壓力對(duì)微小盲孔化學(xué)鍍金深鍍能力的影響

羅華江*，陸顯文，付定國(guó)

（貴州航天電器股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

壓力對(duì)微小盲孔化學(xué)鍍金深鍍能力的影響

羅華江*，陸顯文，付定國(guó)

（貴州航天電器股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

分析了微小孔鍍金的難點(diǎn)，對(duì)比了微小孔分別在常壓和負(fù)壓下化學(xué)鍍金的深鍍能力。結(jié)果表明，在常壓下微小盲孔化學(xué)鍍金的深鍍能力不如電鍍金。在負(fù)壓下對(duì)微小盲孔化學(xué)鍍金后，孔內(nèi)鍍層可達(dá)的深度與孔內(nèi)徑之比高達(dá)5.3，深鍍能力遠(yuǎn)優(yōu)于常壓化學(xué)鍍金和電鍍金。

微小盲孔；電鍍金；化學(xué)鍍金；深鍍能力；壓力

連接器的信號(hào)傳遞主要依靠接觸件之間的接觸完成，鍍金層作為接觸件的表面鍍層，賦予了接觸件較低的接觸電阻、易焊接性、強(qiáng)耐蝕性和一定的耐磨性。鍍金層存在質(zhì)量問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳遞不良，甚至釀成嚴(yán)重的質(zhì)量事故。因此在連接器的制造、加工過(guò)程中，通常將接觸件電鍍金作為關(guān)鍵工序。

在微型連接器電鍍中，孔徑小于0.3 mm、孔深超過(guò)1.5 mm的孔稱為微小孔[1]。微孔電鍍是微型連接器電鍍的關(guān)鍵技術(shù)之一。而在電接插件領(lǐng)域，孔徑為0.28 mm的剛性插孔接觸對(duì)的電鍍也是當(dāng)前亟需解決的難題。

1 微小孔鍍金的難點(diǎn)

1.1 孔內(nèi)溶液交換困難

如圖1所示，由于溶液表面張力的作用，微小孔容易出現(xiàn)毛細(xì)管現(xiàn)象：溶液進(jìn)入孔內(nèi)后，孔內(nèi)壓力往往大于孔外壓力。此現(xiàn)象在直徑越小以及深度越長(zhǎng)的通孔中尤為明顯。而對(duì)于微小的盲孔零件而言，還存在虹吸作用，溶液更難從孔中流出，使孔內(nèi)溶液難以得到交換。這一方面會(huì)造成在酸洗、活化過(guò)程中孔內(nèi)氧化物難以去除，另一方面會(huì)使前道工序的溶液滯留于孔內(nèi)，導(dǎo)致后道工序的溶液被污染。

圖1 微小盲孔內(nèi)液流示意圖Figure 1 Schematic diagram showing the flowing of solution in micro-via

1.2 受形狀的影響，孔內(nèi)分布的電流密度和電勢(shì)過(guò)低

要在孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)金屬沉積，孔內(nèi)的電極電勢(shì)必須達(dá)到一定值。因形狀的影響，微小孔內(nèi)的電極電勢(shì)一般較低，致使孔內(nèi)深處無(wú)法沉積得到金層。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，微小孔電鍍金的深鍍能力(指在鍍件凹處沉積的能力，本文采用孔內(nèi)鍍層可達(dá)的深度與孔內(nèi)徑之比表示)通常如表1所示。從中可知電鍍金盲孔的深鍍能力較差。就電鍍金工序而言，這是由電流密度分布不均造成的。

表1 微小盲孔電鍍金的深鍍能力Table 1 Throwing power of gold electroplating for micro-via

化學(xué)鍍金無(wú)需使用電源，不存在電流密度分布不均的問(wèn)題，沉積過(guò)程中鍍液中的還原劑直接與金發(fā)生反應(yīng)。因此化學(xué)鍍液可以接觸到的位置均能上鍍。采用抽負(fù)壓的方法來(lái)提高化學(xué)鍍?nèi)芤哼M(jìn)入微小孔的能力后，化學(xué)鍍的深鍍能力會(huì)遠(yuǎn)高于電鍍。

2 微小盲孔化學(xué)鍍金工藝

選用孔內(nèi)徑分別為0.56 mm、0.28 mm，孔深均為3.0 mm的黃銅直盲孔結(jié)構(gòu)零件，對(duì)其化學(xué)鍍金的工藝流程為：超聲波除油→堿煮(NaOH 100 g/L，NaNO2100 g/L，保持沸騰，25 min)→活化(鹽酸500 mL/L，3 min)→鉻酸鈍化(CrO315 g/L，硫酸1 mL/L，孔內(nèi)光亮為止)→水洗→甩干→活化→化學(xué)鍍金→回收水洗→熱水洗(沸騰，20 min)→甩干→烘干。

采用常見(jiàn)的還原型化學(xué)鍍金液[2]：氰化金鉀2 g/L，次磷酸鈉10 g/L，氯化銨75 g/L，檸檬酸鈉50 g/L，pH 7.0 ～ 7.5，溫度90 ～ 95 °C，沉積速率3 μm/h。

