实现LED支架镀银生产线优质低耗(15)——续光亮镀银.doc

实现LED支架镀银生产线优质低耗（15）续光亮镀银本集笔者与读者讨论，如何在本生产线上做到工艺配比如何和谐地与工艺条件协调配合。这实际上涉及到本生产线的操作实务。第一节，首先要有适合本生产线镀液配方什么叫性能优良的镀液？第一，它要有电化学基本理论的支持；第二，它要有一般挂镀的光亮镀银原理的支持；第三，它必须符合自己面对的、自动化、连续化、系统化生产线的实际条件；（尽管现实条件可能不尽如人意，是可以而且应当改进的，但是在改进之前，我们就只能从目前的实际出发）；第四，它必须服从于产品质量的要求，尤其是功能性质量的要求。笔者在（13）集，用了较大的篇幅与诸公讨论了镀液优化的一般原理与方法。在（14）集第三节和诸公讨论了本生产线光亮氰化镀银配方的特点：银含量下限不能过低，应18g/L，而上限可增加的范围却不大，在目前镀簿银的情况下，很少有36g/L的；而氰化钾的配加量，不但应高于普通镀银，而且高于一般挂镀的光亮镀银。为什么银含量下限一般应18g/L呢？首先是适应当下光亮剂的要求，银含量过低，镀层很可能不白不光亮，而且极易变色。其次，银含量过低，相应配加的KCN减少。必然影响镀液分散能力。因为（13）集中，我多次提到，氰化镀液主盐成份降低，对阴极电化学极化增加没有单盐镀液明显，而KCN含量，尤其是游离量的增加，却明显起到加强阴极电化学极化的作用。再次，银含量适当提高后，KCN也会随之增加，电流密度上限就会有较大增加，我们就可以开大电流，这样不但溶液的电导率增加，阴极极化度增加，阴极极化的绝对值也增加，这样既加强了镀液的分散能力，复盖能力更能增加。在（13）集中，还讲到氰化物镀液还有一个典型特征，即电流效率随电流密度的增加而降低。因此随电流密度的加大，支架上高低电流区镀层的厚度差会进一步缩小，也就是说镀层会更均匀。所以，我在（14）集P7页讲到：笔者虽然在15g/L浓度下镀出较好的光亮银层，但与较高浓度相比，分散能力毕竟降低，尤其是取得优良镀层的电流密度范围缩小，工艺员操作难度很大，为确保产品质量的稳定性，浓度18g/L为宜。为什么银含量上限又没有其它光亮银电镀液高呢？其它光亮银电镀，可以根据厚度的需要，其浓度可以高达45g/L，而我们生产线在镀簿银的情况下，上限有30g/L足够。因为：我们产品功能性质量要求很高，电镀时要求用尽可能高的电流密度。提高浓度就必然扩大了电流密度的上限，原来尽可能高的电流密度，就变成中等甚至是较低的电流密度。而光亮镀银的沉积效率和速度极高，所以在镀簿银的情况下，我们若把银含量配在供应商说明书的上限，则在实际电镀过程中，就很难达到质量与厚度的相统一，除非放宽厚度指标。那么，怎样才能确定本生产线的具体配方呢？主要原则是根据正镀时间和镀层厚度要求来确定。如果电镀时间过短，或者过长，与厚度要求过分不协调，工艺员就很难找到适应本生产线的工艺配方。一般来说，预镀层的厚度在0.025m0.045m的范围内。而预镀的时间是既不能过短，也不能过长的。可变动的余地极小。其厚度可变动的范围也极小。所以我们可以凭经验，把预镀层厚度确定一个估计值，例如定为0.03m。而正镀银层的厚度是随着时间的长短和电流密度的大小而变动的。用1.5A/dm2电流密度，电镀5秒钟，支架功能区，约可以得到0.095m厚度的银层。加上预镀银层，支架功能区约可以得到0.125m左右的银层。若企业把功能区平均厚度指标定在0.12m0.25m之间，则我们在选定镀液浓度时，就应充分考虑本生产线正镀的实际时间：1、若电镀时间为45秒，则：2530g/L2、若电镀时间为55.5秒，则：2225g/L3、若电镀时间为5.56.5秒，则：1822g/L当然我上面的数据只能仅供参考。因为各企业所使用的光亮剂来源不同，设备状况也千差万别。但是有一条是共同的。就是配料时，就应充分考虑到本企业的厚度指标，与本生产线光亮镀银的实际时间。如果配低了，厚度就不合格，太簿。