磨性/耐插拔/导电性等，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；钯及钯镍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。 
下面就对电子接插件连续电镀工艺、镀液和镀层性能作简单介绍。 
1 电子接插件电镀工艺     
根据电子接插件功能不同需要选择不同的电镀工艺,多数采用卷对卷的自动线（多为台湾、香港制造）（添加剂多数使用美/德进口）.其电镀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、镀液要具有快速电镀的能力。
1.1 以镀镍层打底的镀金工艺 工艺流程：   
放料→化学除油→阴阳电解除油→酸活化→氨基磺酸盐镀Ni→局部镀Au→局部镀Sn（或闪镀金）→后处理→干燥→收料 以上必须有充分的水洗 . 各工序简单介绍: 
1.1.1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。 
1.1.2酸洗
酸洗是为了除去金属表面的氧化膜，常使用硫酸。由于电子接件对尺寸要求严格，所以酸洗液对基体不能有腐蚀。 
1.1.3镀镍（钯镍）
镀Ni层作为镀Au和Sn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的固相扩散。镀镍层应具有很好的柔软性,因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，（钯镍）层可以节约部分金成本。 
1.1.4局部镀金
局部镀Au有各种方法，国内外已申请了许多专利。其具体做法: ①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; ②使用刷镀,需要电镀部分跟刷镀机接触,从而达到实现局部电镀; ③使用点镀机,也可以达到实现局部电镀。局部镀Au需要考虑的问题有：从生产角度考虑，应采用高电流密度电镀；镀层厚度分布要均匀；严格控制需镀覆的位置；镀液应对各种基体有通用性；维护调整简单。(5)局部可焊电镀 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，可采用甲机磺酸锡盐镀液，镀层厚度为1～3 μm。外观要光亮、平整。 以上工艺一般实用于端子一段要求导电且耐插拔及耐摩，而另外一段要求焊锡的产品。
1.2 以镀铜层打底的镀Sn (或者闪镀Au)电镀工艺 工艺流程：
放料→化学除油→阴阳电解除油→酸活化→镀铜（可以用氰化镀同或者酸铜）→氨基磺酸盐镀Ni→局部镀Sn (或者闪镀Au)→后处理→干燥→收料 以上必须有充分的水洗.  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，铜镀层一般为1～3μm。 纯锡镀层易从镀层表面产生晶须(多数镀雾锡), 锡镀层一般为1～3μm，由于锡在空气中会容易氧化，为减缓其氧化速度，必须进行必要的后处理。 以上工艺一般实用于端子要求焊锡的产品。
1.3 以镀镍层打底的电镀Pd/Au工艺
工艺流程：   
放料→化学除油→阴阳电解除油→酸活化→氨基磺酸盐镀Ni→（局部镀镀钯镍）→局部镀Au→后处理→后处理→干燥→收料 以上必须有充分的水洗   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。镀钯液一般为弱碱性，为提高镍与钯的结合强度，需在镍表面闪镀钯镀层。电镀钯镍之后，再闪镀0.03～0.13 μm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。  
以上工艺一般实用于端子要求焊锡的产品。
2 接触点镀层  
2.1 金镀液及金镀层性能 
目前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。关于有机添加剂方面的专利报道较多。
2.2 钯镀液及钯镀层的性能 
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。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2500～4000～6000N/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。
2．3焊锡点镀层 
一般采用闪镀金或者镀2-3μm锡。

3电子电镀的连续性和稳定性
3.1镀速快、效率高 
采用高速度镀液，可在高电流密度下电镀，如高速镀镍，一般控制在10-20ASD，最高时可达到30ASD。电镀线的镀速，一般可达到3—4m／min，对有些产品甚至可达到6m／min。
3．2自动化程度高，产品质量稳定 
由于自动化程度高，大大提高了生产效率，且大大减少人为因素对产品质量的影响，可24h连续生产、如深圳市长盈精密技术有限公司目前有6多条电镀自动线，而操作工人每班仅需20人左右。
3．3适合各种电镀区域控制的要求，既可全镀，也可局部镀。 
3．4符合环保控制要求：废水量少：大量采用逆流漂洗技术，废水量小，甚至可以达到零排放；现场环境控制好，全密封，废气抽出车间外处理车间内一般无跑、冒、滴、漏现象。
4  连续电镀设备介绍  
4．1连续电镀设备的基本结构 
4．1．1连续自动电镀设备一般由二部分组成，即传送装置及电镀槽系统。 
4．1．2电镀槽系统一般都是采用子母槽结构：将母槽的药水由泵抽到子槽，在于槽中对工件件完成电镀、清洗等各—厂序，镀液再从子槽流回母槽。如此周而复始，保证电镀过程的连续进行。 
4．1．3根据工件要求的不同，在子槽中采用各种类型的电镀位置(区域)控制机构，如此也就派生出厂各种类型的连续电镀设备。
4．2连续电镀设备的类型 
根据工件类型可分为“卷对卷”式和“片对片”式，根据电镀位置控制方法的不同，又可分为浸镀、轮镀、喷镀、点镀等类型。 
5   电子接插件电镀电镀要解决的问题： 
为保证电子接插件电镀生产，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。 
5.1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； 
5.2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（用于局部镀金或者钯镍），可以选择刷镀等；对于外形比较单一的端子，必要时可以选择点镀金，可达到节约成本的目的。
5.3提高被镀基体的导电性； 
5.4减少镀件带出溶液量，采取有效的回收措施，以节约贵金属。

6总结  近年来，国内电子元器件业发展迅速，有望成为国际上最大的电子元器件生产基地。因此，国内对于高速连续电镀需求市场会逐渐增大，电镀设备基本上是由电镀生产企业自己在引进国外设备的基础上，对其进行消化吸收，然后仿制。因此，国内电镀设备制造企业有必要在这方面加强开发投入；目前各企业所用的高速电镀的药剂及添加剂基本上都靠进口，国内产品尚有较大的差距，但价格差别也很大，开发高性能的高速电镀配套产品应有很大的市场潜力；电子元器件连续电镀在国内尚属较新的技术，国内同行间必须要加强技术交流，以促进我国电子电镀技术水平的提高。诺的电子有限公司