水电镀工艺流程分析

第1節塑膠電鍍流程說明For:PC+ABS製程責任單位流程品管方法生產課|脫脂清洗溫度濃度時間|40~65℃15~25波美3~10分生產課|水洗市水連續循環|生產課|澎潤溫度濃度時間|25~40℃15~25波美30~100秒生產課|水洗市水連續循環|生產課粗化溫度濃度時間60~75℃40~50波美3~10分生產課水洗市水連續循環生產課中和溫度濃度時間25~40℃10~20波美2~8分生產課水洗純水連續循環生產課活化溫度濃度時間20~35℃8~15波美2~6分生產課水洗純水連續循環生產課速化溫度濃度時間40~55℃8~15波美2~6分生產課水洗市水連續循環生產課化學鎳溫度濃度時間30~45℃15~20波美3~8分生產課|水洗Ò市水連續循環|生產課|鍍銅溫度濃度時間電流密度|17~30℃20~35波美10~25分3~7ASD生產課|水洗市水連續循環|生產課|鍍鎳溫度濃度時間電流密度|45~65℃20~40波美3~8分3~8ASD生產課|水洗市水連續循環|生產課|鍍鉻溫度濃度時間電流密度|15~40℃1~4分6~20ASD生產課|水洗市水連續循環|生產課|下架放入烤箱承盤生產課烘乾溫度濃度時間35~50℃40~60分QC﹂IPQC根據各類產品相關檢驗規範目視外觀出貨第2節塑膠上電鍍的原理成形品（退火）（脫脂）化學溶蝕膨潤粗化化學銅鍍金化學鎳鍍金觸煤化（敏化、活化）加速化電鍍銅打底電鍍光澤銅電鍍鎳霧ˋ亮...電鍍鉻成品•上圖流程是典型的作業工程,不過省略各工程間的水洗作業。2-1脫脂當塑膠表面污染油脂時,必須脫脂。通常處理的方法是將塑膠鍍品浸在稀釋之中性非離子清潔劑中以除油。稀釋的比例為清潔劑1份,水30份到50份即可。若使用．奧野會社．所製造的清潔劑(TopcleanE),則可配成5%的溶液,加熱到400C~500C之間,浸漬5分到10分鐘後,立即用水洗乾淨即可。假使塑膠鍍品表面分常乾淨沒有上油脂,則此項手續可以省略,而直接從化學溶蝕開始。2-2化學溶蝕在進入此工程之前,有時對塑膠成形品常做退火處理或脫脂。前者是為除去成形加工時發生的內部應力.用低於材料變形的溫度以熱風或熱水處理,對電鍍後的破裂或反翹雖然有效,但對密接強度的影響較小。後者是用鹼性的脫脂劑,除去成形加工及以後附著的油類灰塵為目的。這些工程也可省略。所謂溶蝕(etching)是成形後立即,或做完上述處理後,以溶蝕液對素材表面做化學性的處理,是左右密接強度最重要工程。溶蝕液的主要成分是硫酸。鉻酸或加入磷酸的混合液。由於塑膠是疏水性(hydrophobic),為了使有親水性(hydrophilic)需使用強氧化劑,如鉻酸來破壞高分子化合物。H2SO4的作用是溶,H3PO4有助溶的作用將PC+ABS塑膠放入溶蝕劑中,其與塑膠中有關作用基即產生置換,其變化為:-CH=CH-(butadiene部份)雙鍵被切斷而形成親水性-COOH基-CH=CH-+4[O]→2-COOH-C=N-(acrylonitryl部分nitryl基)處理後形成更親水性-C--NH2基OO在高溫度硫酸溶液中作用形成親水性(styrene部分phenol)OSO3H基經過此化學溶蝕後可使塑膠表面形成穴狀的凹洞,如同經過海水溶蝕過的岩石一樣,顯微鏡下所觀察到的實際形狀,如圖1所示。2-3中和化學溶蝕後中和溶液十分重要,因在表面活化與加速劑(ancelerator)之前,必須將在塑膠表面低凹處所殘留酸除去。若殘留酸未除去,將會影響活化液及加速溶液之r安定性與使用壽命期,使用中和溶液可使試片表面殘留的C+6還原成C+3,於水洗時C+3可被沖掉。若中和不足則會使活化液分解,且化學鍍金密著性差,因此在做塑膠鍍金時,須掌握中和時間。中和劑的選用十分重要,如採用不適當的中和劑將無法使化學沈積鍍膜的引發順利進行。2-4活化處理活化工程(activetreatment)包括敏化(sensitizing)及活性化(activating)之處理。