玻璃封接组件表面处理工艺难点探讨

江洪涛，宋路路*，徐玉娟

（中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233010）

【经验交流】

玻璃封接组件表面处理工艺难点探讨

江洪涛，宋路路*，徐玉娟

（中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233010）

探讨了玻璃封接组件挂镀时引线的导电，多种材料组合体的抛光，局部电镀时产生的置换，电镀后绝缘电阻不稳定等难题，对具体的表面处理工艺进行了总结。

玻璃封接组件；去氧化皮；抛光；绝缘；局部电镀

First-author’s address: China Electronics Group Corporation No.40 Research Institute， Bengbu 233010， China

玻璃封接组件在金属封装外壳、连接器和传感器领域使用非常广泛，主要应用在航天、航空及海洋中一些较特殊的领域。近年来，随着对玻璃封接组件的需求越来越大，在电镀过程中常常出现劳动强度大、废品率高及难以解决的电镀技术问题。

玻璃封接组件一般由底座、引线和玻璃绝缘子组成，通过玻璃将底座和引线烧结为一个整体，表面处理工艺有别于其他种类的零件，再加上受玻璃烧结质量的影响，通常电镀合格率较低［1］。

为满足玻璃封接组件在不同环境下的使用要求，设计时往往会出现一个组件上具有不同的材料，要求采用不同的表面处理技术的情况。这样就使得玻璃封接组件进行表面处理时，要解决需电镀部分的导电，挂具产生的印痕符合用户的接收条件，不锈钢高温烧结后氧化皮的去除，多种材料组合体的抛光，改善玻璃封接组件绝缘性能及局部电镀工艺等问题。

本文将针对这些问题，以3种具有代表性的玻璃封接组件（见图1）的生产实际为例，对一些具体的工艺进行探讨。图1a为馈通式连接器，主要用于石油化工领域；图1b为金属封装外壳，主要用于兵器、航空、航天领域；图1c为传感器，主要用于锂电池盖组及温度传感器控制系统。

图1 3种具有代表性的玻璃封接组件示意图Figure 1 Schematic diagram showing three types of representative glass sealed components

1 具体工艺难点及解决情况

1.1 辅助导电线制作工艺

在对玻璃烧结组件进行电镀前，必须把需电镀的引线互相连接成一个导电整体。对于如图1b所示的金属封装外壳，可采用2种方式：

（1） 用镍丝将引线点焊成整体（见图2a），电镀后切除。

（2） 用细铜丝将引线绕成一个整体（见图2b），电镀后拆除。

图2 辅助导电线的制作方法Figure 2 Method for making auxiliary lead wires

究竟采用何种方式进行导电，电镀前一定要与用户沟通好，因为采用第一种方式会使引线端面留下切口，而采用第二种方式会使零件引线部位留下印痕，并且对于引线较多的零件，劳动强度太大。因此，在选择导电方式时，应根据用户的需要，在不影响产品使用性能的情况下，采用易于操作、方便快捷的方式。

如果引线端部留下切口不影响使用，那么电镀时采用焊线的方式进行导电，可以降低电镀人员的劳动强度，提高工作效率。

1.2 不锈钢玻璃封接组件去除氧化皮工艺

可伐合金的耐腐蚀性能远不及不锈钢，因此常选择抗腐蚀能力较强的不锈钢作为底座来进行烧结。从机械加工、烧结、电镀等方面看，不锈钢与玻璃封接的工艺难度比可伐合金与玻璃封接更大，限制条件更多［2］。

不锈钢玻璃封接组件在高温链式烧结炉中烧结时，为了减少组件表面、模具和炉体氧化，一般采用将高纯液氮气化后通入炉体的方式加以保护。烧结后不锈钢零件表面会形成一层淡蓝色至鼠灰色的氧化层，它由大量的氧化物（Cr2O3、NiO、TiO2、FeO）和少量的碳化物及氮化物组成，难以去除，使不锈钢玻璃封接组件难以进行表面处理［3］。

