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表面吸附理論在電鍍技術中的應用

  一,絡合物的配位理論和添加劑的表面吸附理論在電鍍技術中的應用
  電鍍藥水中不是有了金屬離子,一通電就能在工件上析出合格的金屬鍍層的。而是要使陰極在一定的極化前提下,才能析出合格的鍍層。
  那么什么叫陰極的極化呢?金屬離子在原始的藥水中(沒有絡合劑和添加劑的藥水)有一個析出電位,當陰極上加上這個析出電位值時,金屬離子就接受電子還原析出金屬鍍層。但是析出的金屬是沒有規(guī)律的晶格,是松散的鍍層。通過加入絡合劑或添加劑,會使金屬子還原析出鍍層的電位向負方向移動,這種現(xiàn)象稱之為陰極的極化。例如:原來析出金屬鍍層的電位為-1.2伏,加入了絡合劑或添加劑以后使析出金屬鍍層的電位為-1.8伏。這說明陰極極化了,其極化的值為-(1.8-1.2)=-0.6伏。陰極極化了,使析出金屬鍍層相對難題了,需要消耗比原來較高的電能。在相對比較高的電場能下進行電析,也就是在電析時克服了一些阻力。克服了電析的難題,析出金屬(金屬離子得到電子還原的過程)的過程不那么輕易了。這種阻力,這種陰極極化,給離子還原后的排列成整潔的晶格創(chuàng)造了必要的前提。使鍍層變得細膩致密,而不是松散。我們可以調整絡合劑或添加劑的量,使陰極得到合適的極化值,直至鍍得合格的鍍層。
  二,簡述絡合劑的配位理論
  金屬離子在無絡合劑的前提下,在溶液中是很自由的,加入絡合劑后,絡合物能把中央金屬離子以配位的方式束縛起來,使金屬離子的放電行為變得不自由,增加了放電的難題,甚至改變了離子的電荷性質,由正離子轉為負離子。
  例如:兩個氰根“”與銀離子“”絡合后,由正離子轉為負離子,使它靠近陰極去放電(接受電子)變得比較難題。
  絡合物對中央金屬離子的配位絡合作用,降低了金屬離子的有效濃度,控制了金屬離子的活度,增加了陰極的極化,為鍍層晶格的細化創(chuàng)造了前提,也就是說絡合配位作用控制了金屬離子的電化學行為,控制了反應速度和電結晶過程。
  三,簡述添加劑的表面吸附理論
  加入鍍液的添加劑、表面活性劑一般是有機物。有機物有兩個特性:(1)具有電阻(2)在工件表面有較大的吸附力。金屬離子要到工件表面(陰極)去放電(接受電子還原),受到吸附在工件表面有機薄膜的阻擋(添加劑的阻擋)。原本可以還原析出的前提,由于有了有機膜的阻擋而不能還原。假如要使其還原(接受陰極的電子),就得增加陰極的電位,使陰極電位變得更負,也就是說有了添加劑的吸附作用,增加了陰極極化。假如我們把吸附在工件表面的有機膜當作成千上萬只電容器(微觀電容),金屬離子要在陰極上放電(接受電子還原),就得沖破(擊穿)這些微觀電容器,要擊穿電容器,必需增加電場能,必需使陰極電位變得更負,也就是說析出電位向負方向移動。上面說過,析出電位向負方向移動的現(xiàn)象,就是陰極極化了。
  如上所言,通過絡合物配位的方法和加入添加劑的方法,固然方法不同,理論也不同,但都能達到陰極極化的目的。既然用兩種不同的理論和方法都能增加陰極極化,很天然的,我們常常把二者結合起來同時作用于某種鍍液,使起到協(xié)同作用,增加陰極極化。所以常規(guī)的鍍液有如下幾種材料組成:
  1,主鹽。含有被鍍金屬的鹽,提供金屬離子。
  2,絡合劑。用于與金屬離子絡合配位,進步陰極極化。同時增加藥水導電能力。
  3,添加劑(包括光亮劑)。吸附在工件表面進步陰極極化。有增加藥水電阻的效應。
