隨著電子工業(yè)的發(fā)展,作為連接電子電路的電子接插件也趨于多樣化,如:套筒用電子接插件、接口用電子接插件、內(nèi)部組裝用電子接插件等,這些接插件從實用性考慮,正向高密度化、輕、薄、小型化、多功能化、高可靠性化方向發(fā)展。電子接插件的最基本性能是電接觸的可靠性,為此,接插用材料主要為銅及其合金,為提高其耐蝕性和耐磨性等,必須進行必要的表面處理。
電子接插件代表性的表面處理方法是以鍍鎳打底的鍍金工藝,或是以鍍銅打底的鍍可焊性鍍層工藝。銀鍍層的耐蝕性較差,現(xiàn)在使用的較少;鈀及鈀合金鍍層作為代金鍍層已開發(fā)了近十年,作為耐磨性鍍層,用于插拔次數(shù)較多的電子接插件的表面處理已得到應(yīng)用。
下面對電子接插件連續(xù)加速電鍍的加工工藝、鍍液和鍍層性能等作一介紹。
1 連續(xù)快速電鍍的加工工藝
連續(xù)快速電鍍的加工工藝本質(zhì)上與一般電鍍并無區(qū)別,然而各工藝過程的處理時間要比普通電鍍短得多,因此各種處理液、鍍液要具有適應(yīng)快速電鍍的能力。
1.1 以鍍鎳層打底的鍍金工藝
工藝流程如下:
上掛具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→氨基磺酸鹽鍍Ni→水洗→水洗→水洗→局部脈沖鍍Au→回收→回收→水洗→水洗→水洗→局部鍍Sn-Pb合金→水洗→水洗→水洗→去離子水洗→去離子熱水洗→干燥→下掛具→檢查(厚度、結(jié)合強度、外觀、可焊性、局部鍍的位置等) 下面對工藝中的主要工序作一簡單說明。
(1)除油 與普通化學(xué)除油不同,除油時間僅為2~5s。這樣,普通浸漬方式的除油已不能滿足要求,需要進行高電流密度下的多級電化學(xué)除油。對除油液的要求是:如果除油液帶入下道的水洗槽或酸洗槽中,不應(yīng)發(fā)生分解或產(chǎn)生沉淀。
(2)酸洗 酸洗是為了除去金屬表面的氧化膜,常使用硫酸或鹽酸。由于電子接件對尺寸要求嚴(yán)格,所以酸洗液對基體不應(yīng)有溶解作用。
(3)鍍鎳 鍍Ni層作為鍍Au和Sn-Pb合金鍍層的底層,不僅提高耐蝕性,而且可防止基體的Cu與Au、Cu與Sn-Pb合金的固相擴散。電子接插件在進行切割、彎曲加工時鍍層不應(yīng)脫落,因此最好采用氨基磺酸鎳鍍液。
(4)局部鍍金 局部鍍Au有各種方法,國內(nèi)外已申請了許多專利。其方法大都是把不要的部分遮住,僅使需要電鍍的部分與鍍液接觸,從而實現(xiàn)局部電鍍。局部鍍Au需要考慮的問題有:①從生產(chǎn)角度考慮,應(yīng)采用高電流密度電鍍;②鍍層厚度分布要均勻;③嚴(yán)格控制需鍍覆的位置;④鍍液應(yīng)對各種基體有通用性;⑤維護調(diào)整簡單。
(5)局部可焊性電鍍 局部可焊性電鍍沒有局部鍍金那樣苛刻,可采用比較經(jīng)濟的電鍍方法與設(shè)備。把需要電鍍的部分浸入鍍液,讓不需要電鍍的部分露出液面,即通過控制液位的方法可實現(xiàn)局部電鍍。為降低污染,可采用有機酸鹽鍍液,鍍層組成為:Sn∶Pb=9∶1左右,鍍層厚度為1~3 μm。外觀要光亮、平整。
1.2 以鍍銅層打底的可焊性電鍍工藝 典型工藝流程如下:
上掛具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→KCN活化→氰化鍍銅→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→電鍍Sn-7%Pb合金→水洗→水洗→水洗→防變色→水洗→水洗→去離子水洗→去離子熱水洗→干燥→下掛具→檢查(厚度、結(jié)合強度、外觀、可焊性)
銅鍍層主要是起阻擋層的作用,防止基體(主要是黃銅)中的鋅和可焊性鍍層中的錫發(fā)生固相擴散。為提高焊接后的零件的導(dǎo)熱性,銅鍍層的厚度為1~3μm。電鍍銅的鍍液除可用氰化物鍍液外,近年來開始使用烷基磺酸或烷醇基磺酸等有機酸體系的鍍液。
純錫鍍層易從鍍層表面產(chǎn)生晶須,如果在錫中共沉積5%以上的鉛,形成Sn-Pb合金鍍層,則可防止晶須的產(chǎn)生。在Sn-Pb合金共沉積時,Pb比Sn容易沉積,因此,鍍液中[Sn4+]/[Pb2+]=9∶1時,即可得到含鉛量10%以上的合金鍍層。隨著電鍍的進行,鍍液中的Pb2+逐漸減少,對鍍液需進行定期分析,據(jù)以補充Pb2+。
可焊性鍍層在空氣中會慢慢氧化,為減緩其氧化速度,鍍后可在50~80℃的磷酸鹽水溶液中浸漬,在鍍層表面形成致密的磷酸鹽膜。
1.3 以鍍鎳層打底的電鍍Pd/Au工藝 代表性的工藝流程如下:
上掛具→除油→水洗→水洗→水洗→酸洗→水洗→水洗→水洗→氨基磺酸鹽鍍Ni→水洗→水洗→水洗→活化(閃鍍Pd)→局部鍍Pd→回收→水洗→水洗→水洗→局部脈沖鍍Au→回收→回收→水洗→水洗→水洗→電鍍Sn-7%Pb合金→水洗→水洗→水洗→去離子水洗→去離子熱水洗→干燥→下掛具→檢查(厚度、結(jié)合強度、外觀、可焊性、局部鍍的位置等)
在鎳鍍層與金鍍層之間插入鈀鍍層,控制鈀鍍層的厚度在0.5~1.0μm。由于鈀鍍層硬度較高,若厚度過大(超過1.5μm),則進行彎曲或切割時鍍層易產(chǎn)生裂紋。由于鈀較昂貴,所以常采用局部鍍的方法。
鍍鈀液一般為中性到堿性,為提高鎳與鈀的結(jié)合強度,需在鎳表面閃鍍鈀鍍層。
電鍍鈀之后,再鍍0.03~0.13μm的金鍍層,可使接觸電阻穩(wěn)定,并且在插拔時,金鍍層有自潤滑作用,從而提高耐磨性。
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