电子接插件镍–磷合金中间层电镀工艺

钟方来，杨飞，叶定晓

（1.中山连创化工有限公司台州办事处，浙江 台州 300525；2.海威信电镀助剂(义乌)有限公司，浙江 义乌 322000；3.浙江温州南力实业有限公司，浙江 温州 325103）

电子接插件镍–磷合金中间层电镀工艺

钟方来1,*，杨飞2，叶定晓3

（1.中山连创化工有限公司台州办事处，浙江 台州 300525；2.海威信电镀助剂(义乌)有限公司，浙江 义乌 322000；3.浙江温州南力实业有限公司，浙江 温州 325103）

介绍了一种电子行业接触件连续电镀生产线所用的卷对卷连续工艺，其流程主要包括化学除油、阳极电解除油、活化、镀氨基磺酸镍、镀氨基磺酸镍–磷合金、选择性镀金、选择性镀亮锡、锡防变色、金封孔和烘干。说明了氨基磺酸盐体系电镀镍–磷合金中间层工艺中镀液成分及操作条件对镀层结构和物性的影响，给出了工艺维护以及杂质处理的方法。

电子接插件；镍–磷合金；电镀；中间层

1 前言

氨基磺酸镍是一种优良的电镀主盐，因其溶解度大、无污染，所得镍镀层内应力低、电镀速度快，故近年来氨基磺酸盐镀镍工艺发展较快。将其用于电子接插件镍–磷合金中间层电镀工艺，由于不存在晶界位错等缺陷，因此不会产生晶间腐蚀现象，耐点蚀的性能远比化学镍–磷合金好，而其镀层致密性、耐化学药品性、耐磨性以及电磁屏蔽性能比硫酸盐镍–磷合金镀层好，所以已广泛应用于汽车电子、航空电子、计算机电子、精密电子、化学工业等领域，尤其适用于电子行业接插件中间层的卷对卷连续电镀。

与硫酸盐体系镍–磷合金中间层工艺相比，氨基磺酸盐镍–磷合金层工艺有以下优点：

(1) 沉积速度快。氨基磺酸盐体系可以通过的电流密度为1 ～ 20 A/dm2，而硫酸盐体系只可以通过1 ～5 A/dm2。从理论上讲，在相同时间内氨基磺酸盐镍–磷合金镀层的厚度是硫酸盐电镀镍–磷合金的1 ～ 4倍。

(2) 氨基磺酸盐镀液稳定性高，所得镍–磷合金镀层有很好的柔软性，折弯后一般不易产生龟裂现象。

(3) 氨基磺酸盐镀液有很高的溶解度，常温至少溶解180 g/L Ni2+，而硫酸盐镀液在50 °C时最多能溶解100 g/L Ni2+，因此氨基磺酸盐体系适用于高浓度电镀工艺。

2 卷对卷连续电镀工艺

2. 1 工艺流程

基材以铜镀半金亮锡为例：放料—化学除油—阴、阳极电解除油—活化(5% ～ 10%硫酸，常温，2 ～ 15 s)—氨基磺酸镍(半光，4个子槽)—氨基磺酸镍–磷合金(高温，2个子槽)—选择性镀金(刷/点/喷，3个子槽)—选择性镀亮锡(4个子槽)—锡防变色—金封孔处理—烘干(100 ～ 160 °C)—收料。上述工艺流程在实际应用中有必要的水洗。

2. 1. 1 氨基磺酸盐镀镍(半光)

2. 1. 2 氨基磺酸镍镍–磷合金

2. 1. 3 选择性镀金(刷/点/喷)

2. 1. 4 选择性镀亮锡

2. 2 氨基磺酸盐镍–磷合金中间层电镀工艺

2. 2. 1 工艺条件的影响

2. 2. 1. 1 电流密度

电流密度对镀层外观无重大影响，但电流密度较小时镀层偏暗，过大时含磷量相对较低，析氢增大，亚磷酸镍以杂质形式使镀层粗糙，出现外观不均或烧焦等现象，耐蚀性与抗高温性能降低。电流密度一般控制在10 A/dm2为宜。

2. 2. 1. 2 pH

随着pH的升高，镀层耐蚀性降低，应力有所增大。pH过高时，阴极大量析氢，析出的镍的亚磷酸盐夹在镀层中，使镀层粗糙(高电流密度区尤为明显)。pH过低，则电流效率下降，但是镀层含磷量增加，耐蚀性与抗高温性能有所提高。

2. 2. 1. 3 温度

镀液温度对镀层有较大的影响。温度较低会导致镀层内应力增大，阴极电流效率以及允许的电流密度较低，沉积速度变慢，并且镀层质量变差，容易出现斑点。升高温度将提高阴极电流效率，沉积速度也会随之加快，获得的镀层更加细致光亮。但温度过高容易引起镀液中的添加剂变质，增大能耗，镀液蒸发加快，维护也变得困难。温度一般控制在50 ～ 55 °C为宜。

