化镍浸金焊接黑垫之探究与改善

化镍浸金焊接黑垫之探究与改善
化镍浸金焊接黑垫之探究与改善

化镍浸金焊接黑垫之探究与改善

TPCA技术顾问 白蓉生

本文原载于TPCA会刊第十五期

一、化镍浸金流行的原因

各种精密组件组装的多层板类,为了焊垫的平坦、焊锡性改善,焊点强度与后续可靠度更有把握起见,业界约在十余年前即于铜面逐渐采用化镍浸金(Electroless Nickel and Immersion Gold;EN/IG)之镀层,作为各种SMT 焊垫的可焊表面处理(Solderable Finishing)。此等量产板类有:笔记型计算机之主机板与通讯卡板,行动电话手机板,个人数字助理(PDA)板,数字相机主板与卡板,与摄录像机等高难度板类,以及计算机外设用途的各种卡板(Card,是指小型电路板而言)等。据IPC的TMRC调查指出ENIG在1996年只占PCB表面处理的2%,但到了2000年时却已成长到了14%了。以台湾量产经验而言,1000l之化镍大槽中,单位操作量(Loading Factor)已达1.5ft2/gal (360cm2/L),工作忙碌时两三天就需要换槽。ENIG之所以在此等困难板类大受上下游欢迎的原因,经过深入了解后计有下面四点:

图1.此为Errison著名手机T-28之HDI六层板(1+4+1),线宽3mil

雷射盲孔5mil,其基频区共装了一颗mini-BGA及4颗CSP,其

Via in Pad之垫径仅12mil左右,是1999被Prismark推崇的明星

机种。初上市时售价台币两万六,由于竞争激烈及电磁波太强,

2001年已跌价到了999元,灾情之惨重岂仅是唏嘘慨叹而已。

1.1 表面平坦好印好焊,小型承垫独领风骚

当板面SMT的细长方形、或圆形、或方形之焊垫越来越多、越密、越小时,熔锡与喷锡处理垫面之高低不平,造成锡膏印

刷不易与零件踩脚困难,进而造成热风或热氮气熔焊(Relow)

品质的劣化。此与十余年前盛行的通孔波焊,或后来垫面还够

大时的锡膏熔焊等皆大异其趣。彼时之垫面喷锡处理,无论在

焊锡(Solderablity)或焊点强度(Joint Strength)方面,

均非其它可焊处理之所能望其项背。良好的ENIG平均可耐到3

次的高温焊接,目前也是浸银或浸锡处理所无法相提并论的。

图2.由于微小球垫上ENIG之焊接不太可靠,加以黑垫又常发生,逼得

组装者对该等难缠的CSP微垫只好改采OSP皮膜,板价不断下降,做

法反倒更难,如此HDI高科技有何荣耀可言?甚至业者还将之改成

Super Solder 先上焊料,更是大材小用其心良苦。

然而如今手机板上所装的多颗mini-BGA或CSP,其众多微

垫之焊接,不但让组件商与组装者心惊胆跳,PCB业者更是草木

皆兵闻 退 变色(品质不佳退货赔偿)。目前手机板上一般行情

的CSP(此芯片级封装品系指垫距Pitch在0.8mm以下之BGA),

其圆型承垫之Pitch仅30mil,而垫径更只有14mil而已;而且

小型QFP长方焊垫的垫宽更已窄到了只有8mil,如此狭小垫面

上所印的精密锡膏,如何能容忍先前喷锡的高低不平?

均匀平坦的可焊处理层,当然不是只有ENIG而已,曾经量

产者尚有OSP有机保焊处理,浸锡处理(Immersion Tin;最近

已出现量产之规模,后效如何尚待观察),化镍浸钯金处理,

甚至化学浸锡或化学锡铅等处理。其中除了OSP外,其它多半

由于制程不稳或后患太多而无法成其气候,实务上当然根本不

是化镍浸金的对手。且OSP的耐久性与抗污性又不如化镍浸金,

而免洗锡膏中活性甚弱的助焊剂,是否在焊前瞬间能及时除去

OSP之老化皮膜,而能顺利沾锡焊妥者亦大有问题。

图3.左为三四年前赫赫有名计算机心脏CPU,其FC式P-3封装载板腹底植针焊接之基垫情形。中为

较后版本的P-3载板腹面已完成植针与18颗解耦合电容器SMT焊接之画面。右为功能更强面积更小的P-4,其尚未植针与焊接电容的腹面。注意,此等FC载板之覆晶正背面中央,小小立锥之地竟然挤进400-1000颗的焊锡凸块,做为大号芯片的颠覆焊紧作用。于是双面ENIG之皮膜,共经正面印膏与熔成凸块,下游客户的覆晶焊接,及腹面焊接植针与电容器的贴焊等;至少须经三次以上的高温考验。任何毫厘疏失所造成的恐怖后果,绝不是割地赔款所能善罢甘休的。当然其ENIG动则弃槽之严酷管理,也只有这种单价5-9美元的量产载板才能玩得下去。此低单价高阶品的量产,早已不是养尊处优吃香喝辣的老外们所能染指,吃苦耐劳的台湾人,才正是价廉物美计算机普及的幕后功臣。

