摘要：钯镍合金具有较高的硬度、较低的孔隙性与良好的焊锡性且价格低廉,可作为替代金的电镀层。但钯镍合金镀层的镍含量会随着电流密度的增加而增加,镀层结晶也会随着电流密度的增加而变得粗糙,因此在使用钯镍合金进行电镀时必须充分掌握其特性。 本文通过改变电镀制造过程中的电流密度来了解钯镍合金镀层的组成与结晶状态,对钯镍合金镀层的特性作了深入的研究,对镀层质量的控制具有较大的参考价值。 关键词:钯镍合金;镀层;特性 钯镍合金的质地坚硬且具白色光泽,钯是其中最主要的成分。由于在贵金属交易的国际市场上,大多数时间内金的价格在都远高于钯,这就使得钯镍合金替代金成为电子连接器与印刷电路板的电镀材料。近年来,业界还将钯镍合金应用在IClead-frame、多层陶瓷电容器之终端装置、电池零件以及消费性金属器具上。 钯镍合金由于有镍的加入,使得其成本不仅低于纯钯,且硬度、耐磨性、低孔隙性等物理特性都优于纯钯(如表1所示)。不同镍含量的钯镍合金镀层晶格都是面心立方体(FCC),且80%的方向都是200。随着镍含量的增加,镀层的晶格也会有所变化,这是因为不同半径的2种金属原子形成合金时,半径较大的钯原子受到压缩而间距缩小,半径较小的镍原子而受到拉伸而间距增大的缘故。 本研究通过改变电镀制造过程中的电流密度来探讨钯镍合金镀层的特性,并借此了解电流密度对合金镀层沉积的原子组成与结晶状态及其相关信赖性测试结果的影响。 1·试验材料及方法 1.1 试验原料 试验使用二氯四氨钯为主盐进行钯镍合金镀层的电镀,其镀液组成为: Pd(NH3)4Cl2:35g/L;NiSO4:26g/L<;pH:8·2;Be:10g/L;温度:(50±2)℃。 镀液的pH值靠氨水来调整,试验条件为改变电流密度(5~30A/dm2),电镀时间控制在20~60s,钯镍合金的膜厚约为0.75μm。 1.2 样品分析与信赖性测试 分别用扫描式电子显微镜观察上述试验样品的镀层表面,并以X-ray能量散射能谱仪(EDX)对钯镍合金镀层进行原子组成比例分析,在测试经改变电流密度后所镀的钯镍合金样品的镀层硬度,取固定电流密度(10A/dm2)与膜厚的样品来做试验,依据MIL-STD-202F208D测其焊锡性,依据MIL-STD-833E测其润湿平衡及依据EIA-364-60测其镀层孔隙度等。 2·结果与讨论 2.1 电流密度对钯镍合金镀层的影响 由图1可知,当钯镍镀液温度固定在50℃、pH约为8.2时,改变电镀的电流密度,就会发现在低电流密度(<20A/dm2)条件下,钯镍合金镀层外观为光亮银白色且镀层致密平整;当电流密度逐渐增大(>20A/dm2)时,钯镍合金镀层外观会变成灰白色且镀层变得粗糙。这是因为电流密度越大,金属离子电解还原速度越快,再加上底材的边缘区域属高电流分布区,会使金属离子快速沉积于此。又因为存在尖端放电效应,过大的电流会造成此底板边缘区域有烧焦的现象。 用EDX去分析合金的组成,从图2可以发现,钯镍合金镀层为5A/dm2时,钯与镍的质量比为60∶40,但随着电流密度提高至20A/dm2时,其比例会变为80∶20。这是因为钯的电极电位比镍大,而当电流加大时,会加速电位高的钯金属离子还原沉积的缘故。从图3可以看到,电流密度越大,镀层镍的含量就越低,硬度也会越低。 2.2 钯镍合金的焊锡性测试 对钯镍合金(10A/dm2,0.75μm)进行焊锡测试,研究表明,当未使用助焊剂(flux)时,焊锡面积仅能达到72%,这是因为钯镍合金镀层表面生成的氧化膜会减小锡与钯镍合金的接触面积,从而降低了焊锡能力的缘故。当钯镍合金经过蒸气老化后,会加速镀层氧化膜的生成。若使用助焊剂,则可以有效地去除氧化膜。无论是否经蒸气老化,钯镍合金都有很好的焊锡性, 2.3 钯镍合金的镀层孔隙度测试 先将磷铜底材镀上厚约2μm的镍,再分别以不同的电流密度镀上钯镍合金(5、10、15、20A/dm2、0.75μm),并使用二氧化硫进行镀层孔隙度测试。 二氧化硫气体是利用亚硫酸溶液水解的方程式生成,其反应式为: H2SO3(1)→SO2(g)+H2O(1) 由测试结果可知,在上述电镀条件下,其镀层皆无任何腐蚀点产生,耐蚀性良好[5]。 3·结语 钯镍合金在电流密度为20A/dm2以下时,其电镀层致密平整,镀层外观为银白色;当电流密度过高时,则镀层结晶会变得粗糙,镀层外观呈灰黑色并有轻微烧焦现象产生。钯镍合金的组成比例也与电流密度有关,当电流密度增加时,镍的含量会减少,镀层硬度也跟着降低。 当钯镍合金镀层暴露在高温潮湿的环境下时,易生成氧化膜。若不使用助焊剂,则其焊锡性便不理想;若使用助焊剂,则即使把钯镍合金镀层经过蒸气老化,也都会有极佳的沾锡性。 |