1.2.1 机械光饰去氧化皮工艺

机械光饰法去氧化皮对于大批量生产的小型不锈钢玻璃封接组件（特别是不锈钢锂电池）是一种低成本、高效率的加工方法。但在机械光饰的过程中，容易引起零件的变形、玻璃的开裂及磨料对零件上小孔的阻塞等问题。

通过控制光饰机的转速、选用大小形状适合的磨料，可在一定程度上减少玻璃开裂及小孔的堵塞。对于小型不锈钢锂电池，常选用小于其注液孔约1/3的圆形磨粒，加入洗洁精及木屑进行光饰，光饰时间1 h。

图1c所示组件机械光饰法去氧化皮的工艺流程为：松动氧化皮→水洗→中和（10%硫酸与10%盐酸混酸）→水洗→光饰→水洗→甩干。

不锈钢松动氧化皮配方如下：

光饰处理后的效果见图3。

图3 不锈钢锂电池盖光饰后的效果Figure 3 Photo showing the button terminal of lithium battery made of stainless steel after barrel burnishing

1.2.2 化学抛光去氧化皮工艺

大部分玻璃封接组件因其形状特点，无法采用机械光饰法去除氧化皮。这是由机械光饰法无法使磨料与玻璃封接组件全面接触，引线易受撞击而变形等因素造成的。因此，常采用化学抛光的方法去除氧化皮，这样可以提高不锈钢基体的表面光洁度，但容易造成零件过腐蚀。

对于底座和引线均为不锈钢的玻璃封接组件，烧结后进行化学抛光时，必须先松动氧化皮，再对零件进行化学抛光。在化学抛光时，应少时多次，时刻观察零件每一次化学抛光后的表面状态，防止过腐蚀。

化学抛光去氧化皮的工艺流程：松动氧化皮→水洗→化学抛光→水洗→中和（30%氨水）→水洗→吹干。不锈钢化学抛光配方如下：

在该抛光液中加入一定量的甘油还可改善不锈钢基体零件的抛光质量。

为防止玻璃封接组件表面腐蚀不均匀和过腐蚀，在化学抛光时需要不停地抖动零件，避免产生的气泡在零件表面停滞而达不到抛光效果。若零件存在细、长盲孔，应在每个步骤都加强清洗，防止盲孔内残留溶液。

1.3 组合材料化学抛光工艺

组合材料的化学抛光技术一直是电镀处理中的难点。由于玻璃封接组件中底座和引线的材料不同，在进行抛光时很难同时满足这两种材料的抛光要求。

对组合材料进行抛光时应遵循的主要原则是：

（1） 必须同时满足组件上多种材料的化学抛光要求，不能使零件表面产生过腐蚀。

（2） 先对较不活泼的材料进行化学抛光，再对较活泼的材料进行抛光。

（3） 少时多次，时刻关注玻璃封接组件的表面状态。

1.3.1 底座为铁材料，引线为可伐材料

可伐材料的铁含量虽较高，但不能直接采用铁件抛光液抛光整个零件。因为经铁件抛光液抛光后，可伐引线表面往往会发黑。

对该类零件应先用铁件抛光液进行整体抛光，直至底座近乎光亮，再用可伐抛光液迅速抛光，如此交替抛光3 ～ 4次，最后把零件放入铁件抛光液中，迅速抛光至零件各部分均光亮，且无过腐蚀现象，即完成抛光。

铁件化学抛光溶液配方如下：

可伐化学抛光溶液配方如下：

1.3.2 底座为不锈钢材料，引线为可伐材料

如图1a所示的组件，其不锈钢底座需抛光，引线需镀镍金。在对零件进行化学抛光时，先用比引线直径稍小的塑料管套住引线（见图4），再使用不锈钢抛光液对零件进行抛光，这样就可以避免不锈钢抛光液对引线部位造成腐蚀。底座抛光完毕后，去除塑料管，用可伐抛光液对零件的引线进行化学抛光，以除去可伐材料表面的氧化皮，最后进行电镀。