除了上述的一般焊接外,ENIG之垫面当然也可做为FC封装

板的球脚之植球基地,或锡膏成半球后的凸块(Bump)承垫。

1.2 垫面之接触导通一向优异别无分号

手机板除需零件焊接外,有些垫面还要执行摁键导通,黄

金不生锈正是Contact Connection的最佳候选。手机板的此种

摁键(Key Pad)做法,与LCD-TFT模块板上的ACF压着垫等不管

是直接布局在主板上,或是另采极薄的双面硬板或软板之搭配

主板,其触垫表面一律都要电镀镍金以降低其接触电阻。如今

高难度的HDI手机板在供过于求下,身价早已低落到了便宜的

商品,该等原先之正规电镀处理,也只好降格为一次级的化镍

浸金了。

图4.左为十年前业界所生产给Notebook用的LCD模块双面板,水平面上下共装16颗驱动IC,

垂直用5颗IC 。全板ENIG线宽与垫宽仅4mil,平行密集的跑线达五、六百条之多。此种板颗

现已改成纵横两长条形多层板(如上右图),但仍采 ENIG 做为ACF压着导通之皮膜。

尤有甚者ENIG还可当成某些低价多层板上插拔动作的金手指用途,虽非合规之正道,但却也聊胜于无。许多低成本DRAM 狭长卡板上无斜边之金手指,即采用此等 仿冒品式 的作法。

价码挂帅的各种商品,一切只好从简。

图5.此为现行热门LCD-TFT背光显示模块中长条多层板的一小段,其TAB所装驱动IC之外脚,须采ACF或传统焊接法,与此板之密集承垫完成互连,是目前业者的另一项ENIG的主力产品。

图6.此为计算机主机板上插接用的DRAM卡板。早期工序采电镀镍金,现已降格改为廉价的ENIG制程,狗尾续貂情非得已。

图7.此为行动电话HDI手机主板背面之Key Pad按键区,也有业者另采专用的按键软板或薄板做为主板的搭配,是ENIG所无法被取代的必须功能。

1.3 并具可打线能力而得以替代电镀镍金

许多 芯片安装板 (Chip on Board; COB)之承垫表面,需要对较粗(5-20 m)的铝线进行打线(Wire Bonding)工程,使芯

片得可与电路板直接互连,而令组件的封装成本得以免除。此

种不太讲究固着力的场合,化镍浸金自然就取代了成本甚贵的

电镀镍金了。早期某些定时器,如电子表,电子表笔等,即采

此种“降格”做法。不过近年来此类廉价商品的制造基地,早

已转移到中国大陆去了,其现行的做法甚至连ENIG在成本考量

下也一并取消,出货时只要用软橡皮擦拭承垫的铜面,其打线

后的拉力甚至还不逊于化镍浸金。成本至上的原则下,此等更

便宜的“无格”办法,当然就把相形见拙的“降格”政策取而

代之了。

图8.左上为电镀镍金快速打细金线互连(Ball to Wedge)所用精密COB 之高

阶多层板类;下左为低阶COB之双面板,下右为中阶COB的四层板,后

二者均为慢打粗铝线(Wedge to Wedge)用的产品。由于完工组件单价太低,

故其承接皮膜也只好由电镀镍金改为ENIG了。甚至许多大陆的台商,连

ENIG也都再次省掉,而改成擦拭的裸铜板出货,黄鼠狼下耗子成何体统?

1.4 高温中不氧化可做为散热之表面

某些高功率的组件除其背面可加装散热之鳍片外,其腹底的板面区域亦可另设一些散热用的通孔。此时其孔壁孔环即可

实施化镍浸金处理,在免于氧化下协助积热的散逸,并可增加

孔壁的机械强度,有如铆钉一般可使多层板的结构更为优化。

许多笔记型计算机板上CPU的承受区,或BGA式组件的焊接基

地,或其它小型卡板上即采用这种全面性的ENIG散热孔。

图9.上三种六八层板,均采ENIG做为高功率多脚组件腹底通孔之散热用途。由于镍金层对于铜孔的补强,使得互连兼散热或只做散热者,等长期任务皆可达成。中图为当年TAB式Pentium-1之320脚CPU,采Super Solder法焊垫的十层板,其中央方块ENIG皮膜区,共有9.8mil的小孔256个,花费当然很贵。为了降低成本,干脆打掉所有窗棂改成喏大个方门(右图),不但便宜而且散热还更方便。奇怪,早干嘛去了?

