第十章、电镀药水管理
在连接器之连续电镀,一般镀金多半使用酸性硬金浴 ( 金钴合金最多 ) ,镀镍使用
氨基磺酸镍浴,镀锡合金使用烷基磺酸锡浴。而各电镀厂所使用药水的厂牌不尽相同,
药水配方当然也不相同,但不管使用何种电镀药水,皆需要得到有效的维謢与管理,才
能确保电镀质量之稳定性,及延长药水的使用寿命。因此我们就必需要从各种电镀药水
之形成 ( 建浴或开缸 ) 、使用、保养、异常处理,一直到报废等过程,做有效的管制及
记录。以下就提供多年来管理电镀药水之经验,并以统一化来叙述管理原则,至于有关
药水的管理实务(技术)刊载于附录。
一. 建浴:
1.建浴时机:一般在下列情况时进行建浴 ( 开缸 ) 动作。
A.新设备产生的时候。
B.现有药水出现异常状况,暂时无法处理时。
C.新产品、新规格,配合客户开发特殊制程时。
D.定期保养,预作备用更换时。
E.多余药水,为减少损失、减废及备用之考虑,作适时修正建浴者。
2.建浴步骤:详细参照各厂牌 [ 电镀药水使用
] 。
A.依照建浴总量及组成量,计算并秤量所需各化学药品之数量。
B.将药槽清洗干净,必需使用纯水清洗 2~3 次以上。 ( 若是旧槽或原药槽与新药
水为不同类时,必需作特殊清洗动作 ) 。
C.确定排水阀为关闭状态之后,依照各 [ 电镀药水使用说明书 ] 规定步骤进行加
药。
D.配制完成后,必需先取样作哈式槽试验。
E.试验片若未达预期
,必需作组成份之修正,若符合则可正式进行使用。
3.资料建文件:在建浴完成后,必需编号建立数据存盘,
包含槽号、容量、组
成
份、建浴日期、建浴者、审核者、分析记录、检验记录、添加记录、修正记录、
执行者、重大处理记录等。
二. 使用:
1.生产人员必需确保电镀药水槽液量之稳定性,因会影响药水浓度。
A.尽量避免带进、带出或漏水。
B.避免大量补水,原则上一次补水量勿超过槽液量之2% ( 因考虑温度与浓度 ),
最好是增设自动添加系统,可以确保药水容量的一致性。
C.若一次须补充大量水时,必需事先知会电镀药水管理者及电镀技术者,若评估
会影响电镀质量时,务必停机处理。
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2.生产人员必需确保电镀药水不受到外界污染。
A.尽量避免镀件、工具、金属等零件掉落到药槽里,若发现有掉落情形务必立即
处理。
B.添加药品时,必需再一次确认无误后(药品、数量、药槽),方可加入药水槽。
C.当停机时,尽量避免镀件浸泡在药水中。
3.生产人员在更换水洗时,必需确保药水不被错误排放掉,通常都发生在前、后处
理药槽,而在新人操作时应特别加以监督。
4.生产人员在添加药品后或操作药水时,应有相当的记录。
三. 检验与分析:
电镀药水管理者必需依照公司之规定进行检验分析工作。
1.依照各种电镀药水而异,其中包含pH值、比重、组成份、哈式试验、不纯物测试。
2.检验分析的时机:
A.停产后的首日开机生产前,如周日休息,周一重新开机时。
B.