2.1 常壓下微盲孔化學(xué)鍍金

在常壓下對(duì)微小孔化學(xué)鍍金2 h后，將孔沿縱向剖開(kāi)以觀察孔內(nèi)鍍金層的深度，并采用德國(guó)宏德maXXi 5型X-RAY鍍層測(cè)厚儀測(cè)不同區(qū)域的金層厚度，結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表2 微小盲孔常壓化學(xué)鍍金的深鍍能力Table 2 Throwing power of electroless gold plating for micro-via at atmospheric pressure

表3 微小盲孔不同位置的電鍍金層厚度(常壓)Table 3 Thickness of electroplated gold coating at different positions of micro-via obtained at atmospheric pressure

對(duì)比表1和表2可知，常壓下化學(xué)鍍金在盲孔內(nèi)的深鍍能力不如電鍍金。從表3可知，微盲孔常壓化學(xué)鍍金時(shí)孔內(nèi)金層很薄，并且厚度分布的均勻性很差。觀察施鍍過(guò)程發(fā)現(xiàn)，化學(xué)鍍金時(shí)有少量氣泡產(chǎn)生，并聚集在微孔口而無(wú)法排出，使化學(xué)鍍金溶液受阻而無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)深處，所以常壓化學(xué)鍍金的深鍍能力更差。

2.2 負(fù)壓下微盲孔化學(xué)鍍金

為了將孔內(nèi)的氣泡排出，在真空度為0.08 MPa的負(fù)壓下對(duì)微盲孔化學(xué)鍍金2 h，將孔沿縱向剖開(kāi)觀察，并測(cè)量不同區(qū)域的金層厚度，結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。

表4 微小盲孔負(fù)壓化學(xué)鍍金的深鍍能力Table 4 Throwing power of electroless gold plating for micro-via at negative pressure

表5 微小盲孔不同位置的化學(xué)鍍金層厚度(負(fù)壓)Table 5 Thickness of electrolessly plated gold coating at different positions of micro-via obtained at negative pressure

對(duì)比表2和表4可知，負(fù)壓化學(xué)鍍金的深鍍能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常壓化學(xué)鍍金，提高了近4.5倍。

從表5可知，與常壓化學(xué)鍍金相比，負(fù)壓化學(xué)鍍金層的深鍍能力和厚度都顯著提高。證明在負(fù)壓條件下，可以有效排除孔口聚集的氣泡，促進(jìn)化學(xué)鍍金溶液進(jìn)入孔內(nèi)，而化學(xué)鍍金溶液所到之處，均可鍍上金層。

2.3 關(guān)于負(fù)壓下電鍍的討論

負(fù)壓下化學(xué)鍍金，設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)需定制專用設(shè)備即可完成。負(fù)壓下電鍍則需要定制專用設(shè)備，故暫未進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)?？梢灶A(yù)料的是，受孔內(nèi)電力線分布的影響，對(duì)于結(jié)構(gòu)和前處理狀態(tài)相同的零件而言，負(fù)壓電鍍時(shí)的孔內(nèi)鍍層深度和厚度將低于化學(xué)鍍金。但電鍍金更適合批量生產(chǎn)，若加以研究，可能會(huì)有更大的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，但是化學(xué)鍍金較電鍍金而言，依舊存在很多缺點(diǎn)：使用條件和操作范圍窄，工藝穩(wěn)定性差；材質(zhì)表面必須徹底潔凈；鍍液壽命短，成本較高。因此化學(xué)鍍金的大規(guī)模應(yīng)用仍不夠成熟，電鍍金工藝則因穩(wěn)定性較好而早已大規(guī)模應(yīng)用。但由于試驗(yàn)條件有限，本文并未對(duì)負(fù)壓條件下的電鍍金進(jìn)行研究。待試驗(yàn)條件成熟后，可繼續(xù)就這一方向進(jìn)行研究。

[1] 張勇強(qiáng), 蔣維剛.接插件微孔深孔電鍍工藝技術(shù)[J].電鍍與涂飾, 2015, 34 (4): 189-195.

[2] 張?jiān)收\(chéng), 胡如南, 向榮.電鍍手冊(cè)[M].3版.北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2007: 543.

[ 編輯：周新莉 ]

Effect of pressure on throwing power of electroless gold plating for micro-via

LUO Hua-jiang*, LU Xian-wen, FU Ding-guo

The difficulties of gold plating for micro-via were analyzed, and the throwing power of electroless gold plating respectively at atmospheric and negative pressure was compared.The results showed that the throwing power of electroless gold plating at atmospheric pressure is worse than that of gold electroplating.After electroless gold plating at negative pressure, the ratio of gold coating length inside a via to the inner diameter of the via is up to 5.3, indicating a much better throwing power as compared with that of electroless plating at atmospheric pressure and electroplating.

micro-via; gold electroplating; electroless gold plating; throwing power; pressure

Guizhou Aerospace Electronics Co., Ltd., Guiyang 550009, China

TQ153.18

A

1004 – 227X (2017) 15 – 0827 – 03

10.19289/j.1004-227x.2017.15.007

2017–05–24

2017–07–11

羅華江（1985–），男，貴州貴陽(yáng)人，工程師，主要從事連接器電鍍方面的研究工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 402423329@qq.com。