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多層陶瓷外殼電鍍層氣泡的成因和解決措施深討
發(fā)布者：admin 時間：2016-12-16 09:43:00
摘 要：本文對多層陶瓷外殼電鍍層氣泡的成因進行了深討和分析。在實際工作的基礎(chǔ)上，提供了解決氣泡應(yīng)采取的措施。
關(guān)鍵詞：多層陶瓷外殼,電鍍層氣泡,成因和解決措施
中圖分類號：TN305.94 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1681-1070(2005)07-14-03
1 前言
多層陶瓷外殼是多層陶瓷金屬化底座和金屬零件(外引線框架、封結(jié)環(huán)、散熱片等)采用銀銅焊料釬焊而成的。而金屬化材料一般為鎢(W)或鉬(Mo)-錳(Mn)，外引線和封結(jié)環(huán)材料一般為鐵(Fe)-鎳(Ni)-鈷(Co)合金或鐵(Fe)-鎳(Ni)合金材料，散熱片材料一般為鎢(W)-銅(Cu)或鉬(Mo)-銅(Cu)合金材料。在多種材料上，要先鍍鎳在鍍金，并要保證鍍層的質(zhì)量符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，這是由一定難度的。在電鍍中一般常見的質(zhì)量問題時鍍層的起皮和氣泡問題，本文探討的是在電鍍后在外觀檢驗或高溫老煉時出現(xiàn)針尖小泡后，在電鍍生產(chǎn)工藝中應(yīng)該采取的措施。
2 多層陶瓷外殼的電鍍工藝
多層陶瓷外殼的電鍍工藝一般均為先鍍鎳后鍍金。為了保證產(chǎn)品的鍵合、封蓋、可焊性、抗潮濕、抗鹽霧等性能指標(biāo)符合要求，外殼的鍍鎳通常采用低盈利氨基磺酸鎳鍍鎳，鍍金通常采用低硬度純金(金純度為99.99%)鍍金。多層陶瓷外殼的電鍍工藝流程如下：
等離子清洗→超聲波清洗→焊料清洗→流動自來水清洗→電解去油→流動自來水清洗→酸洗→去離子水清洗→預(yù)鍍鎳→去離子水清洗→雙脈沖鍍鎳→去離子水清洗→預(yù)鍍金→去離子水清洗→脈沖鍍金→去離子水清洗→熱去離子水清洗→脫水烘干。
采用這個工藝流程可以確保外殼電鍍后鍍液的殘余量盡可能地小。
3 電鍍氣泡的成因
在多層陶瓷外殼電鍍生產(chǎn)過程中鍍層氣泡，主要是鍍鎳層氣泡，在鍍鎳和鍍金生產(chǎn)連續(xù)進行的情況下一般是很少發(fā)生鍍金層氣泡的。
鍍鎳層氣泡的原因一般與前期處理不良、前處理各工序間的清洗不夠充分有關(guān);其次，鍍鎳溶液中的雜質(zhì)過多也能引起氣泡;第三，前處理溶液使用時間過長，雜質(zhì)過多也能引起氣泡;第三，前處理溶液使用時間過長，雜質(zhì)過多，沒有及時更換，非但沒有達到前處理的目的，發(fā)呢日沾污了產(chǎn)品從而引起氣泡。 多層陶瓷外殼鍍鎳層旗袍根據(jù)分布部位與基體材料的不同，一般分為金屬化區(qū)域氣泡、引線框架和封接環(huán)氣泡、焊料區(qū)域氣泡和散熱片氣泡，由于基體材料的不同，產(chǎn)生氣泡的原因也不盡相同。
3.1 金屬化區(qū)域氣泡
金屬化區(qū)域氣泡的原因是由于鍍鎳層內(nèi)應(yīng)力較大。鎳層與底金屬的結(jié)合力不足以消除在高溫老煉時鎳層中的熱應(yīng)力，使應(yīng)力集中處出現(xiàn)氣泡。一般地說這種氣泡，在采用光亮鍍鎳時，在陶瓷金屬化區(qū)最容易出現(xiàn)。在采用氨基磺酸鎳鍍時，在陶瓷金屬化區(qū)最容易出現(xiàn)。在采用氨基磺酸鎳鍍暗鎳時，其鍍鎳層應(yīng)力較小，一般不會出現(xiàn)這個問題。