中已经规定之时间或日期。
C.药水修正后再确认时,如调整pH值时。
D.因变更制程而须修正药水时,如2g/L金含量改为8g/L金含量时。
E.做哈式试验或其它试验片时。
F.在药水不稳定期、追踪期或其它原因而须加强检验时。
3.检验分析频率:
A.检验分析频率之订定,必须以药水变化周期为主,也就是说在周期内药水变动
幅度不致于影响到生产质量为主。
B.若因设备或制程改变而增大药水变动幅度时,必需立即作追踪并修正频率。
4.检验分析设备及方法:
A.检验分析设备、仪器、器具必需定时作校验并记录,以确保分析之准确性。
B.检验分析方法以最精准、最迅速、成本最低为先后顺序。
C.检验分析方法应尽量参照国际或国家标准,并须实际对参照方法做过验证。
5.主管必需定期或不定期对检验人员做验证,以降低人为误差度, 特别是新进人员。
6.当检验标准 ( 控制范围 ) 有变更时,必需适时做版本修改,并详细记录变更原
由,以利于将来的追溯。
7.检验分析结果必需记录下来,包含委外分析数据,记录内容必需包含结果、正
常与否、修正记录、修正后再检验结果、执行者、日期等。
8.检验分析后,若有异常或偏离规定控制范围时,必需立即对药水作调整及修正。
9.若调整及修正幅度大到会影响生产质量时,必需与生产单位主管沟通,必要时停
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机来调整药水。
四. 药品添加:
1.例行性添加:指经过追踪后,计算出大约固定消耗量,而分批或每日添加之药品
,如光泽剂等。
2.调整性添加:指经过检验分析后,偏离规定控制范围而修正时所添加之药品。
3.秤量药品时,必需确定计算是否正确、所取药品是否正确,以及盛装容器是否干
净。
4.添加药品时,必需再一次确认药品及修正药槽无误后,方可加入。
5.药品不可直接加在子槽内 ( 镀槽 ) ,应该加在母槽内,令其搅拌圴匀。
五. 定期保养:
1.过滤:平时必需维持过滤状态,并于每周检查一次滤心,肮脏或阻塞时应立即更
换并记录。滤心筛目越小,过滤效果越好,电镀质量也会越好。
2.沉降:依照不同药水而必需进行翻槽作沉降处理。
A.翻槽时必需停机处理,故可以选择放假日进行处理,或取备用药水交替使用及
处理。
B.沉降处理完成后,必需记录下来,包含处理日期、处理量、使用药品量、处理
者、审核者、修正记录。
3.弱电解处理:依照不纯物分析或哈式试验结果,在不影响正常电镀下选择适当时
机做处理。
六. 异常状况处理:
1.当电镀药水发生异常状况,应立即停机并取样作何式试验 ( 必要时作分析 ) ,若
短时间内无法改善而且赶着生产时,应立即取备用药水或重新开缸使用。
2.若经实验可以处理改善时,应撰写
存盘或记录在药水档案中。
3.若确定无法挽救时,并经药水商确认,则执行报废作业,并探讨造成原因及撰写
报告上呈。
七. 标示:
无论是预备药水、待处理药水、报废药水皆必需给予标示清楚并区隔开来,标示内
容包含药水状态、药水名称、编号、数量、发生原因、登录日期、承办人等。
八. 耗用量与成本统计:
当每个月结束后,可根据药水添加记录表,逐项合计每一种药品、每个机台之成本
及当月所有电镀药品之总成本。而仓库盘点结果减去现埸未使用量,所得的当月消
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耗量,理论上应与添加记录表之总合量一致。
附录
一、 电镀药水的架构:
药水架构 氨基磺酸镍浴 酸性金钴浴 烷基磺酸锡浴
水 纯水
金属盐 氨基磺酸镍 氰化亚金钾、钴盐 烷基磺酸锡
导电盐 氨基磺酸镍 导电盐 烷基磺酸
阳极助剂 氯化镍 无 烷基磺酸
添加剂 缓冲剂、柔软剂 光泽剂、湿润剂
硬化剂、光泽剂、
螯合剂 起始剂、补充剂
二、 电镀药水的变化:
1. 因电镀析出而消耗:主要为金属,由阳极解离补充、或是添加补充。
2. 药水被镀件带出的损失:很明显比重下降,代表所有组成分都损失。
3. 因电解反应所产生的分解与累积:如光泽剂的分解、四价锡的产生等。
4. 因水蒸气蒸发而改变药水浓度:所有组成份含量因浓缩而上升。
5. 药水被稀释:人为疏失、水洗水带入、冷凝水带入、添加药品等。