如果配高了，厚度会过厚，造成浪费。如果开小电流，厚度虽然会降下来，但是镀层质量会下降，甚至会造成功能性指标不合格。第二节，浓度与温度、电流密度的协调笔者在（4）集，专门讲了温度对镀液电化学性能的影响，同时也讲了它对电流密度的影响。现结合光亮镀银液的特点，归纳整理如下：1、温度的升高，有利于绝大多数电解质的溶解，有利于降低镀液粘稠性，增加了带电粒子运动的动力，减少了运动的阻力，所以溶液的电导率提高。2、由于以上原因，导致浓差极化降低，同时又由于金属离子和阴极表面金属活性增强放电速度加快，导致阴极电化学极化降低。所以在同样电流密度下，镀层结晶变粗。3、由于电导率的增大，浓差极化的降低，所以电流密度的上限加大。我们通过加大电流密度的手段，就可以克服镀层变粗的问题。4、温度过高，会加快光亮剂的分解，从而加快有机杂质在溶液内的积累。温度过高也会加快有毒气体的挥发，恶化劳动环境。温度过高时镀层粗糙、疏松、不光亮，甚至表面发乌。5、温度偏低时，镀层白度下降，电流密度上限下降，生产效率降低。温度过低时镀层发黄发乌，不但外观质量差，而且功能性质量也差。因此一定要按说明书的要求，严格控制温度。本人主张，按说明书的要求，控制在中上限，甚至就在上限。因为我们镀液的浓度一般只能控制在说明书的中下限，甚至有时还可能低于说明书规定的下限。而下限的镀液浓度，配之以上限的温度，再配之以在该条件下尽可能大的电流密度，有利于取得优质的银镀层。尤其是在簿银的条件下，能取得既簿，而各项功能性指标都优良的镀层。关于电流密度，本人已写过两集，即（3）集和（11）集。建议读者一定要看。本人这里不再重复。但是就本生产线独特之处，笔者觉得有必要着重提出来，并和诸公讨论。1、本生产线光亮镀银的电流密度，要比供应商说明书上的规定的范围要小很多。而且在本生产线上若要获得优质产品，其电流密度的范围就更小。为什么呢？首先，是由于我们支架几何形状的复杂性所造成。从检测支架银层厚度可知，高、低电流区厚度相差很大，这个差别不但和几何形状有关，而且和镀液循环也有关系。我们镀槽内，镀液入槽一般都在底部，而卷带安放位置在镀液的上部。这样摆放，可以使支架的非功能区（底径）的银层镀得簿一些。这样就使得整个支架银层上簿下厚。因此在选用电流密度时，就必须同时兼顾功能区，高低不同部位的电流密度都要在合理的范围之内。这种情况，对支架高度大的，也就是卷带宽度较大的规格，尤为突出。第二，也是最主要的原因，我们的产品是电子产品的零部件，它需具备高导电性和良好的钎焊性。而我们产品到了下游用户手中，在其加工装配过程中，又需多次高温烘烤，所以又必须具备抗高温变色能力，因为银层一旦变色，其导电功能及钎焊功能几乎都会严重降低。因此支架银镀层要求有更高的晶细度、更低的孔隙率。因为孔隙中会含水分，而水分中会含有微量的电解质，而银层中又会含有微量异金属杂质。所以，只要镀层孔隙率稍高，在高温烘烤的条件下，剧烈的化学反应与电化学反应，会使银层很快腐蚀变色。同时又由于银层对与镍层来说是阴极性镀层，镍层也会快速腐蚀，很快影响银层与镍层的结合力。由于以上两点原因，所以我们必须确保支架功能区的电流密度都要在合理的范围之内，确保镀层很低的孔隙率。这样我们实际上可以使用的电流密度范围就很小了。只能选择在尽可能高这一很小的范围之内。2、在其它地方我们使用的电流密度，一般都在临界电流密度和极限电流密度之间。而对于本生产线上的光亮镀银来说，电流密度的选定还应当更进一步。应该在取得光亮镀层后，继续加大电流，在镀层刚刚出现微黄时，选取比微黄不白点稍小，镀层恢复银白光亮，并经高温烘烤后，可焊性优良这一点的电流密度。这一点是质量敏感点，电流密度极微小的变化，都会对镀层质量产生很大的影响。为稳妥起见，我们在日常操作时，实际所使用的电流密度，可以比该点再稍小一点。3、支架高度较大，俗称大带子，应使用比小带子较大的电流密度。因为它高低电流区的差异比小带子稍大。如果镀液成份，允许开比小带子稍大的大电流更好。