图4 保护引线照片Figure 4 Photo showing the protection of leads

1.4 玻璃封接组件的绝缘性能

绝缘电阻是影响玻璃封接组件质量的主要因素之一，绝缘电阻越高，安全可靠性越好［4］。

许多玻璃封接组件在未电镀前满足绝缘性能要求，但经电镀生产后，往往出现绝缘电阻不稳定的现象。即便是经检验合格的玻璃封接件，放置一段时间后也会如此，这不仅造成了原材料的浪费，而且在使用过程中存在严重的安全隐患，影响了产品的安全可靠性［5］。

1.4.1 玻璃封接组件表面粘附石墨

玻璃封接组件一般采用石墨模定位后烧结。在烧结过程中，石墨很容易粘附在玻璃表面。在对零件进行电镀处理时，石墨极易上镀，从而使玻璃封接组件的绝缘电阻不稳定，甚至造成短路的现象。

因此，应选购致密性好、强度较大的石墨材料作为模具，且使用一定周期后检查石墨模具的表面状况，若出现大量石墨疏松的现象，应减少该模具的使用或报废。

在玻璃封接组件进入电镀车间前，应仔细检查烧结后的零件表面是否粘附石墨，若有石墨存在，必须用刀片将石墨刮除或通过化学方法去除石墨。

化学清洗去除石墨的配方如下：

1.4.2 玻璃封接件烧结后玻璃表面存在气孔

玻璃封接组件在烧结过程中，玻璃内部产生大量的小气泡，这些小气泡在热力作用下从玻璃内部向玻璃表面迁移并逸出。当玻璃封接件从高温区到低温区冷却固化后，常常会有未逸出的小气泡大量聚集在玻璃表面，使玻璃表面的孔隙率增大。

在对该类零件进行除油、酸洗、活化、电镀等工序时，容易使溶液中的离子吸附在这些微小的气泡中，采用常规的清洗方法很难清洗干净［5］。若没有清洗干净就进行烘干，气孔内存在的残留盐分会以结晶体的形式固化下来。由于固化后的盐分不导电，此时玻璃封接件的绝缘电阻一般满足设计要求，但随着外界环境温、湿度的变化，微小气孔吸附空气中的水分后，盐分溶解而产生导电离子，会使绝缘电阻不稳定。

因此，存在气孔或裂纹的玻璃封接组件在电镀后应增加一步中和处理（最后一步如果为酸性镀液就用氨水中和，若为碱性镀液就用稀硫酸中和），再用纯水或酒精超声波清洗15 ～ 30 min（可将玻璃封接组件中的残留盐分清洗出来），最后烘干（在120 °C的烘箱中保温4 h以上）并自然冷却。此举可在一定程度上解决玻璃封接组件表面存在气孔，电镀后绝缘电阻不稳定的问题。

1.5 玻璃封接组件的局部电镀

玻璃封接组件的引线和底座在功能上的侧重点不同：引线要求电镀层具有良好的电接触性能，底座则要求电镀层具有较强的耐蚀性能。如果采用引线和底座同步电镀的方法，镀层往往不能兼顾引线和底座的功能需求。而通过局部电镀可以很好地解决这种问题。根据零件形状及所需电镀部位的不同，需选择不同的局部电镀保护方法和电镀方式。

1.5.1 金属封装外壳的电镀方法图1b中所示的金属封装外壳的引线和底座均为可伐材料，需对其底座镀镍，对引线镀镍金。先前的电镀工艺流程为：整体镀镍→只对引线镀金→再对底座镀镍。

该工艺流程存在的主要问题是：零件整体镀镍，使镍层达到规定厚度后，只对引线镀金时会导致底座置换一层不均匀的金，若再对底座镀镍，覆盖住不均匀的金层，会使底座电镀后整体颜色不一致，影响产品外观，导致零件报废。