6. 异物带入的污染:组成份的杂质、加错药、镀件工具掉入、前制程药物带入。
三、 药水管理注意事项:
1. 脱脂剂:在第四章已经详述了如何选择适当的脱脂剂,于此再补述脱脂剂的管理
及有效的使用经验。
A. 许多电镀厂在管理脱脂剂药水时,皆是测量比重为依据,不足时再补充脱脂
剂来维持其浓度。其实这个观念是有所偏颇的,原因是:当脱脂剂是完全新
液时是对的,但是一旦脱脂剂与冲压油反应后,会产生不溶的悬浮物(沉淀
物),该悬浮物不但占了一定的比重,降低了脱脂剂之有效量,而且还阻碍了
剩余有效量之除油能力。除非安装过滤系统,将这些悬浮物过滤掉,并补足
脱脂剂含量,才可以维持一定的脱脂能力,而且也可降低更换药水之频率,
达到环保的目的。最简单的方法为将原来的泵,改为过滤机泵,滤心使用 10
μm,并可藉由检视流量来评估更换滤心的时机。
B. 脱脂能力的强弱,除了浓度、温度、电解不谈以外,主要靠着脱脂剂中的强
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碱及界面活性剂。基本上强碱主要为片碱(氢氧化钠),碱度越高除油会越强,
但是容易咬伤铜素材,所以必须计算浸泡时间,及停留于空中的氧化时间。
界面活性剂主要为阴离子及非离子,固然界面活性剂越高除油会越强,但是
伴随着泡沫问题、COD问题也挺麻烦的。因此当遇到偶发的脱脂不良情况时,
可以向药水商或化工原料行单独采买,善用这二项的调配方法。
C. 再来是脱脂药水的浮油及浮渣问题,该情况未见任何一家电镀厂有在管制。
由于脱脂方式是由母槽将脱脂药水藉由泵打到子槽来处理,若浮油或浮渣也
同时被抽到子槽时,当端子脱完油脂在离开子槽溢流口时,这些浮油刚好又
披覆到端子上,反而造成脱脂不良,特别是在最后一个脱脂槽(因为后面已经
没有脱脂工段了)。因此建议脱脂母槽设计如下图,可以很容易将浮油隔离在
槽 1区,而沉淀物会被隔离在槽 1、2区。
子槽回流
排油堰
浮油(液面)
3 2 1
沉淀物
泵
脱脂母槽
D. 阳极电解脱脂药水,因为有铜解离出的问题,虽然脱脂效果较强,但是较不
稳定,建议一定要监测药水中铜离子的含量,及药水的浊度。
2. 活化酸:
A. 我们都知道铜合金底材使用稀硫酸来活化,而铁底材及镍层使用稀盐酸来活
化。原因是铜合金的氧化膜很容易破坏,而铁材及镍层的氧化膜比较难破坏,
特别是放置时间长久的镍层,因此必须使用到稀盐酸,当然也可以购卖市售
专利配方(侵蚀性较温和)。
B. 铜合金底材的活化速度是非常快的,在脱脂完全下只要数秒,甚至一秒都不
用。然而活化酸配置浓度要多少才比较恰当,除了市售专利配方的固形酸,
依照其厂家建议以外,个人建议购买 50%的硫酸,来配置 5~10%的浓度,并采
取每天换缸的方式,理由如下:
a.50%的硫酸便宜,每天换成本低廉,废液又可以拿来当污水处理的酸液。
b.使 50%的硫酸来配置活化酸比较安全,不会有放热溅起的危险。
c.硫酸浓度配的越高,素材溶下的铜会越多,一但活化酸的铜离子越高,反
而造成铜还原于素材上或是返镀的镀层上(如下图),轻者外观不良,严重者
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脱皮及造成将来的快速腐蚀。
銅 0.18g/L 活化酸浸泡 5 秒
C. 由于市售专利配方的固形酸,有的配方含有铜还原抑制剂,因此耐用度比较
好,不过个人还是建议最好先做铜还原试验比较好,确认您购买的固形酸能
够抑制多少铜离子,将来就以测比重及铜含量来管理药水。当然如果您买的
固形酸并没有铜还原抑制的功能,那就不必花冤枉钱,就用稀硫酸就可以了。
D. 有些技术者认为铜底材的腐蚀,注意喔---是腐蚀,不是氧化喔---,可以用
比较浓的硫酸或是固形酸就可以处理掉腐蚀物,这个想法是很天真。不但除
不了腐蚀物,还造成大量的铜溶入活化酸中,致使后续其它产品的电镀不良。
活化酸只能去除薄的氧化膜(氧化亚铜-红棕色),无法去除铜合金的腐蚀物
(氧化铜、氧化锡、氧化锌、铜绿⋯等)。铜的腐蚀物就如同铁锈一样,是必
须要用到除锈的方法,该法对铜来说就是化学抛光,是要使用到调和强酸。
铜材活化不掉的腐蚀物
