摘要：镀覆锡层的铜线应用领域很广,涉及到通信、电力电缆、电子元器件、电器和焊材等领域。结合当前情况介绍了连续线材电镀设备的工艺特点和设备特点,着重对线材连续镀锡工艺流程和电解液组成及各成分的作用及控制进行了介绍。
关键词：连续镀锡;线材;镀锡设备
引 言
由于线材产品必须保持连续生产并要保持数万米质量的一致性,故其设备、工艺和普通电镀有很大的不同。镀覆锡金属的金属芯线已广泛应用于通信、电力电缆、电子元器件、电器和焊材等领域。对线材连续电镀的工艺特征、设备制式进行了总结,并根据实际生产经验对线材连续电镀锡工艺流程和工艺条件进行了介绍。
1 线材连续电镀工艺特点和设备特点
1.1 线材连续电镀工艺特点线材电镀除了具备与普通电镀相同的共性外,还要求较厚的镀层和很高的沉积速度,因此提高产量和避免在线产品太长的方法是提高走线速度,目前一般走线速度在60～400ｍ/ｍｉｎ,电流密度高达50Ａ/ｄｍ2。因此对电镀添加剂提出了很高的要求,要求光亮剂使用的最佳电流密度为大电流密度,否则会导致高温老化后失去可焊性[1]。目前,大多数酸性镀锡光亮剂的最佳电流密度较低,很难适应线材连续电镀的要求,很难得到可焊性镀锡层。由于线材进出镀槽均系连续高速,线材上的携液量远大于普通电镀,因此应从工艺和设备两方面考虑降低其排液量。美国Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ钢铁公司和德国ＮＩＥＨＯＦＦ公司采用了瓷环密封技术大大降低了线材的携液量[2],但若线材走向与瓷环方向不垂直会导致金属锡在瓷环上结块,使得镀层偏薄,影响产品质量。
1.2 线材电镀设备特点
目前,按照走线方式主要可分为直线式、螺旋式和往复式三种。
1)直线式 线材通过镀槽是直线运行的,根据线材的入槽方式又可以分为直入式和导入式。直线式通常在一个平面上同时运行几十根线,生产规模较大,由于生产线在一直线范围内完成,故设备较长。直入式由德国ＬＰＷ公司首创,具有许多优点,但进出线仍有漏液问题,浙江工业大学在1994年研制了直入式设备并建成了8条生产线[2,3]。
2)螺旋式 线材通过镀槽是螺旋式运行的,其优点是驱动点多,线张力极小,电镀槽空间利用率高,无需很长的生产线。但只能单线生产,且由于传动件在电解液中运动,使设备可靠性下降,适用于工序、品种较少的生产规模[2]。目前,德国ＮＩＥＨＯＦＦ公司推销的连续电镀设备中就有螺旋式,主要客户是以软圆铜线镀锡、镀银为主。一些厂家为了提高生产效率和经济性采用了拉丝电镀一体化工艺,该工艺首先使用大拉机直接将铜线拉到所需的直径,然后再进行连续电镀。
3)往复式 介于螺旋式和直线式之间,制式传动简单,投资较小,主要适用于小型企业。由于在输送过程中反复弯曲 拉直 弯曲,牵引和弯曲力均由线材在驱动轮上作180°角的摩擦进行传递,所以线材始终处于高应力状态下。此外,它的电流一次分布也很不合理,很难保证镀层的同心度[2]。
2 线材连续电镀锡工艺流程及工艺条件
目前接触的线材连续电镀锡设备以螺旋式为主,因此本文探讨螺旋式设备对应的工艺。对于采用螺旋式设备线材连续镀锡工艺流程如下:
装机→拉线→电解除油→水洗→酸活化→线材连续镀锡→水洗→热水洗→抛光→收线
由于该电镀工艺线材走速很快,很容易将空气卷入电解液中,同时在工作中电解液从子槽到母槽的剧烈循环造成镀液间的撞击,以上两者都会造成泡沫过多,以及加速电解液的浑浊、老化的现象。另外由于线材走速很快,需要电镀添加剂能在很高电流密度下保持镀层厚度、性能。线材电镀完成后在拉丝过程中如果镀层结合力不好,厚度分布不均会导致漏铜现象,使产品报废。因此对电镀添加剂的抑制泡沫、抗氧化和最佳电流密度等性能提出了很高的要求。下面以乐思化学公司的ＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ2805线材连续电镀工艺为例,介绍线材连续电镀工艺的特点及其参数条件。
2.1 配方及工艺条件
甲基磺酸70～180ｍＬ/Ｌ
锡60～100ｇ/ＬＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ280550～90ｍＬ/Ｌ
ＤＥＦＯＡＭＥＲ1～2ｍＬ/Ｌ
ＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲＡＤＤＩＴＩＶＥＣ210～15ｍＬ/Ｌ
温度40～50℃
搅拌强烈、均匀
电流密度10～100Ａ/ｄｍ2
2.2 各组分的作用及控制要求
1)甲基磺酸:在镀液中提供可溶性锡盐的强酸性的稳定介质,络合作用不明显,一般游离甲基磺酸控制在100ｍＬ/Ｌ左右。
2)甲基磺酸亚锡:作为镀液中的主盐。
3)ＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ2805:可以使镀层结晶细化,扩大光亮电流密度范围,同时改善镀液的导电能力以及稳定性。
4)ＤＥＦＯＡＭＥＲ:消除由于空气夹带以及镀液循环而产生泡沫。5)ＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲＡＤＤＩＴＩＶＥＣ2:降低Ｓｎ2+氧化为Ｓｎ4+的速度,减小镀液老化速度,一般维持在50～100ｍＬ/1000Ａｈ。
3 结 论
1)线材连续电镀工艺除了具备普通电镀的共性外,还具有其它的特性:线材走线速度快,镀液容易被携带,所需电流密度高。
2)线材连续镀锡工艺相对来说比较简单,但对于镀锡设备以及电镀添加剂的要求很高。
参考文献:
[1] 罗序燕,陈火平,李冬林 铜线材电镀可焊性锡工艺[Ｊ] 材料保护,2000,33(5):20 21
[2] 姜力强,张晓忠,欧长劲,等 线材连续电镀的现状及发展趋势[Ｊ] 材料保护,1999,32(4):21 23
[3] 赵平堂 水平运动式线材电镀线[Ｊ] 电镀与环保,2001,21(6):31 32
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