为了解决该问题，经试验验证，采用了新的电镀工艺流程：整体镀镍→整体闪镀金→只对引线镀金→只对底座镀镍。

该流程首先整体镀镍，使镀镍层达到规定厚度后再整体闪镀金，使底座与引线均镀上一层较均匀的金，然后只对引线部位镀金，使金层达到规定厚度，最后对底座镀镍，覆盖住零件底座上的金层。电镀完成后的效果见图5。

新的电镀方法增加了一道闪镀金工序，虽然增加了电镀成本，但使用该方法处理后的金属封装外壳，镀层表面状态一致，光亮度高，提高了产品电镀合格率。

1.5.2 馈通式连接器电镀方法

图1a所示的馈通式连接器的引线为可伐材料、底座为不锈钢材料，只需对引线部位镀镍金。

在对馈通式连接器进行电镀时，必须保护住零件的外表面及内表面，防止零件与镀金溶液接触而使其表面置换出不均匀的薄金［6］。如图6a所示，零件内表面采用耐酸碱、耐高温的聚四氟乙烯仿形模具卡住，零件外表面则用阻镀胶带缠紧，尽量避免溶液渗入胶带内，需电镀的引线用导电线（细铜线）缠绕成一个整体，然后将零件安装到专用挂具上（上挂后局部细节见图6b），最后进行电镀。

图5 金属封装外壳电镀后的照片Figure 5 Photo showing the metal packaging shell after electroplating

图6 馈通式连接器的局部保护Figure 6 Photo showing the partial protection of feedthrough connector

2 结语

本文根据玻璃封接组件的组成特点，介绍了在电镀处理过程中常出现的技术问题，并对这些问题提出了相应的解决方法。这些工艺方法提高了电镀的生产效率与合格率，防止了电镀质量问题的产生。

在对玻璃封接组件进行电镀处理时，所采用的方法应根据玻璃封接组件的材料，各组成部分的用途、形状、大小，用户使用要求等，尽量选用简便易行的方法进行操作，并且不能忽视表面处理过程中的每一个环节。

［1］ 沈涪.可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进［J］.电镀与涂饰， 2006， 25 （5）: 20-23.

［2］ 霍武德.继电器底座组采用不锈钢与玻璃的封接工艺［J］.机电元件， 2001， 21 （4）: 27-30.

［3］ 姜鹏涛， 祝捷， 颜宝锋， 等.火工品用不锈钢封接元器件真空-正压工艺研究［J］.火工品， 2010 （6）: 23-26.

［4］ 上官小红， 颜宝锋， 祝捷.玻璃金属封接件电镀后绝缘电阻稳定性研究［J］.新技术新工艺， 2008 （12）: 14-17.

［5］ 姜鹏涛， 颜宝锋， 祝捷， 等.不锈钢封接件电镀后绝缘电阻降低的处理措施［J］.电镀与精饰， 2011， 33 （12）: 21-24.

［6］ 徐玉娟， 宋路路， 江洪涛.几种连接器局部镀金的保护方法［J］.电镀与涂饰， 2015， 34 （9）: 508-509.

［ 编辑：温靖邦 ］

Discussion on difficulties in surface treatment process of glass sealed components //

JIANG Hong-tao， SONG Lu-lu*，XU Yu-juan

Some difficulties in surface treatment of glass sealed components were discussed， such as electrical conduction of leads， polishing of the components made of several different materials， replacement reaction occurring during partial electroplating， and instability of insulation resistance after electroplating.The corresponding surface treatment processes were summarized.

glass sealed component； scale removal； polishing； insulation； partial electroplating

TQ153

B

1004 - 227X （2016） 05 - 0256 - 06

2015-10-08

2016-01-11

江洪涛（1972-），男，安徽蚌埠人，工程师，主要从事表面处理工作。

宋路路，工程师，（E-mail） songlu152@163.com。