E. 最基本的,活化酸应为透明无色液体,一旦变色(青色)应立即更换药水。
3. 氨基磺酸镍浴:在第五章已经有提供许多药水管理重点,于此再做稍许的提醒。
A. 比重控制在 32~36 波美之间,可以稳定 pH 值在 3.8~4.2 之间,减少调整 pH
的工时,也可节省氨基磺酸。
B. 建议追踪一个月以上的各组成份消耗量,可以换算为工时(Hr)、安培小时(A
‧Hr)、面积(dm2)⋯等单位,将各组成份之消耗量,依照每天(或每班)分散添
加于镍槽,如硼酸、氯化镍、柔软剂⋯等。这样管理不仅药水非常稳定,就
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因为药水稳定可以减少分析与调整的工时、药品费用,最重要还是造就了镍
层质量稳定。
C. 电镀厂每一条生产线,都一定会有数个镍槽,建议尽量所有镍槽的系统都一
致,也就说,开的是半光泽镍,就所有镍槽都开半光泽。如果要开高温镍就
全部镍槽都开高温镍,若开全光泽镍也是一样。主要的理由为便于管理,以
及避免内应力的排挤效应。
二重镍的内应力排挤 半光泽与全光泽的脱皮
D. 有关镍槽的镍离子含量,不需要用滴定法来分析(浪费时间又浪费钱),直接
测镍药水比重就可以了。理由为镍药水中 95~97%都是氨基磺酸镍,比重不够
就是代表氨基磺酸镍不够(镍离子)。
E. 建议将原来的泵,改为过滤机泵,滤心使用 1μm,可以提高镍药水过滤质量,
也可 100%确保镀槽中镍药水的质量,并可藉由检视液位高度来评估更换滤心
的时机。
F. 目前连续电镀已经几乎都是使用半光泽镍,若柔软剂的管控量,无法用仪器
来分析时,可以利用哈式槽试验来分析,建议做 3 安培 55℃二分钟,哈式片
高电流区(片子的最左方)保持 1mm 的白雾,以免柔软剂过量无法察觉。
G. 由于高温镍的伸张应力是无上限的,所以应该特别小心管控镍药水中之磷含
量,建议药水中纯磷含量(P)控制在 0.3g/L 以下最为保险。
4. 酸性金钴浴:
A. 金药水的管理很简单,只要有良好的过滤、避免杂质(镍、铁)污染、避免三
价金的产生,监测二价钴含量,以及高电流的光泽剂量的管控就可以。
B. 建议将原来的泵,改为过滤机泵,滤心使用 0.5μm 以下,可以 100%确保镀槽
中金药水的质量,并可藉由检视液位高度或流量,来评估更换滤心的时机。
C. 有关金槽的污染主要是镍,该问题已经于前几章详述多次了,这些年来看见
电镀厂努力地改善风刀及清洗工段,但结果都不尽人意。建议可以选择有除
镍能力的金药水,或是镀金前增设阻镍工段,以延长镀金药水之寿命。但无
论如何,只要污染值超标应果断处理,尽速做除镍或换缸,不要舍不得眼前
的小损失,而换来将来的大赔偿。
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D. 镀金阳极应该选用氧化铱/钛复合电极,不仅耐蚀性良好,而且具有最优秀的
电极触媒能,其氧过电压非常的小。所以在镀浴中使用为阳极时,其氧化能
力非常的低,几乎不具氧化作用,因此一价金就比较不会被氧化为三价金,
同时及化现象也可以减轻,是现在镀黄金浴中最理想的阳极。三价金的形成
后,很明显的就金含量足够,但是电镀速率变差了。此时可以使用还原剂,
将三价金在还原回一价金,一般添加量很少,必须小心添加,因为过量时会
使药水中的金极易还原于设备上,甚至在阳极或是加热器上。
E. 金药水中的二价钴应该定期分析,分析方法参考第六章。二价钴不足时镀层
会发红,过量时金的纯度会下降,阻抗、焊锡、耐蚀都会变差。
F. 过去的经验告诉我们,刷镀金药水(厚金)长时间操作下来,比重会一直上升,
原因是产速比较慢、药水带出少、添加 PGC 量大,造成钾离子的累积。加上
电镀后 pH 值的上升,为了降 pH 值须一直添加酸盐,所以比重会节节上升。
要改善的方法很简单,先将药水加热浓缩一半后,再将药水冷却到 0~5℃时,
会有很多结晶物产生(钾盐类的析出),然后将药水抽出分离即可。
5. 烷基磺酸浴:
A. 市售的雾锡浴,经过本人的实验了解,我把它分为为真雾锡浴及半光锡浴(如
下图)。雾锡浴建议尽量使用真雾锡浴,因为其镀层含碳量远低于半光锡,它