如果不允许，那么我们必须调整镀液，稍微添加AgCN，并同时添加KCN，然后再适当加大电流密度。第三节，关于电镀时间和搅拌力度本生产线光亮镀银的电镀时间，决定于镀槽长度和阴极移动速度。搅拌的力度决定于阴极移动速度和镀液循环的力度。笔者在本集和以前都有专集讨论过。这里不再重复讨论。之所以还作为一节标题，在此列出，无非是想说明其极端的重要性。同时也强调，时间和搅拌力度与镀液浓度、温度、电流密度之间相互联系、相互作用。一般说来，工艺员总是在电镀时间、搅拌力度既定的条件下作业。只有在这两者与电镀质量发生严重不适应。通过其它技术手段难于达到目的时，才被迫对这两者作出调整。而这两者，尤其是电镀时间的调整，在本生产线上牵一发而动全身，往往需要对设备作局部、或整体的改造。这就需要有老板的积极性。各企业之间，产品质量的差异，以及产品成本的高低，从管理到技术，可以查找出许多原因，其中这两者与产品质量之间的不适应性，可能都或轻或重的存在。而解决这两者的问题，难度却很大。它不像浓度、温度、电流密度那样，只要工艺员具备丰富的实践经验，就能对存在问题做到早发现，快调整。而这两者存在的问题，可能存在多年，也不能解决。第四节，关于PH值的讨论与弱酸、弱碱镀液不同，光亮氰化镀银液属碱性溶液，而且碱度很高。所以一般在工艺书籍上介绍该镀种时，不介绍PH值的范围及如何控制PH值。即便是添加剂供应商，在其使用说明书上，其它方面都会有比较具体而又详细的说明，而唯独不介绍PH值。光亮银电镀溶液，因为其成份的不同，其碱度（PH值）也会有高低的不同。在KOH、K2CO3含量恒定的情况下，镀液的碱度，随KCN含量的提高而升高。该溶液的碱度会随着使用年代的加长而升高。因为在随着使用时间的加长，K2CO3会自然升高并积累。它是弱酸强碱盐，碱性很强。它导电导性能极强，因此镀液中存在4050g/L，对提高分散能力是很有利的。但是不能超过80g/L，尤其是不能超过110g/L，否则易造成阳极钝化，镀层粗糙发黄。该溶液也会因处理过量K2CO3，所使用的化工材料不同而使碱度增加。本来处理溶液中过量存在的K2CO3最好要用氰化钡Ba(CN)2，用它来处理镀液既不会带入，也不会生成其它杂质。但是由于Ba(CN)2价格很贵，导致有的企业不用它。而如果用CaO或者Ca(OH)2来处理镀液，就很有可能会增加溶液中KOH的含量，经多次处理后，溶液中KOH就会越来越高，它属于强碱，因此它的升高也必然会使溶液碱度升高。至于光亮氰化镀银液PH值究竟在什么范围内较为适当，很少见到有人介绍。当然业内也有人认为PH值在1112为宜。我遇到一家从业LED支架电镀超过10年的老牌企业。它的正银镀液使用期已超过10年，而且我又使用CaO处理过镀液，以降低过高的K2CO3含量。所以正银镀液PH值基本上稳定在13.5左右。而该镀液产品质量优良，而且也比较稳定。所以笔者认为PH值在1113.5的范围内，工艺员可以不必去调整PH值。但工艺员对本生产线光亮银镀液的PH值应该心中有数，因为它对镀液性能、对其它工艺条件的适用，对产品质量都有影响。1、对镀液性能的影响：PH值较高，对于银氰阴络离子来说，其结构更稳定，也更复杂，在阴极上放电速度更缓慢。因此阴极电化学极化更大。这有利于强化镀液的分散能力，在相同电流密度下，能得到更晶细的镀层。2、对镀液温度的影响：如果PH值较高，则镀液温度既不宜低于25，又不宜过高。温度过高，银层易粗糙发黄，发生这种情况，PH值较高的尤甚。3、对阴极电流密度的影响：在温度、浓度都相同的情况下，PH值较高的，在电镀时，电流密度的上限相比要低一些。如果不白发黄点过早到来，经检查电流密度正常、镀液成份也正常、温度也正常、阳极工作也正常，在这种情况下，可向镀液滴注磷酸H3PO4，每次0.3ml1ml，每次间隔数分钟，逐步加入，到颜色正常为止。滴注过程中，会产生有毒气体逸出，应注意防护。这就是说，PH值较高的镀液，在其它条件相同的情况下，电流密度的范围也稍小，工艺员操作难度会增大，但只要温度和电流密度都使用恰当，取得的镀层，一般情况下，都是优良的。