3.2 引線框架和封接環(huán)起泡
引線框架和封接環(huán)起泡是由于其表面受到沾污，不清潔，正常電鍍工藝中的前處理工藝不能去除這類沾污物，或前處理工藝不正常，造成沾污物去除不干凈，是鍍鎳層與基體金屬的結(jié)合力差，從而造成起泡。
3.3 焊料區(qū)域起泡
焊料區(qū)域起泡是由于前工序--釬焊工序在零件裝配及釬焊過程中工藝控制不嚴(yán)格，釬焊的零件不清潔，或在釬焊過程中一部分始末微粒(C)沾附在焊料表面，電鍍后在焊料區(qū)域有石墨微粒沾污的部位就會產(chǎn)生氣泡。
3.4 散熱片起泡
鎢-銅或鉬-銅作為陶瓷外殼的散熱片器材，在電鍍中很容易產(chǎn)生起皮或起泡的原因，是由于這兩種材料均屬于難鍍金屬，因此，在帶散熱片陶瓷外殼的電鍍前，必須進行特殊的預(yù)處理。
綜上所述，電鍍起泡的成因主要有：由于前工序造成的沾污引起的外殼表面不清潔，而電鍍前處理又未能將沾污物去除掉而產(chǎn)生起泡;在電鍍前處理是，各工序的溶液、時間、溫度控制不好或操作不當(dāng)都會使外殼表面的沾污物不能去除干凈而引起起泡;釬焊時外殼沾上的石墨微粒，指痕沾污等，用常規(guī)的前處理工藝是很難處理干凈的，從而產(chǎn)生起泡;正鍍鎳溶液的雜質(zhì)離子濃度隨著被鍍產(chǎn)品數(shù)量的增加而增加，使鍍鎳層的硬度增加，從而使鍍鎳層的應(yīng)力增加，引發(fā)起泡。
因此，要解決外殼電鍍鎳起泡問題，必須從前工序做起，同時，控制好前處理工藝和鍍鎳工藝。
4 解決電鍍層起泡的措施
4.1嚴(yán)格工藝衛(wèi)生
在陶瓷外殼生產(chǎn)過程中，必須對各道工序的工藝衛(wèi)生作出嚴(yán)格規(guī)定，不允許用手直接接觸產(chǎn)品，任何時候、任何情況下都必須戴指套方能接觸產(chǎn)品。
在外殼釬焊前，必須對裝配定位石墨舟及石墨零件進行嚴(yán)格清洗。在加工裝配定位石墨舟時，舟表面的石墨微粒遺留較多，為了避免石墨微粒對產(chǎn)品的沾污，必須隊石墨舟進行嚴(yán)格清洗;其次，必須對裝配定位石墨舟及其零件進行退氫處理，以減少其加工過程中石墨零件表面的其他污染物;第三，要定期對釬焊爐進行清理，清除爐內(nèi)的石墨微粒，防止?fàn)t內(nèi)的石
墨微粒沾污到產(chǎn)品上去。
在裝配時必須保證金屬零件的清潔，對所用的金屬零件和焊料進行嚴(yán)格清洗，裝配時應(yīng)戴指套進行裝配。
4.2 嚴(yán)格釬焊工藝
多層陶瓷外殼金屬零件的釬焊，可以選擇氮氣保護釬焊爐或氫氣保護釬焊爐進行釬焊，但是，采用氮氣保護釬焊爐釬焊時，氮氣的純度必須大于等于99.99%。在釬焊過程中，必須嚴(yán)格釬焊工藝，特別是釬焊爐爐溫不能過高。一般地說，在采用Ag72/Cu28焊料時，釬焊溫度不能超過950℃，時間不能超過5分鐘。這是由于溫度過高或時間過長后，焊料從固態(tài)熔化成液態(tài)時，一方面會出現(xiàn)氣化，造成焊料內(nèi)部出現(xiàn)蜂窩狀組織，降低釬焊強度;另一方面石墨微粒會侵入熔化的焊料，漂浮在焊料表面，在焊料冷卻后被焊料包裹一部分，另一部分浮在焊料面上，在電鍍前處理時無法將其去除，從而在鍍鎳鍍金后，有石墨微粒的地方就會產(chǎn)生氣泡。這種石墨微粒氣泡，是常規(guī)電鍍前處理工藝無法解決的。我們曾試圖采用氧等離子清洗，希望將石墨微粒氧化掉，但是效果并不明顯。只能用嚴(yán)格釬焊工藝來解決這一問題。
4.3 嚴(yán)格前處理工藝
