电镀技术概论

1、電鍍技術概論楊榮華1內容介紹表面處理介紹電鍍基本反應及裝置電鍍流程介紹貴金屬電鍍方式介紹測試分析與故障原因分析2表面處理表面處理的對象非常廣泛，從傳統工業到現在的高科技工業，從以前的金屬表面到現在的塑膠，非金屬的表面。它使材料更耐腐蝕、更耐磨耗、更耐熱，它使材料之壽延長，此外改善材料表面之特性，光澤美觀等提高產品之附加價值，所有這些改變材料表面之物理，機械及化學性質之加工技術統稱為表面處理（ surface treatment ）或稱為表面加工（surface finishing）。 3金屬表面處理金屬經初步加工成型後需修飾金屬表面，美化金屬表面，更進一步改變金屬表面的機械性質及物理化學性質等

2、之各種操作過程，稱之為金屬表面處理.或稱之金屬表面加工（ metal surface finishing ）。 4表面處理的目的 表面處理的目的可以分四大類:（1）美觀（appearance）：為了提高製品之附加價值，賦予製品表面美觀，例如裝飾性電鍍（decorative plating） Au。（2）防護（protection） ：為了延長製品的壽命，再製品表面披覆（coating）耐腐蝕之材料，例如保護性電鍍 Ni5（3）特殊表面性質（special surface properties）1. 提高製品之導電性（electrical conductivity），例如電鍍Ag、Cu。2. 提

3、高焊接性（soderability）在通訊急電子工業應用，例如Sn/Pb 合金電鍍。3. 提高光線之反射性（light reflectivity）例如太空船，人造衛星的外殼需反射光線，Ag及Rh的鍍層被應用上。4. 減小接觸阻抗（contact resistance）例如在電子組件之Au及Pd電鍍。6（4）機械或工程性質（mechanical or engineering properties）1. 提高製品之強度（strength）。2. 增加硬度（hardness）及耐磨性（wear resistance）。3. 提高製品之耐熱性及耐候性。7電鍍的目的與定義電鍍之定義電鍍（electrop

4、lating）被定義為一種電沈積過程（electro-deposition process），是利用電極（electrode）通過電流，使金屬附著於物體表面上，其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。電鍍之目的電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層（deposit），改變基材表面性質或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性。8基本反應 ( Basic Reaction )電鍍是利用適當的電位能外加電流於一電化學電池，以在陰極析出所欲得的產物。金屬離子由電鍍液提供或來自消耗性陽極被施加之電位能還原並沉積於陰極以銅為例 陰極反應 Cu2+ + 2 e- C

5、u 2 H+ + 2 e- H2 陽極反應 Cu Cu2+ + 2 e- 4 OH- 2 H2O + O2 + 4 e-9陰極(-)陽極(+)電鍍液外部電源10電鍍基本裝置 ( Basic set up for Electroplating )電鍍的基本裝置是一化學電池由陰極、陽極、電源供應器及電鍍液所組成。陰極：放置基板或欲電鍍物，隨工件之種類可區分為 連續帶狀電鍍 ( 以移動帶狀物為陰極 ) 、大量小型工件電鍍 ( 置於滾筒 ) 以及大型工件 ( 工件掛置於陰極 )陽極： 消耗性陽極：由欲鍍到基板上的鍍層金屬製成，此陽極會在電鍍過程中溶解，以提供電鍍所需之金屬離子。( 如鎳餅、錫球 ) 1

6、1 非消耗性陽極：此種陽極只是單純作為電的通路並不會溶解，其電鍍所需的金屬離子是由電鍍液提供。( 如白金鈦網 )電鍍液： 提供電鍍時電的通路、金屬離子及添加劑以控制電鍍層性質。電鍍液於電鍍操作時一般藉機械攪拌或氣泡攪拌。電源供應器： 可提供直流電或脈衝電鍍。12電化學反應 Main reaction 陰極：M n+ + n e- - M 陽極：M - M n+ + n e- Side reaction 陰極：2 H2O - 2 OH- +H2 陽極：M n+ + n OH- M（OH）n 13電鍍流程前處理製程 超音波脫脂 / 陰極電解脫脂 / 陽極電解脫脂 / 酸處理電鍍製程 鍍銅 / 鍍鎳

