连续电镀知识

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。
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，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：通常滤波度越好，镀层组织越均一。
5.镀液温度：镀金约50~60，镀镍约50~60，镀锡铅约18~22，镀钯镍约45~55。
6镀液PH值：镀金约4.0~4.8 ，镀镍约3.8~4.4，镀钯镍约8.0~8.5，
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 .µ``.微英寸，b. µm,微米, 1 µm约等于40µ``.
1.Tin—Lead Alloy Plating :锡铅合金电镀
作为焊接用途,一般膜厚在100~150µ``最多.
2.Nickel Plating　镍电镀
现在电子连接器皆以打底(underplating)，故在５０µ``以上为一般规格，较低的规格为３０µ``，(可能考虑到折弯或者成本)
3.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50µ``以上 .
镀层的检验
1.外观检验:目视法,放大镜(4~10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 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==1.5×1000/2.54==590支
2.电镀槽中电镀面积==590×50==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。端子间距为5。0MM，产速为20米/分，请问产能？
产能（KPCS/ Hr）=60×20/5=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）
①黄金消耗量（g）=0.049AZ（黄金密度19.3g/cm3）
PGC消耗量(g)=0.0072AZ
②钯金属消耗量(g)=0.00305AZ(钯金属密度为12.0g/cm3）
③银金属消耗量(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3µ``，每支端子电镀面积为50mm2，实际电镀出平均厚度为3.5µ``， 请问需补充多少gPGC？
①10000支总面积=10000×50=500000 mm2=50dm2
②耗纯金量=0.0049AZ==0.0049×50×3.5==0.8575g
③耗PGC量==0.8575/0.682==1.26g
或耗PGC量==0.0072AZ==0.0072×50×3.5==1.26g

阴极电镀效率计算：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162µ``，而实际所测厚度为150µ``，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/ 分，请问电镀时间为多少？
电镀时间（分）==1.0×5/10==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（µ``）==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
==2.448CT×58.69 /2×8.9
==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==8.07×1×1==8.07µ``
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，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）