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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(shí)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(jìn)行了深討和分析。在實(shí)際工作的基礎上，提供了解決氣泡應采取的措施。
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(lèi)號：TN305.94 文獻標識碼：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(xiàn)框架、封結環(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(xiàn)和封結環(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)品標準的要求，這是由一定難度的。在電鍍中一般常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題時(shí)鍍層的起皮和氣泡問(wèn)題，本文探討的是在電鍍后在外觀(guān)檢驗或高溫老煉時(shí)出現針尖小泡后，在電鍍生產(chǎn)工藝中應該采取的措施。
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(dòng)自來(lái)水清洗→電解去油→流動(dòng)自來(lái)水清洗→酸洗→去離子水清洗→預鍍鎳→去離子水清洗→雙脈沖鍍鎳→去離子水清洗→預鍍金→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(gè)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(guò)程中鍍層氣泡，主要是鍍鎳層氣泡，在鍍鎳和鍍金生產(chǎn)連續進(jìn)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(guò)多也能引起氣泡;第三，前處理溶液使用時(shí)間過(guò)長(cháng)，雜質(zhì)過(guò)多也能引起氣泡;第三，前處理溶液使用時(shí)間過(guò)長(cháng)，雜質(zhì)過(guò)多，沒(méi)有及時(shí)更換，非但沒(méi)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分布部位與基體材料的不同，一般分為金屬化區域氣泡、引線(xiàn)框架和封接環(huán)氣泡、焊料區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 金屬化區域氣泡
金屬化區域氣泡的原因是由于鍍鎳層內應力較大。鎳層與底金屬的結合力不足以消除在高溫老煉時(shí)鎳層中的熱應力，使應力集中處出現氣泡。一般地說(shuō)這種氣泡，在采用光亮鍍鎳時(shí)，在陶瓷金屬化區最容易出現。在采用氨基磺酸鎳鍍時(shí)，在陶瓷金屬化區最容易出現。在采用氨基磺酸鎳鍍暗鎳時(shí)，其鍍鎳層應力較小，一般不會(huì )出現這個(gè)問(wèn)題。
3.2 引線(xiàn)框架和封接環(huán)起泡
引線(xiàn)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(lèi)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合力差，從而造成起泡。
3.3 焊料區域起泡
焊料區域起泡是由于前工序--釬焊工序在零件裝配及釬焊過(guò)程中工藝控制不嚴格，釬焊的零件不清潔，或在釬焊過(guò)程中一部分始末微粒(C)沾附在焊料表面，電鍍后在焊料區域有石墨微粒沾污的部位就會(huì )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(jìn)行特殊的預處理。
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(shí)間、溫度控制不好或操作不當都會(huì )使外殼表面的沾污物不能去除干凈而引起起泡;釬焊時(shí)外殼沾上的石墨微粒，指痕沾污等，用常規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(zhù)被鍍產(chǎn)品數量的增加而增加，使鍍鎳層的硬度增加，從而使鍍鎳層的應力增加，引發(fā)起泡。
因此，要解決外殼電鍍鎳起泡問(wèn)題，必須從前工序做起，同時(shí)，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嚴格工藝衛生
在陶瓷外殼生產(chǎn)過(guò)程中，必須對各道工序的工藝衛生作出嚴格規定，不允許用手直接接觸產(chǎn)品，任何時(shí)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(jìn)行嚴格清洗。在加工裝配定位石墨舟時(shí)，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(jìn)行嚴格清洗;其次，必須對裝配定位石墨舟及其零件進(jìn)行退氫處理，以減少其加工過(guò)程中石墨零件表面的其他污染物;第三，要定期對釬焊爐進(jìn)行清理，清除爐內的石墨微粒，防止爐內的石