(1)敏化作用敏化的處理是在塑膠表面產生許多毛細孔使之接受一連續和黏著的金屬薄膜,使其能勝任電鍍時載荷電流的許多工作流程中最重要的一環。塑膠的化學沈積作用對敏化處理來講是十分重要的,亦是關鍵性的步驟,因此有理由把這種處理的反應機構認為是引發金屬開始沈積於塑膠表面上的一種微粒核心的吸附。有人把敏化劑的作用認為是沈積反應的引發,並可以促進鍍膜的均勻作用,亦有人認為敏化劑可大大的促進沈積物形成的速度,並且增加沈機能力,同時還可增大金屬鍍膜對塑膠的結合力。敏化劑又是一種還原劑,對於非極性表面的塑膠來講更具有技術意義,當敏化劑附著再塑膠的表面上時,期可以把化學鍍金中的催化金屬鹽離子還原而使其成為一單分子的鍍膜,所以敏化劑的主要作用是加速塑膠之類的表面上沈積反應的引發。氯化亞錫(即SnCI2二氯化錫)是最普通使用的一種敏化劑原料,其他敏化劑尚有酸性或鹼性的錫鹽溶液,鈦、鋯、釷的化合物亦可做為敏化劑的材料。但目前為止,二氯化錫還是最有效最常用的敏化劑材料。在配製敏化劑時,通常要加入鹽酸於溶液中以防止水解作用,因為氯化亞錫的鹽溶液於水之中會生成鹹式的Sn(OH)C1使溶液十分混濁的反應如下:SnCI2+H20Sn(OH)CI+HCI過量當加入鹽酸HCI於溶液中之後,則溶液中的氫氧根(OH-)之濃度就會降低,於是就減少Sn(OH)C1生成的機會。另一方面為了保持錫離子在溶液中為Sn+2的狀態,應在溶液中加入錫陽極來處理之。敏化液係由SnC12,與HCI配合而成,SnC12的濃度可在1克/升~200毫克/升之間,HCI的濃度可在1毫升/升~200毫升/升之間。例如表(二)SnC12具有很強的還原性質,但難溶於水,因此必須先將SnC12放入HCI中加熱,使之完全溶解,而後加水稀釋到1升。經化學溶時後的塑膠再放入敏化溶液中則溶液內[SnC14]-2之離子形成還原性S+2被吸著在ABS塑膠上,而產生如下式之反應:Sn+2+2R-COOH在溶液中加入適量的添加劑,據說其效果可以改善化學鍍膜的均勻性。脂肪族(aliphatic)的醇類亦可添加到溶液中。在生產上敏化劑的壽命,如果能夠機巧的調整約為兩個星期左右。此種溶液需要間歇性的過濾,如果隔夜之後溶液的表面上將出現一層白色的膜層,為了防止污染塑膠的表面要立即將其除去。大氣中的氧會逐漸地把溶液中的二價錫Sn-2氧化為四價錫Sn+4,這種反應甚至在溶液不工作時亦在進行著,具體的防止方法是加入錫陽極來局部阻止這種化學作用,這樣基本上就將溶液的工作壽命提高到50%。Sn+2H+R-COOR-COO(2)活化作用此項處理,在給予非導體的塑膠表面一層很薄而具催化性的金屬膜。因為經敏化後的塑膠零件,為了要加快在化學鍍金時將其相對應的金屬鹽類還原,即是說為了保證還原作用的快速和均勻,必須使塑膠經敏化後的表面再吸附一層催化層的金屬微粒,所以活化處理的過程是「播晶種」之意,即．英文．稱為“Seeding”。由於敏化後的塑膠表面已附著一層二氯化錫的還原劑,當洗滌後將之浸入活化溶液之中,此時的二氯化錫將活化劑中的催化鹽的催化金屬離子還原而使其緊緊的吸附在塑膠的表面上,而形成一單分子活化的催化金屬膜。例如在化學鍍銅時,必須加活化劑來加強氧化還原的推動力,活化劑的種類有許多種,其溶液中的酸成份十分重要,因其影響到鍍膜的黏著力,這也許是由於同離子效應之故。活化劑可以使用很長的時間,甚至達到一個月以上,但必須經常分析和調整酸的成分。所使用的原料應為純的化學劑,溶液中最重要的成份為催化金屬鹽和氯離子的濃度。活化液主要成分為PdCI2及HCI(配法如前)其成份組成如表(三)。PdCI2及HCI(aq)中形成[PdCI4]-2離子,敏感化處理後的塑膠,再浸入活化性化溶液內,則產生不均等化學反應,在ABS塑膠之凹洞內,出現了金屬鈀(Pd0)微粒子,反應式如下:Pd+2+Sn+2Pd0+Sn+4觸煤活性極強的金屬粒子(在此止Pd0)均勻分佈在塑膠表面上。