挂式光亮电镀的常见问题及对策
陈宏仕，韦右月
(汕头华汕电子器件有限公司，广东 汕头 515000)
摘 要：挂式电镀是现代电镀技术中的一s种通用工艺，由于其结构的特殊性和使用镀液的不同，其维护工作相当困难和繁杂。根据作者在生产实践中积累的经验，对挂式光亮电镀中常见的镀层麻点、发白、烧焦等问题进行分析，并对相应的解决方法进行探讨。
关键词：电镀；光亮剂；配槽剂；维修
Common Problems and Countermeasures of Rack Bright Plating
Chen Hongshi, Wei Youyue
(Shantou Huashan Electronic Devices Co.,Ltd.,Shantou of Guangdong 515000,China)
Abstract: The rack bright plating is a kind of modern plating technics. Its routine maintenance is very tricky because
of its special structure and various electrolyte solution. Base on author's practice experience, some common problems of the rack bright plating, as pits, gray, burnt deposit, are analyzed in this thesis. Then, the solutions of these problems are discussed.
Keywords:Plating,Brightener;Starter;Maintenance
1引言
在金属外表镀覆其他金属保护层已有悠久的历史，我国古代有这方面的记载，如北宋时期沈括的《梦溪笔谈》及明代宋应星的《天工开物》等著作都对当时的技艺做了详细的描述。而电镀却是在原电池的发现之后才慢慢发展起来的，开始只是一种经验性的手工艺，直到1949年Blum和Hogaboom出版了《DrinciplesofElectroplatingandElectroforming》的论著之后，电镀才开始进入理论性阶段。经过半个多世纪的发展，电镀日趋成熟和完善，并成为涵盖面广泛的巨大产业。
而今的电镀（外加电流的镀覆方式）虽然有许多成熟的理论，但镀液的种类繁多，镀覆方式各异，其基础性理论知识涉及面广，对任何一种镀液体系都没有一成不变的作业规范，要根据设备状况及电镀型式，在基本理论的指导下，摸索出一套适合各自工艺的经验。因此，很有必要对挂式半自动化光亮电镀锡铅合金电镀线的常见问题进行探讨，寻找可行的对策。
2镀槽分析
为了能够更清楚地了解镀槽及被镀件的状况，在此，先对电镀线的镀液进行介绍，再对TO-220管壳（被镀件）在挂具上所构成的整体特性及其在镀槽中的作业情况进行探讨。
2.1镀液体系
浩金公司提供的SLOTOLETG50电镀液属新研发的甲基磺酸型镀液。关于此类镀液的报道较少，参考资料只有厂商提供的产品使用说明书及常见故障纠正措施说明。下面介绍它的主要成分。
2.1.1主盐
甲基磺酸亚锡，使用浓度范围是5g/l～25g/l，最佳值为15g/l。
2.1.2光亮剂G52
含有实际光亮度形成组分，使用范围为2ml/l～8ml/l，最佳值为3ml/l。光亮剂G52不足时会导致在低电流密度区范围内产生哑光镀层，而对高电流密度区范围内的初始光亮度不受影响；过量时会在高电流密度区部分产生条纹，严重过量镀层会产生针孔，极度严重时会导致金属沉积被强烈地抑制。此时在原位置上，被产生的气体严重影响，沉积（工件上的孔或穿透点）将全部停止。
2.1.3配槽剂G51
可以防止镀层树枝结晶的形成，还可以作为光亮剂G52的增溶剂。配槽剂G51不足时，与光亮剂G52过量时产生的不合格镀层外观是相同的，稍有不足时，将会出现淡云雾状的不良外观，严重不足时，在高电流密度区将产生针孔或麻点，以至最终产生“层状沉淀”。
2.1.4FF酸（甲基磺酸）
被沉积金属离子载体的使用范围为100g/l～300g/l，建议最佳值为200g/l，镀槽较理想的使用范围是170g/l～185g/l。如果FF酸的浓度值低于100g/l，镀液的分散力将会降低，同时，在低电流密度范围内，光亮度也会下降，也会产生乳灰色镀层。
2.2被镀件及其作业特征
整条电镀线属半自动、间歇作业型。其主要特点是：
1）被镀件在挂具上排列紧凑，双排四面，表面积较大；电流密度不易控制，挂具内侧镀液循环不够，容易造成金属离子浓度小，阴极极化不均；
2）篮装球状阳极，随着使用时间的变化，这种盛装方式的阳极表面积变化较大，阳极电流密度的控制较难；
3）上下翻动的循环方式，由于被镀件整体表面积较大，被镀件外表面的镀液循环很难做得均等。
