随着现在科技的进步,无论是军事、工业、民用的产品都对元件镀层提出更高的要求,希望能得到更均匀,更致密、高防腐性能的镀层。另外,随着黄金、铂金、银等贵金属价格的不断攀升,相关企业、单位、研究开发人员想尽各种办法,希望在提高镀层质量的同时,又能达到节约贵金属使用的目的。
但是现在人们往往只想到通过修改配方,还有修改添加剂、光亮剂等化学方法,而很少考虑通过使用脉冲电源的方式来达成目标。
先给大家看一看工件有什么不一样,上面是普通的直流电路出来的,下面是使用脉冲电源电路的,是铁的机体,都没有经过钝化的,上面的颜色都已经发黑了,下面的脉冲电镀颜色还是很光亮的。
以下通过对脉冲电镀的原理分析及相关实验数据,来给大家解释一下脉冲电镀对镀层的作用。
脉冲电镀的机理,第一我们讲镀层晶核的形成与阴极电位的关系。
纵轴过电位,横轴是电流密度,一般我们得到比较细致的结晶体我们是在这里的(红色区域),左下角这里的电流密度比较低,过电位比较低,电流密度范围比较广就是我们中间这部分,就是我们普通平时用直流电流的,电流密度比较广,如果用脉冲电镀的冲击能够达到更大的过电位,更大电流密度条件下,电镀出来的产品更加细致。就是红色这个区域就是合适的脉冲电流密度,它是不容易烧焦的。
我们下面通过Ton、Toff的作用,单脉冲比普通的直流瞬间电流大,是镀一下停一下。在电镀的过程中,阴极的金属离子充分地沉积于阴极表面,而当电流关断时,阴极附近的金属离子又恢复到初始浓度。这样周期性的大的脉冲电流的连续作用,可以实现直流电镀实现不了的极高电位下的电沉积。 正脉冲电镀镀层的优点,提高镀层的致密性、均匀性和导电率高;减少镀层的孔隙率,增强镀层的抗蚀性;减少镀层中杂质的含量,提高镀层的纯度。
我们刚才的是单脉冲的,单脉冲就是这部分。它能提高产品的致密性和结合力,但是还有负脉冲,负的电流是对于表面有毛刺,还有起球状那种把它溶解过来。就是为什么这个单脉冲的作用表层比刚才直流那个更加光滑,就是它结合力比较强,在没有钝化的情况下放的已经很久了,但是还是那么光亮。单脉冲另外一个作用就是提高渗透能力,单脉冲里面这个厚度,铜的厚度相当于外面的三分之二,如果用直流电镀的话,里面的厚度没有达到这个要求,只有三分之一。
还有这个负脉冲的作用,虽然通过正脉冲可以得到比直流电镀更致密更均匀的镀层,但是根据工件的几何形状,尖端及边缘部位通常比其他部位电位较高,导致这些部位更容易发生金属沉积,从而使其镀层厚度更厚,在一些镀件中有时高电位区厚镀与低电位区厚度比达几倍,或在选择镀中镀层由电镀区向非镀区渗透延伸,造成镀层金属特别是贵金属的极大浪费。
对于所生成的镀层可溶于电解液的那些镀种,负向脉冲起到反向退镀的作用,而工件中高电位的部分其退镀作用较其他部位大,这样通过一个高频的(通常1000HZ以上)且宽度和幅度都可调的负脉冲,使得高电位区厚度大幅减少,甚至接近低电位区,从而既可得到更好的镀层,节约了贵金属。根据一些厂家的所提供的数据测算,可节约5%~25%。
这个是刚才无氰镀铜实验,左边是直流放大10000倍、右边双脉冲放大10000倍。结论:双脉冲得到的镀层更致密,杂质更少。
直流电镀 双脉冲电镀
下面说一下双脉冲镀金实际应用,主要是电子行业。 直流多溢金,侧面比较模糊的金,脉冲溢金比较少,间隙区域比较明显,都是左边和右边都是同样的产品。大家看看最左边的这个图是用来固定,最右边这个溢金溢的很少,还有一个现在更重要的这个最右手边的位置,用来焊锡,如果用直流的话,金已经溢过去,解决溢金,功能性区域漏镍更加清晰,更有助于产品打线焊锡。非功能区域减少溢金,节约贵金属消耗,从而降低生产成本。双脉冲电源比普通直流电源镀出的产品色泽更加亮丽,色差更加均匀。 我们手机经常用的圈,现在做这个模具套过去,模具的精度也是有限的,一定要搭配双脉冲电源解决这个问题。 我们刚才对其中的一种产品做扫描跟进180倍。