外殼電鍍的前處理工藝與外殼被鍍表面的清潔性有著直接的關(guān)系，是解決電鍍起泡的關(guān)鍵。因此.一個嚴(yán)格有效的前處理工藝是解決電鍍起泡的根本保證?前面所述的前處理工藝：等離子清洗→超聲波清洗→焊料清洗→流動自來水清洗→電解去油→流動自來水清洗→酸洗→去離子水清洗，是我們多年來一直采用的成熟工藝。但是，成熟工藝也不是一成不變的，必須根據(jù)產(chǎn)品和環(huán)境情況作適當(dāng)調(diào)整。
例如，當(dāng)冬天室溫下降至0℃時，酸洗溶液應(yīng)適當(dāng)加溫或適當(dāng)延長酸處理時間以提高酸處理效果，否則，將很難去除金屬表面的氧化層。又如，當(dāng)釬焊過程中產(chǎn)品上石墨微粒沾污嚴(yán)重時，可在等離子清洗前增加一道鋸末拋光工藝，以去除石墨微粒沾污。總之，要根據(jù)產(chǎn)品和環(huán)境情況適當(dāng)對前處理工藝作出調(diào)整，以確保產(chǎn)品被鍍表而的清潔性。
在前處理過程中，還必須注意根據(jù)已鍍產(chǎn)品的數(shù)量，及時更換堿溶液和酸溶液，否則不但不能達到前處理的效果，反而會使被鍍表而沾上雜質(zhì)。
4.4 優(yōu)化鍍鎳工藝
優(yōu)化鍍鎳工藝也是解決鍍鎳起泡的措施之一，在采用低應(yīng)力氨基磺酸鹽鍍鎳時，可在正鍍鎳之前增加一道預(yù)鍍鎳工藝，這對解決金屬化區(qū)域起泡有好處。
4.5 加強對鍍鎳溶液的維護
為了保證外殼的鍍層質(zhì)最，必須加強對鍍鎳溶液的維護，要定期分析和調(diào)整溶液的各項參數(shù)，使其在工藝規(guī)定的范圍內(nèi);其次，要根據(jù)已鍍產(chǎn)品的數(shù)量，對溶液進行活性碳處理，以除去溶液內(nèi)的有機雜質(zhì);第三，要根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量情況和已鍍產(chǎn)品數(shù)量，對溶液進行小電流處理，以除去溶液內(nèi)的雜質(zhì)金屬離子，以保證鍍鎳層的純度，降低鍍鎳層的應(yīng)力，減少起泡的可能性。
4.6 鍍鎳和鍍金生產(chǎn)應(yīng)連續(xù)進行
外殼的鍍鎳和鍍金生產(chǎn)應(yīng)連續(xù)進行，以減少鍍金層起泡的發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)停電或設(shè)備故障時，一旦鍍鎳和鍍金生產(chǎn)不能連續(xù)進行時，應(yīng)將產(chǎn)品浸放在去離子水中，當(dāng)故障排除后，應(yīng)用酸溶液對產(chǎn)品進行酸洗，再用去離子水漂洗干凈后，立即進行下道工序生產(chǎn)。
4.7 帶散熱片陶瓷外殼的鎢-銅或鉬-銅散熱片預(yù)處理問題
帶散熱片的陶瓷外殼存釬焊前應(yīng)對散熱片先進行預(yù)處理，必須先鍍上一層鎳，再進行釬焊，以減少起泡的可能性。
5 討論
在多層陶瓷外殼的電鍍生產(chǎn)過程中，當(dāng)鍍鎳和鍍金連續(xù)生產(chǎn)時， -般是由于被鍍表面不清潔而造成鍍鎳層起泡;其次，當(dāng)鍍鎳溶液中雜質(zhì)離子濃度過高
時也會引發(fā)鍍鎳層起泡。因此，要解決鍍鎳層起泡問題，必須采取下述措施：
a.嚴(yán)格工藝衛(wèi)生，減少對外殼被鍍表而的污染;
b.嚴(yán)格外殼金屬零件釬焊工藝，減少石墨微粒對外先表而的沾污;
c.嚴(yán)格前處理工藝，確保外殼被鍍表面的清潔性：
d.加強對鍍鎳溶液的維護，確保鍍鎳溶液各項參數(shù)在工藝范圍內(nèi)，減少溶液內(nèi)有機雜質(zhì)和雜質(zhì)金屬離子的含量，保證鍍鎳層的純度，減少鍍鎳層內(nèi)應(yīng)力。