  4,潤濕劑。使工件表面與鍍液親潤(它常存在于添加劑中)。
  5,抗氧化劑。防止變價金屬離子氧化(它常存在于添加劑中)。
  6,晶格細化劑。它可使鍍層晶格細膩。
  電鍍工程重要的技術之一就是控制絡合劑和添加劑的濃度。假如二者含量過多,陰極極化過大,會降低陰極電流效率,降低電析速度,增加析氫量,造成嚴峻的針孔鍍層。
  四,微電子電鍍技術的特點
  1,微電子電鍍的目的是功能電鍍,為了進步可焊性,所以電鍍的是可焊性金屬鍍層。如金、銀、錫、錫鉛合金、錫銅銀合金、錫鈰合金、錫鉍合金等鍍層。
  2,微電子器件一般是塑料封裝體,為了減少電鍍藥水對微電子器件電性的影響(酸、堿的側蝕作用)。電鍍藥水宜采用機能比較柔和的烷基磺酸體系,而盡量少用強酸體系,如硫酸和氟硼酸等。
  3,跟著微電子技術的發(fā)展,微電子管的塑封體越來越小,微電子管電極的引線越來越細,塑封體小至芝麻粒大,電極引線細至0.3mm左右,引線與引線之間的間隔也不外0.3mm。在一個微電子框架上會萃著上千個管子,為了避免線間短路,控制鍍層厚度和厚度精度是相稱重要的技術指標。對鍍層的要求不宜太厚,尤其是鍍層厚度誤差精度的控制上嚴于五金電鍍。要求控制±2微米。
  4,從微電子框架的基材特性說,鍍前處理尤為重要。在用基材一般是銅基和鐵鎳合金(Ni42Fe)。Ni42Fe在焊片(D/B)、焊線(W/B)和塑封后固化的工序中極易氧化鈍態(tài)。
  所以在電鍍過程中,去氧化工序成了工藝成敗的核心題目。
  五,電鍍過程三部曲和電鍍功能工序
  1,電鍍前處理
  電鍍前處理的目的是為了使工件表面徹底干凈,為電鍍作預備。徹底干凈是指工件表面無溢料(殘膠、毛刺)、無油污染、無氧化物、表面是活化的。表面活化是指金屬表面的晶格暴露得很新鮮。以上的處理都是為了進步鍍層與基材的結協(xié)力。
  2,電鍍
  現(xiàn)在微電子器件主要是電鍍錫,以前主要是鍍鉛錫。由于鉛錫鍍層特別好焊接,但鉛元素有毒而停用。假如鍍的是錫鉛合金,則對電鍍層有五個基本技術指標。
  2.1鍍層外觀:必需是呈銀白色、灰白色,光彩平均一致,無水跡,框架無變形,塑封體烏亮,塑封體完整無缺角、無塌棱,無氣孔等缺陷。
  2.2厚度控制
  錫鉛合金鍍層 10±2微米
  純錫鍍層 12±2微米
  厚度中央值的大小和厚度誤差的合用性,由塑封體大小和電極導線(管子引出線)規(guī)格所決定。一般說塑封體越小,引線越細,則鍍層厚度和厚度誤差精度的控制越嚴要求。
  2.3錫鉛合金金比擬例控制
  對9010SnPb(90%錫10%鉛)合金鍍層,對鉛含量控制在10%,誤差±3.5%。
  2.4鍍層結協(xié)力。通過各種結協(xié)力試驗合格。
  2.5可焊性。通過爬錫試驗合格。
  3,鍍后處理
  電鍍后處理的目的是使產品清潔和干燥。用稀堿中和法除去鍍層中的殘酸,同時除去吸附在鍍層表面的添加劑有機薄膜。由于錫是兩性金屬(溶于堿也溶于酸),故通過用堿中和也起到化學拋光作用。通過清洗(或加超聲波清洗)和烘烤,得到清潔和干燥的電鍍產品。
  由以上電鍍過程三部曲的分析,電鍍工序中去溢料(殘膠、毛刺)、除油、去氧化、活化、電鍍、中和、漂洗、干燥成為微電子電鍍常規(guī)的八個功能工序。
  六,除塑封體溢料工藝流程
  目前常用的有2種方法:
  1、
  2、電解松散毛刺后用水刀去毛刺(溢料)。
  七,電鍍工藝流程
  1,掛鍍自動線
  掛架集中在線外設立的退鍍線上退鍍。
  2,高速自動線
  八,電鍍線的技術治理
  1,掛鍍自動線(手工線)的技術治理