之所以会有半光效果(较平滑),也是靠着光泽剂(高碳有机物)来完成。
真雾锡浴 半光锡浴
B. 若使用半光锡浴时,尽量少用晶格细化剂(低电流走位剂),因为低电流走位
剂含量越高,很明显低电流密度区覆盖能力越好,但是锡镀层含碳量会越高,
焊锡力会越差、重熔聚缩锡会越严重。如果希望低电流走位强一点,可以降
低浴温,建议 40~45℃为最佳,同时也可以降低药水分解速度。若降温后效率
变差、高电流烧焦,可以提高锡含量来弥补。
C. 电流密度开得越高、操作的温度越高、添加剂加的越多,分解的有机物就越
多,当然锡镀层的含碳量就越多,失控时甚至含碳量比亮锡都还多。因此随
各家操作习性,必须定期翻槽做活性碳处理,就个人辅导经验半光锡约 1~2
月需要处理一次。
著作者:ALLAN CHIEN/版本: G 版/日期:2008年07月01日/页次: 10-8
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6. 锡变色防止剂:
A. 市售锡变色防止剂都是酸性,其原理是利用酸的微蚀锡镀层,所产生的极化
膜(磷化膜),来保护锡层短暂防氧化功能。由于是利用酸来咬锡镀层,轻微
咬蚀时肉眼是看不出来,但是严重咬蚀时,锡层就会产生蓝光~白雾现象。因
此必须严格控制锡变色防止剂的配置浓度、操作温度、浸泡时间三项条件,
否则就经常发生没有效果,或是咬伤锡层等问题。
B. 锡变色防止剂应该要定期换新,不要只是补充就好。因为锡变色防止剂中的
锡含量会越来越高(锡离子来自锡药水及微蚀锡层),而且甲基磺酸会与锡变
色防止剂会起化学反应,不但防变色效果变差,也会造成镀层的反效果。管
制方法可以测试锡变色防止剂中的锡含量,或是观察锡变色防止剂溶液的颜
色,正常为无色透明液。
7. 封孔剂:
A. 市售封孔剂的类别
名称 俗称 优缺点
溶剂型油膜 油性封孔剂
优点:防蚀力强、有些能助焊、不易污染药水
缺点:较不环保、成本高、易沾尘
溶剂型干膜 油性封孔剂 优点:不易沾尘、不易污染药水 缺点:防蚀弱、较不环保、成本高
水溶型油膜 水性封孔剂
优点:水制程方便、成本低
缺点:泡沫多、防蚀弱、易污染药水、易沾尘
水溶型干膜 水性封孔剂 优点:不易沾尘、水制程方便、成本低 缺点:泡沫多、防蚀弱、易污染药水
B. 若是使用溶剂型封孔剂,无论采用浸泡式或是喷雾式,其母槽构造建议如下
图,这样的结构才不会同时,将封孔剂及水一起抽上来封孔,造成封孔不良。
子槽回流
2 1
水
泵
排水阀
封孔母槽
由于溶剂型封孔剂具有切水功能,因此端子表面的水(比重 1.0),进入封孔
著作者:ALLAN CHIEN/版本: G 版/日期:2008年07月01日/页次: 10-9
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剂中会立即沉淀在母槽 1区槽底,而封孔剂比较轻(比重约 0.75)会流入母槽
2区,当泵在槽 2区抽取封孔剂时,就不会抽到水。而槽 1区可以随时排掉
槽底的水。
C. 溶剂型封孔剂的稀释剂,建议使用碳氢系环保溶剂,该环保溶剂有不同挥发
度之等级,若希望封孔膜均匀干爽可以选择快干型环保溶剂,但是就因为挥
发速度快相对使用成本较高。若使用慢挥发环保溶剂,则会有较油湿感,一
般挥发速度建议闪火点选在 30~50℃之间,就成本与效果来说最为恰当。另外
若是大面积的镀件(如壳类),可以选择快挥发的环保溶剂(闪火点约在 10 以
下),或者是使用隐型封孔剂(如下图)。
隱形封孔劑
D. 若使用水溶型封孔剂,尽量以不需再水洗为优先,怎么说呢?因为其主剂(油)
是藉由接口活性剂溶于水中的,所以也很容易被水给洗掉(冲掉),因此防蚀
效果会大打折扣,甚至无效。
E. 由于锡药水、锡变色防止剂,会渐渐带入封孔槽,与水溶型封孔剂产生化学
反应,而产生悬浮物变混浊,所以水溶型封孔剂一旦混浊后,应立即重新开
缸,以免造成反效果。
著作者:ALLAN CHIEN/版本: G 版/日期:2008年07月01日/页次: 10-10
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