2. 2. 1. 4 氨基磺酸镍的含量

镀液中镍离子浓度低会导致沉积速度变慢，析氢严重。只有当镍达到一定浓度时，镍和磷才能共沉积形成合金。随着镍离子浓度的增加，一般阴极电流效率会提高，镀层含磷量也增加，耐蚀性与抗高温性能增强。但镍离子浓度过高时镀层沉积速度过快，将导致镀层粗糙，镀层中磷的含量也会下降，耐蚀性与抗高温性能随之下降。镀液中的镍离子一般控制在80 ～110 g/L为宜。

2. 2. 1. 5 磷含量

镀液中磷含量的多少对镀层外观没有明显的影响，一般都能得到光亮镀层。镀液中磷含量低于20 g/L时，随镀液中磷含量的增加，镀层中含磷量也增大，至20 g/L时逐渐趋于稳定，当高于25 g/L时，镀层中磷含量基本保持不变，镀层中磷含量为9% ～ 13%之间。

2. 2. 1. 6 硼酸

硼酸作为缓冲剂，可以稳定镀液的pH。其用量一般控制在35 ～ 55 g/L之间。

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2. 2. 1. 7 氯化镍

氯化镍作为阳极活化剂，可促进阳极的溶解，其含量过低时，氨基磺酸镍补加频繁，造成成本过高；过高则造成应力大，镀层柔软性下降。一般控制在4 ～8 g/L之间。

2. 2. 2 有害杂质及其处理

几种常见有害杂质及其去除方法见表1。

表1 常见杂质的影响及其处理Table 1 Effects of common impurities and their treatment

2. 2. 3 维护管理及注意事项

(1) 镀液的pH对磷的还原速度影响很大，应严格控制，一般用碱式碳酸镍以及氨基磺酸来调整。

(2) 要提高镀层中的含磷量，必要时可加入络合剂，将部分镍络合以防止亚磷酸镍沉淀析出，但不能太多，否则会降低电流效率。

(4) 必须使用连续过滤，必要时做小电流电解处理。

(5) 必须控制氯化镍含量，过高会影响产品的柔软性。

(6) 镍层不宜过厚(2 μm左右)，镍–磷中间合金层一般控制在0.3 μm左右，过高则折弯试验容易产生龟裂现象。

(7) 保持各工段水洗充分，防止各药水槽交叉污染，氨基磺酸镍镀液与镍–磷合金镀液也不例外。

(8) 氨基磺酸镍溶液严禁与硫酸镍混加。

2. 2. 4 镀层的性能

盐雾试验结果表明，随着磷含量的增加，镀层耐蚀性提高，抗Cl−腐蚀的能力也增强。磷含量在10% ～11%之间时，镀层的耐蚀性及抗高温性能最好。对于同厚度(2 μm)的镍层，镀有镍–磷合金层时的耐中性盐雾试验时间比无镍–磷合金层时延长8 h以上。

采用SMT回流焊机检测镀层抗高温性能时发现，镀层的抗高温性能随着磷含量的增加而提高，但均无流锡现象产生。

镀层的柔软性采用折弯试验检测。镀层折弯后无起皮、龟裂现象，说明其柔韧性良好。

4 结语

电子接插件镍–磷合金中间层已经广泛用于卷对卷电镀连续电镀，多家工厂的产品良品率都高。该工艺稳定性好、操作方便，可长期稳定使用，能解决连续电镀中高温发黑发紫的问题，提高抗盐雾能力。随着技术的不断发展，氨基磺酸盐镀镍–磷合金的应用领域将不断扩大。

Electroplating process of nickel–phosphorus alloy as medium layer for electronic connectors //

ZHONG Fang-lai*, YANG Fei, YE Ding-xiao

A continuous roll-to-roll process for electroplating production of connectors in electronic industry was introduced. The process flow includes chemical degreasing, anodic electro-degreasing, activating, sulfamate Ni electroplating, sulfamate Ni–P alloy electroplating, selective Au electroplating, selective bright Sn electroplating, anti-tarnishing for Sn layer, sealing for Au layer, and drying. The effects of bath composition and operation conditions on the electroplating of Ni–P alloy as medium layer from a sulfamate bath were described. The technological maintenance and methods for treating impurities were given.

electronic connector; nickel–phosphorus alloy; electroplating; medium layer

Taizhou Office of Zhongshan Lianchuang Chemical Industry Co., Ltd., Taizhou 300525, China

TQ153.12; TQ153.2

A

1004 – 227X (2011) 04 – 0044 – 03

2010–08–05

2010–09–14

钟方来（1980–），男，侗族，贵州镇远人，本科学历，技术开发与应用工程师，主要从事电镀工艺研究。

作者联系方式：(E-mail) zhongfanglai@yahoo.com.cn。

[ 编辑：温靖邦 ]