墨微粒沾污到產(chǎn)品上去。
在裝配時(shí)必須保證金屬零件的清潔，對所用的金屬零件和焊料進(jìn)行嚴格清洗，裝配時(shí)應戴指套進(jìn)行裝配。
4.2 嚴格釬焊工藝
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(jìn)行釬焊，但是，采用氮氣保護釬焊爐釬焊時(shí)，氮氣的純度必須大于等于99.99%。在釬焊過(guò)程中，必須嚴格釬焊工藝，特別是釬焊爐爐溫不能過(guò)高。一般地說(shuō)，在采用Ag72/Cu28焊料時(shí)，釬焊溫度不能超過(guò)950℃，時(shí)間不能超過(guò)5分鐘。這是由于溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(cháng)后，焊料從固態(tài)熔化成液態(tài)時(shí)，一方面會(huì )出現氣化，造成焊料內部出現蜂窩狀組織，降低釬焊強度;另一方面石墨微粒會(huì )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(shí)無(wú)法將其去除，從而在鍍鎳鍍金后，有石墨微粒的地方就會(huì )產(chǎn)生氣泡。這種石墨微粒氣泡，是常規電鍍前處理工藝無(wú)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。只能用嚴格釬焊工藝來(lái)解決這一問(wèn)題。
4.3 嚴格前處理工藝
外殼電鍍的前處理工藝與外殼被鍍表面的清潔性有著(zhù)直接的關(guān)系，是解決電鍍起泡的關(guān)鍵。因此.一個(gè)嚴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(dòng)自來(lái)水清洗→電解去油→流動(dòng)自來(lái)水清洗→酸洗→去離子水清洗，是我們多年來(lái)一直采用的成熟工藝。但是，成熟工藝也不是一成不變的，必須根據產(chǎn)品和環(huán)境情況作適當調整。
例如，當冬天室溫下降至0℃時(shí)，酸洗溶液應適當加溫或適當延長(cháng)酸處理時(shí)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，當釬焊過(guò)程中產(chǎn)品上石墨微粒沾污嚴重時(shí)，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?？傊?，要根據產(chǎn)品和環(huán)境情況適當對前處理工藝作出調整，以確保產(chǎn)品被鍍表而的清潔性。
在前處理過(guò)程中，還必須注意根據已鍍產(chǎn)品的數量，及時(shí)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(huì )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，在采用低應力氨基磺酸鹽鍍鎳時(shí)，可在正鍍鎳之前增加一道預鍍鎳工藝，這對解決金屬化區域起泡有好處。
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，要定期分析和調整溶液的各項參數，使其在工藝規定的范圍內;其次，要根據已鍍產(chǎn)品的數量，對溶液進(jìn)行活性碳處理，以除去溶液內的有機雜質(zhì);第三，要根據產(chǎn)品質(zhì)量情況和已鍍產(chǎn)品數量，對溶液進(jìn)行小電流處理，以除去溶液內的雜質(zhì)金屬離子，以保證鍍鎳層的純度，降低鍍鎳層的應力，減少起泡的可能性。
4.6 鍍鎳和鍍金生產(chǎn)應連續進(jìn)行
外殼的鍍鎳和鍍金生產(chǎn)應連續進(jìn)行，以減少鍍金層起泡的發(fā)生。當出現停電或設備故障時(shí)，一旦鍍鎳和鍍金生產(chǎn)不能連續進(jìn)行時(shí)，應將產(chǎn)品浸放在去離子水中，當故障排除后，應用酸溶液對產(chǎn)品進(jìn)行酸洗，再用去離子水漂洗干凈后，立即進(jìn)行下道工序生產(chǎn)。
4.7 帶散熱片陶瓷外殼的鎢-銅或鉬-銅散熱片預處理問(wèn)題
帶散熱片的陶瓷外殼存釬焊前應對散熱片先進(jìn)行預處理，必須先鍍上一層鎳，再進(jìn)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(guò)程中，當鍍鎳和鍍金連續生產(chǎn)時(shí)， -般是由于被鍍表面不清潔而造成鍍鎳層起泡;其次，當鍍鎳溶液中雜質(zhì)離子濃度過(guò)高
時(shí)也會(huì )引發(fā)鍍鎳層起泡。因此，要解決鍍鎳層起泡問(wèn)題，必須采取下述措施：
a.嚴格工藝衛生，減少對外殼被鍍表而的污染;
b.嚴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在工藝范圍內，減少溶液內有機雜質(zhì)和雜質(zhì)金屬離子的含量，保證鍍鎳層的純度，減少鍍鎳層內應力。