左边是直流迎水面,这个双脉冲的部分,白色的是金子,比较灰黑是镍,下面红色界限下面的地方已经省下来了,把金省下来了。这个背水面,这个双脉冲的界限上边的也省了,下面的也省了。据客户的统计,做这种那边已经省了20%的金。
这种就可以用单脉冲解决。
外面镀金比较薄就可以,里面经常接触、经常摩擦,需要做得比较厚。因为这个产品外面不需要电镀,十外面直流56.6%,另外一面外面51.5%,双脉冲降下来37.86%,里面用双脉冲也能达到这个要求,外面的镀金含量都已经减少了。按照这个数据来分析,节省了20.4%的金。
直流最高点37.76%,最低点35.72%,高低差相差12.04,双脉冲最高点55.38%,最低点46.15%,高低差相差9.23%,双脉冲的厚度已经比直流的厚度都要厚,如果直流的这个厚度把它提高,按照双脉冲的基准,这个高低差拉近40.7%。
最后给大家再说一下脉冲的波形。 这是直流的波形,这个是0安,是正向的,因为直流是正向的。半正弦对过镀银,使用这种波形把最底边的厚度降低,单脉冲一通一端是正向的,这是双脉冲,大家可以通过这个图了解这种波形了。
第一种双脉冲一正一负中间没有停止,第二种双脉冲几个可以组合,中间这部分是为了解决金属离子浓度没有及时的补充过来,就是中间给了一个停顿。
我们的一个新产品集成式电镀实验工作柜,专门用来做工艺,触摸屏可通过编程实现多段波形输出,双脉冲5000HZ,0.1ms,现在市场上面有说脉冲电源一正一负都在跳动,发言完毕,谢谢大家!
以下是提问环节:
提问:显示5000赫兹的频率,这个合资频率高和低对于你膜厚的控制和溢金的效果,是不是有更好的效果?
张景文:能把高低膜厚拉近也能拉远。
提问:比如说50赫兹或者5万赫兹是不是会效果完全不一样?
张景文:比如说1千赫兹和1百的赫兹不一样,就金的距离,如果用100赫兹的话,它那个脉宽,周期就是10毫秒,如果一千赫兹的那个周期是1毫秒,10毫秒比1毫秒大10倍,10毫秒的前提下镀金的话,金很难再做到工件上面去,对于点镀来说,模具卡口位置有金结晶在那里,镀不上去,如果是1毫秒,准备镀上去非功能区的时候,怕金再往后面收,把这个离子做到功能区里面,就解决了溢金的问题。
提问:5千赫兹是实践里面得到的01毫秒?
张景文:我们现在用的比较多是1000赫兹和2000赫兹。
提问:搞贵金主电镀希望通过脉冲电路节省材料,我在课题研究当中遇到一个难题,镀银的时候,300-150烘烤就会发黄,通过脉冲电路电源改变现状,但是好像变化不大,你们做过试验吗?主要是孔吸力的问题,你以后有没有这个数据?直流电镀的孔吸力多少,有这个数据吗?
张景文:发黄是不是没有做过扫描电,就是因为有孔气往外滑溢。
提问:镀金你们用过吗?
张景文:烘烤试验没有做过。脉冲镀银现在主要提高亮度还有均度能力,反脉冲的话,负的会将亮度降低。
广州市浦立电气有限公司,生产基地在广州,办事处宁波、昆山,代理商台北、新加坡、泰国。
其实我们电镀,电很重要,但是工艺上面碰到天花板需要电源助力,张总蛮有心意,往这个方面去想,大家如果感兴趣可以找他聊一下。
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