由此可见，诸多的变化因素对镀层的影响是很复杂的，镀层缺陷也是多样的。
3常见问题分析
3.1镀层多孔和麻点
任何一种电镀液的阴极电流效率都无法达到100％，不同体系的电镀液的电流效率相差悬殊，同一种体系的电镀液也因污染度、阴极电流密度、被镀件表面的粗糙度不同而有所差异。图1是SLOTOLETG50锡铅合金镀液电流效率相对于电流密度的曲线。可见，不管在哪一种电流密度状态下作业，都有析氢反应或是其他副反应发生。如果镀液的润湿性不够，致使氢分子在被镀件表面上很难脱离，就会造成镀层麻点或针孔等，如配槽剂G51不足或光亮剂G52过量，在高电流密度范围内都会产生这种不良现象。另一种原因是被镀件在前处理过程中无法清除掉残留在表面上的微颗粒，由于物化性质的因素，致使被吸附的氢分子无法脱离而造成镀层针孔或麻面。另一种成因不同的镀层麻面或针孔，是添加剂分解的有机物质，如果在镀液中这些有机物质的量足够大，就会聚集成胶状微颗粒，这些胶状颗粒附在被镀件的表面会影响锡铅金属离子的沉积，造成镀层针孔或麻面。
3.2镀层发白和淡云雾状
这种镀层外观不良在电镀作业中出现的频率比较大，轻重有别，产生的原因各异，有的可以用棉布擦除，有的擦拭不掉，不管是那一种对产品的外观都会产生严重的影响。造成这种不良现象的因素主要有二：一是配槽剂G51或光亮剂G52不足，如果光亮剂G52采用计量泵自动添加，这种不良的镀层现象出现的频率可大大减少；二是镀层呈乳白色，其成因是除油槽CP100S清洁盐有效成分降低，槽电压升至9V左右，会在挂具边缘高电流密度区出现镀层发白；被镀件表面氧化严重，活化不彻底而造成的低电流密度区镀层发白；电镀作业快结束时，镀层受到大电流冲击，也会造成在挂具边缘的高电流密度区镀层发白；镀液中四价锡含量高也是造成镀层发白、发雾的成因之一。这些造成镀层外观不良的因素在生产或实验中都曾发生。
3.3其他不良现象
1）烧焦
在过去的一段时间里，烧焦是在不经意间就会出现的最为频繁的一种镀层外观不良现象，温度过低和循环不良都会促使烧焦产生，究其主因，主要是镀液中光亮剂G52与配槽剂G51的比例不合理，镀液循环不均造成的。通过改善镀液循环，并采用计量泵准时计量添加光亮剂G52，在很大程度上保证了光亮剂G52在镀液中的稳定性，因此，烧焦现象得到较好的克服。
2）镀层起皮
这是一种前处理工作没有做好而造成的不良现象。活化不良或是在活化之后清洗工作没有做好，除油工作没有到位等。
3）镀层粗糙
这是一种较为常见的现象。主要是电源不稳定，造成电流密度过高或镀液中固体杂质过多而造成的镀层不良。
4对策
在镀液体系内，有许多理论可作为解决问题的依据，但非镀液体系内的不良现象只能通过小槽试验和依靠平常积累的经验来解决。平时，主要通过如下几种方法来排除故障：
1）通过分析手段，分析镀液中主要成分的含量，并根据分析结果进行调整；
2）通过霍尔槽试验来分析那些化学分析方法无法分辨到的微量成分或杂质（这些微量成分或杂质对镀层外观的影响很大），并依据试验出的结果对镀液进行调整或处理；
3）依据经验来排除故障。
这三种方法是平时最为常用的故障排除方法。简单的问题可以根据镀层外观的不良对镀槽进行调整；而复杂的问题就得进行多种分析，一一排除，从根源上消除不良因素。由于工艺作业的复杂性，不可主观臆断，要依据科学理论有根有据地解决问题。
5预防措施
在合理的工艺条件下，如何维护镀槽是很重要的，这不仅关系到镀层的质量，还关系到镀液的使用寿命，可以从两个方面着手，其一是科学维护镀槽，依据生产情况进行成分调整，根据镀槽状况及时进行处理，定期清洁镀槽，电解除杂，防止各个处理槽和水槽对镀槽的污染，保证镀槽的平衡和稳定，这样，才能从根源上保证镀层的质量。
其二是加强过程控制，各处理槽的化学品用量与使用时间是有科学依据的，在工作文件中均有明确规定。在实际应用中，各处理槽的工作效率与使用寿命在很大程度上决定于生产作业的规范与否，因为退镀液与除油液、除油液与活化液、镀液与中和液都是酸与碱两种化学性质对立的物质。如果在作业过程中不能将上一个处理槽的化学品清洗干净，将造成下一个处理槽的药性降低，受到污染，药性降低，影响处理槽的使用寿命和工作效率。各处理槽的交叉污染也将使镀槽的正常工作和使用寿命受到影响，增加镀槽及整条生产线的维护难度，甚至导致不良品的产生。要避免这些现象的发生，就要严格按照工艺规范操作，提高生产过程的质量。
参考文献
[1]张子高.中国化学史稿（古代之部）[M].北京:科学出版社，1964.
[2]BlumW，HogaboomGB.PrinciplesofElectroplatingandElectroforming[M]，NewYork：McGrawHillBookCo.,1949.
[3]中国腐蚀与防护学会.实用电镀枝术[M].北京：化学工业出版社，2002.