此鈀(Pd0)微粒即為化學銅或化學鎳液中開始產生還原作用時之良好觸煤,也是促進產生均勻銅、鎳皮膜之最佳觸煤。目前之活化處理是將敏感性及活化性併為一個步驟處理,一般稱之為Morbon處理方法,不僅可以節省時間,而且有可以應用自動化之設備上,原理與上述相同,溶液組成如表(四)。做為觸煤化的新方法已開發錫鹽-鈀鹽的混合液與使用弱酸或鹼未促進劑的方法。也就是使用對錫或鈀膠凝體層發生保護膠凝作用的錫鹽、鈀鹽混合溶液。這種膠凝體在塑膠表面容易吸著,可防止化學鍍金後發生粗糙。觸煤活化處理相當重要,活化過度在塑膠表面有太多Pd0金屬微粒則易形成粉狀之鎳或銅皮膜。活化不足,鍍膜吸附不強易生麻點。活化液管理亦非常重要,不可有C+6混入及灰塵的沾污。NaOH(aq)中和或HCI(aq)中和觸煤活化處理後使二價錫環繞著鈀而呈凝膠(Collioiid)狀態懸浮於溶液中,如下圖。此種方法的優點使敏化與活化一次完成,但過量的Sn2+將殘留在塑膠上需以稀鹽酸或aOH(aq)來中和,將塑膠表面之錫鹽及Pd週圍的Sn+2消除,以獲得十分光滑的外觀鍍膜。2-5加速化作用加速化劑(accelerator)目的使附著於塑膠表面的Pd變為活性的金屬Pd，充份達到催化化學鍍金的金屬快速均勻附著於塑膠表面之效果。（1）化學銅鍍金化學銅.英文.名稱是“Chemicalcopperplating”或“electrolessdepositionofcopper”。在目前仍然有許多塑膠電鍍工廠使用這種技術來沈積導電薄膜。特別是電子工業迅速,在印刷線路技術的需求下,促使銅的化學沈積受到重視，化學銅由於是在低溫之下,促使銅的化學沈積受到重視,化學銅由於是在低溫之下的一種自動催化的還原過程，所以比較其他化學法使塑膠表面金屬化的技術具有不少的優點。例如對於銀來講，其不僅成本高，而且具有「遷移」的現象。而對於鎳的化學沈漬物來講，亦存在某些不夠理想的缺點，例如具有較差的烙銲性(solderability)和導電性，很高的接觸電阻，和在較高的溫度下才可沈積等現象。所以除了某些工業發展的國家外，特別是在.亞洲.地區，目前仍然多數採用沈積化學銅的方法打底，因為這種溶液如果善於調整和補充其成份，可以將其壽命延長到數個月。有關化學銅的操作必須注意到其工作的循環次數，沈積層的光滑性、導電性以及穩定性，單位體積所處理的表面積等。隨著塑膠電鍍技術的發展，化學鎳應是一種發展的新方向，不過這種技術需要價錢頗貴的觸媒化(catatlyst)處理來輔助，加上化學鎳的成本亦貴過化學銅，對於競爭商場來講，這種技術目前仍受條件的限制。但對於化學銅來講，如果配方不當，一次工作之後就會馬上分解。以上的論述是針對自配的溶液而言，因為向化學公司購買成品溶液中，多數加午許多添加劑，所以難於產生分解的現象。對於任何化學鍍金的溶液，其中必須存在有金屬離子。如果為了把這種金屬離子還原為其相對應的金屬，則必須助於還原劑的加入。由於銅還原劑的還原電位(reducingpotential)不足夠還原銅的金屬離子，這就要求藉助於催化劑的輔助。而這種催化劑的催化作用是將工作物表面進行活化。對於化學銅溶液必須小心控制，平常半天就要依經驗調整一次，而每天亦要做一次分析工作，這樣才可保持其成分正常，穩定性高和壽命長。工作時要求對溶液進行連續或間歇性的過濾，通常是使用2~毫厘(micron)的濾布，這樣才可以把溶液中的雜質微粒(特別是銅微粒和灰塵)充份除去，如果銅微粒存在於溶液中的會形成為結晶中心，因而促使溶液很快的分解。所使用的化學銅溶液其還原劑的濃度應該盡量將之降低，雖然其濃度增大時可以略為增高其沈積速度，但缺陷在於其自發分解(spontaneousdecomposition)的可能性增大。還原劑的數量必須不斷補充之。對於化學銅沈積的機構，以下面