7、 / 鍍鈀鎳 / 鍍金 / 鍍錫後處理製程 封孔 / 潤滑 / 熱水 / 吹風 / 乾燥14機台流程超音波脫脂電解脫脂酸活化鍍鈀鎳製程鍍鎳製程鍍銅製程鍍金製程鍍錫製程後處理製程水洗水洗水洗水洗水洗水洗水洗水洗15前處理目的前處理的目的是為了得到良好的鍍層，由於鍍件在製造、加工搬運、保存期間會有油酯、氧化物銹皮、氫氧化物、灰塵等污物附著於鍍件表面上，若不去除這些污物而進行電鍍將得不到良好的鍍層。鍍件品質，前處理佔很重要的地位。16前處理 _ 超音波脫脂 利用高頻率超音波傳入液體時，所產生之無數細微氣泡在瞬間爆破及再生，衝擊附著在清洗物上之油漬，這些肉眼看不見的氣泡，可侵入物件的細孔、凹凸或其他隱

8、蔽處，達到全面清洗的效果。 17前處理 _ 陰/陽電解脫脂陰極電解脫脂 利用水的電解反應中在陰極表面所產生之氫氣將油脂帶離物件表面。 陽極電解脫脂 利用水的電解反應中在陽極表面所產生之氧氣將油脂帶離物件表面，同時可將表面上之金屬雜質在表面解離，提高鍍件表面的純度。 18電解脫脂法的比較 項目陰極電解脫脂陽極電解脫脂特徵 脫脂力較大。 金屬表面不起鈍化。 不會侵蝕底材。 可活化鈍態的皮膜。 處理時間短。 界面活性劑等添加劑 分解少，槽液壽命長。 不生成黑跡。 不發生脆化。 複雜的物品，皆可均等的脫脂。 由於生成氧化皮膜，可保護金屬表面。缺點 發生氫氣脆化，鹼性脆化，由於電流密度的變化，脫脂程度有

9、差別。 浴外溶解的金屬，不純物有附著的情況。 表面生成鈍態膜電解液的壽命短。 脫脂效力較陰極法差。19前處理 _ 酸處理將素材表面上之無機物，如氧化膜、銹垢或雜質金屬去除，使素材在進入電鍍浴前其表面保持新鮮，以獲取更佳之附著力。 20電鍍製程電鍍銅電鍍鎳電鍍鈀鎳電鍍金電鍍錫21電鍍銅電鍍銅的目的：銅鍍層具有良好均勻性、緻密性、附著性及拋光性等所以可做其他電鍍金屬之底鍍鍍層。鍍浴組成：鹼性鍍浴：氰化亞銅/氰化鈉優點：鍍層細緻、均一性良好、可直接鍍在鋼鐵上缺點：毒性強、廢液處理麻煩、電流密度小，生產效率低、電流效率低22電鍍鎳電鍍鎳的目的：保護底材、防腐蝕、耐磨鍍浴組成：胺基磺酸鎳（半光澤）鍍浴：

10、優點：耐腐蝕、低內應力 內應力：霧鎳半光澤鎳光澤鎳 電鍍效率：霧鎳半光澤鎳光澤鎳 耐候性：霧鎳半光澤鎳光澤鎳規格：厚度依客戶要求，一般為50 -inch23電鍍鈀鎳電鍍鈀鎳的功能：高品質產品的表面處理鍍浴組成： 鈀鎳合金（胺鈀）Pd：Ni80：20優點：疏孔性小、耐氧化、較佳差拔力、可取代厚金電鍍降低成本電鍍方式：浸鍍、刷鍍24電鍍金電鍍金的功能：一般連接器端子接觸位置常用此金屬鍍浴組成： 金鈷合金 ( 硬金，金純度 99.7%以上 ) 優點：延展性佳、導電度高、穩定性好、不易氧化、具美觀性電鍍方式：浸鍍、刷鍍、噴鍍25電鍍錫電鍍錫功能：電器及電子工業，因錫容易銲接，導電性良好，廣泛應用在電器