第五节，阳极过程对镀层质量的影响阴极过程总会受到阳极过程的约束，我认为光亮氰化镀银尤甚。特别在功能性质量要求很严苛的情况下。从目前传统的、从事工业电镀生产企业，最流行的操作规程来看，它要求：1、要有恰当的阴、阳极（可溶性阳极）面积比。一般说来，应使银阳极溶解的量与阴极电沉积的量正好平衡，从而确保镀液银含量稳定，进而稳定电镀生产过程，稳定产品质量。至于具体的面积比，有人说，阳极面积：阴极面1:1。具体到各企业，又要看镀液的成份，其中特别是KCN含量的高低，及电流的小大而定。这一比例不恰当，会使镀液成份波动较大，槽电压波动也较大，影响电镀质量。2、使用质量较高的银板，其纯度最低要求为99.9%，一般应达到中等要求99.95%。当然能达到99.99%，那当然对于电镀质量更加有利。银板纯度不高，其必然结果是杂质含量增加，这对电镀很不利。3、阳极在镀槽内排布恰当。要与阴极主要被镀面平行；要与阴极之间保持恰当距离。4、与不溶性阳极联合使用，确保电力线分布更均匀，并使槽电压稳定在一定范围之内。5、阳极套袋，以防溶渣混入镀液。6、针对支架头部设置辅助阳极。以确保头部镀层饱满而明亮。总之银板面积过大或过小，银板表面发黑，有金属杂质化合物沉积，或造成钝化，这些都会对阴极过程产生不良影响，从而影响镀层质量。关于槽电压的讨论适当的槽电压很少有人讨论。因为在镀液成份范围已确定，阴极电流密度的范围也已确定，并确保阳极溶解和阴极电沉积基本平衡的条件下，其镀槽的正常槽电压的范围，也就基本定下来了。在正常电镀生产条件下，影响槽电压的因素：1、阳极面积，特别是可溶性阳极的面积。面积大，槽压低，反之亦反之。阳极工作失常，会影响到槽电压，如银阳极钝化，或表面被杂质复盖，或与阳极框接触不良，这些都会造成槽电压升高，这时电镀故障就会随之而来。2、溶液的电导率。若主盐浓度适当增加，或在主盐浓度不变的情况下，添加其它导电盐，都会增加溶液电导率，而使镀液电阻降低，因此槽电压降低。这种情况下的槽电压降低是有利于镀液分散能力的提高的。同时也能减少电能的消耗。但是随着溶液电导率的提高，我们又必须同时相应提高阴极电流密度，其时槽电压又可能不降反升。3、电流密度的变化。槽电压随阴极电流密度的增加而升高，反之亦反之。4、极间距。阴极与阳极距离大的槽电压高，反之亦反之。读者要问，在恒电流作业的条件下，槽电压起什么作用呢？笔者认为：1、观察电流同时观察槽电压的变化， 能使我们了解工艺配方与工艺条件各方的配合是否协调。如果一旦发生槽电压的异常，就应引起我们的重视，并查找原因。2、在相同电流密度下，槽电压较高的，镀层质量比较优良，附着力强，结晶细致。3、应对槽电压异常升高，应首先检查阳极工作是否正常，检查导电接触点，是否接触良好，其次是考虑适当降低阴极电流密度。然后要检查镀液浓度是否降低幅度过大。生产线上，光亮镀银槽电压恰当范围。这是比温度、电流密度、浓度是否适当更难回答的问题。这也是众多生产线，采用恒电流作业，而不采用恒电压作业的原因。各企业极间距有差异；阴阳极面积比有差异；联合阳极中不溶性阳极的面积又有很大的随意性；镀液配比的差异又造成其导电能力的差异；工艺人员操作习惯也有影响，有的大胆，追求尽可能大的电流；有的比较稳妥，采用中等程度的电流。由于以上种种不同，所以各企业实际槽电压也会差异较大，所以众多规程中只明确规定阴极电流密度，而不指明合适的槽电压。笔者根据本人的实践，试向读者提供如下参考意见：即在阳极面积（可溶性）：阴极面积不大于1的情况下，槽电压应控制在1.3V左右。这一参数仅供参考。我只能引起业内同仁对槽电压的重视，具体结果应视各人面对的实际而定。总之笔者认为，生产线上光亮镀银的槽电压很重要，如果它和其它工艺条件特别是和电流密度、阴阳极面积比配合恰当，对提高镀层质量能起到非常大的作用。下集预告：再续光亮镀银 1、防止银镀层不白发黄。 2、提高镀层高温抗氧化能力。李耀南手机：[phone]邮箱：543648122015年5月31日9