  1.1電鍍藥水的正向控制:
  1.2用赫爾槽試驗,對赫爾樣片的分析,判定添加劑或光亮劑的量,及時調整添加劑或光亮劑。也可用表面張力環(huán)檢查添加劑量。
  1.3用比重法或其他化學分析法,控制除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的濃度。
  1.4控制或檢查各槽位的溫度,使符合規(guī)范。
  1.5控制除油槽、去氧化槽、活化槽、電鍍槽、中和槽的液位高度。這五種功能槽液位應該一致,是同樣的高度。
  1.6控制檢查逆流漂洗槽的水位。第一級漂洗槽的液位必需比主要功能槽高(掛鍍線水位落差在20mm左右,滾鍍線水位落差40-50mm),以保證掛架和滾斗全部清洗到。
  假如掛鍍槽藥水離槽口120mm(除油、去氧化、活化、中和槽液位也是離槽口120mm),則第一級漂洗槽水位離槽口為100mm,第二級漂洗水位為80mm,第三級為60mm。
  1.7用絮凝劑處理鍍液中的高價錫。在不停產的情況下,每隔1-2天,吸取鍍液100-200升,進行絮凝處理,澄清鍍液。掏出鍍液后用新配液增補,掏出的鍍液通過先模擬絮凝試驗后進行絮凝處理。清液周轉時待用。
  模擬絮凝試驗方法:取一升混濁鍍液,用移液管吸取10ml絮凝劑,在不斷攪拌鍍液的前提下,慢慢滴加絮凝劑。加加停停看燒杯上層鍍液5mm左右深度有否澄清效果。若休止30-60秒鐘,上層有顯著澄清效果,則表示已到等當量。記下加入的絮凝劑量,作為絮凝劑耗量的參數(shù)(ml/l)。用這參數(shù)作為批量混濁鍍液絮凝時的參考量。由于當絮凝劑加量不足時,藥水澄清效果不佳。但若加入過量,會把二價錫也絮凝損失掉。
  2,高速線的技術治理
  2.1做好藥水的正向控制。
  2.2做好赫爾試驗和赫爾片分析,調整好添加劑量。
  2.3用比重法和化學分析法調整好,除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的工藝規(guī)范。
  2.4稽核各槽的溫度。
  2.5稽核各泵的流量,控制好各槽的液位。
  2.6調整子槽高度,使與加工件的規(guī)格配合。
  2.7調整好上料臺的高度,使與加工件的規(guī)格配合。
  2.8調整好電流參數(shù)使與加工件的規(guī)格配合。
  2.9檢查各泵的流量、壓力,有否噴頭堵塞現(xiàn)象。
  2.10稽核鋼帶的運行速度是否符合要求。
  2.11有必要時對藥水進行絮凝澄清處理。
  九,出產線平時維護要點
  1,按照(七)電鍍線技術治理方法進行各項參數(shù)的稽核和調整,澄清鍍液。
  2,每班對電鍍線電接觸部位進行清理,保證電接觸良好。
  3,每4-5天(三班制出產),對出產線進行大清理。尤其是電鍍槽,要進行洗陽極鈦籃、洗錫球、擦極棒、洗陽極PP袋、增補錫球等工作。
  4,調整好陰陽極的面積投影,均衡電力線分布。
  5,對掛架進行整治,把分歧格的掛架剔除掉。
  6,對高速線上鋼帶的退鍍槽進行清理。清除退鍍槽中的錫泥,清理陰極板上的錫鍍層。
  7,高速線鋼帶上的夾子損壞的要及時更換。
  8,當鋼帶老化影響正常運載工件時要及時更換新的鋼帶。
  9,要每周檢查鋼帶上電刷是否磨損需要更新,同時清理電刷上的污物。
  10,每周對高速線上的子槽進行清理。
  11,每班及半途檢查噴頭是否堵塞,避免交叉污染。
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