11、及電子需要銲接的零件上。 因應歐洲RoHS的規定，鉛為管制物質，因此電鍍錫由原來的錫鉛合金電鍍改為無鉛電鍍。無鉛電鍍的種類有純錫製程、錫銅製程、錫鉍製程及錫銀製程等，次頁有較詳盡之比較。26無鉛鍍錫特性比較電鍍種類 鍍液穩定性Stability of solution 銲接強度Strength of bond *銲錫性Solderability 毒性Toxicity 價格Cost 後加工性Crack resistance 錫鬚控制Control of whisker 總計Total Sn-Cu錫銅(Cu：1.5%) 3.5Very Good 4.5Excellent 4.5Excellent

12、5.0Excellent 4.5Excellent 4.5Excellent *4.5Excellent 31.0Sn-Ag錫銀(Ag：3.5%) 2.0Bad 5.0Excellent 4.0Very Good 5.0Excellent 2.5Bad 4.5Excellent 4.5Excellent 27.5Sn-Bi錫鉍(Bi：3.0%) 3.0Good 2.5Bad 4.5Excellent *1.5Bad 3.0Good 2.0Bad 4.5Excellent 16.5Pure Tin錫(Sn：100%) 5.0Excellent t 4.0Very Good 4.0Very Goo

13、d 5.0Excellent 4.5Excellent 4.5Excellent 4.5Excellent 31.5Sn-Pb錫鉛(Pb：5.0%) 5.0Excellent 4.0Very Good 5.0Excellent *1.0Bad 5.0Excellent 5.0Excellent *5.0Excellent 30.0*電鍍添加劑光澤劑差異性影響很大。*在酸性鍍液中酸性的環境下，鉍與鉛一樣具有毒性。*各類無鉛鍍層熔點電鍍種類 Sn/Pb 15% Sn/Cu 2% Pure Sn Sn/Bi 3%Sn/Ag 3.5% 熔點 18322723221022127後處理 （1）封孔處理以油

14、脂或高分子化合物塗佈於鍍層表面，增加其耐候性，可降低鍍層表面的疏孔性。（2）潤滑製程以油脂或高分子化合物塗佈於鍍層表面，以降低表面上之摩擦力，提升其耐摩程度。（3）熱水洗洗淨殘留鍍液，提高鍍件溫度，以利烘乾。28（4）吹風把水滴從鍍件吹乾，只殘留少許水份。（5）乾燥利用IR（或熱風機）將鍍件上水份完全烘乾。29貴金屬的電鍍方式刷鍍：以現有電鍍方式而言，為最省金之電鍍方法。 噴鍍：鍍金區域為中間有一定範圍者且無法使用刷鍍者。浸鍍：目前市場上最普遍使用之電鍍方式。 30刷鍍刷鍍使用的時機端子設計接觸為平面（單一）且只需小面積鍍金者端子設計為凸點者（接觸點-半圓/曲線） 31噴鍍噴鍍使用時機：鍍金區

15、域為中間有一定區域且無法使用刷鍍者32浸鍍浸鍍使用時機：圓柱形端子且需全面鍍金者立體性端子且無法使用其它電鍍方式者（弧度較大）不管平面或立體，整支PIN均需鍍金者端子正反面皆需鍍金者33一般檢查項目外觀（APPEARANCE）剝拉試驗（ADHESION）焊錫性試驗（SOLDERBILITY）彎折實驗（BENDING TEST）膜厚量測（THICKNESS MEASUREMENT）34信賴度試驗（RELIABILITY TEST）硝酸蒸氣試驗( GOLD POROSITY TEST )_ EIA364-60 Procedure 1.1.1二氧化硫蒸氣試驗( GFPdNi POROSITY TEST ) _EIA364-60 Procedure 1.1.2蒸氣老化試驗( STEAM AGING TEST )_ J-STD-002沾錫性試驗( SOL