二、化镍浸金失宠的背景

ENIG兼具可焊接、可触通、可打线,与可散热等四种功能于一身,一向是各种密集组装板类的宠儿,并早已成为其它表面处理所无法取代的地位。

曾几何时,当笔记型计算机之主机板与后起的电话手机板上,其BGA或CSP

焊垫既多又小之际,ENIG即逐渐发生焊锡性的欠佳,焊点强度(Joint

Strength)不足,焊点后续可靠度低落,甚至焊点裂开分离后,还会出现黑

色镍垫(Black Pad)的种种的灾难,均令生产者又恨又爱,无词以对有苦难

言。

图10.左为ENIG焊后最常发现黑垫的灾区,集中在BGA组件腹底组装板的球垫

上,手机板上CSP的微垫更加糟糕。右为“能谱仪”ESD分析黑垫中发现正常镍面

的含磷量为Wt4.6%,而黑带区却高达9.8wt%。

美国业者(多半为下游组装者)为了从根本上通盘改善ENIG的品质起见,著名的ITRI(互连技术研究协会)曾在1997.8月组成了一个项目研究改善的

联盟(Consortium),共有22家相关业者参与(PCB及PCBA业者与药水供货

商),希望能在特殊考试板(Test Vehicle)的小心仿真下,找出故障失效(Failure)的真正原因。然而5年来虽经众人不断努力,非但所得有限而且评比上也乏善可陈。经数度IPC Show之Proceedings以及其它期刊中,已发表20多篇的大型论文中,实在看不到其真正原因与彻底解决的办法,细读之余仍然是一头雾水混沌难清。唯一可行的笨方法,就是缩短化镍与浸金等槽液的使用期限,至于其等减寿的幅度如何,则端视其产品的位阶文件次而定。

笔记型计算机主板所采用的ENIG,三四年前许多台湾有名的大厂,均发现过后续偶发性的焊点强度不足,焊后一两个月甚至更短的时间内,即发现少许焊点裂开及镍面发黑的Black Pad问题。其惨遭滑铁卢割地赔款之痛苦历史,至今余悸犹存。瘟疫所及敢说无人无之。某些天真到近乎无知的下游客户与外行的PCB业者,起初竟以为黑膜是碳成份的累积所致,因此还劳师动众认真检讨不已,其之大胆程度实在不敢恭维。

其实此黑膜是氧化镍(NixOy)之复杂组成,根本原因是化镍表面在进行浸金置换反应之际,其镍面受到过度氧化反应(金属原子溶成金属离子其原子价升高者,称为广义的氧化),加以体积甚大金原子的不规则沉积,与其粗糙晶粒之稀松多孔,形成底镍续经“化学电池效应”(Galvanic Effect亦称贾凡尼效应)的强力促动,而不断进行氧化老化,以致在金面底下产生未能溶走的“镍锈”所继续累积而成。前述的笨办法(例如化镍槽由原先的6个MTO缩短到目前的4个MTO),也只能减轻其正常置换以外的不良之症状而已,完全无法彻底根除黑垫的偶发与存在。

这种越做越怕而提早换槽的主要目的,就是在缩减槽液中的H3PO4累积量,维持其镀层中的正常含磷量(7-9%),使保有较好的焊锡性与抗氧化性(与抗蚀性并不完全相同),期能减轻被高温金水过度攻击的程度,甚至延缓后续Galvanic效应的酝酿发酵。说穿了这也只是一种无可奈何之下勉强可行的做法罢了。如今不但手机板上各种大小焊垫几乎全靠它,甚至连著名CPU用的覆晶(Flip Chip)式封装载板,其各独立覆垫上也不得不采用ENIG做为焊锡“突块”(Solder Bump)的着落点。据说其化镍槽液的寿命更已缩短到

了不足3个MTO,金水中的镍污染含量亦应拉低到500ppm以下,甚至还将纯置换式的镀金层,不惜成本的更改配方为半置换半还原式的复合金层(如上村的商品TSB-71),以减少后续黑垫灾难的发生。

图12.左为CPU用高精密FC载板之球脚底面,中为该覆晶区长有焊锡突块的

正面,右为检查ENIG 球脚承垫,经植球后所具焊点强度之推球剪力试验(Ball

Shear Test)。是检验ENIG高阶用途的有力工具。

由于各种深入研究之报告极多而无法一一详述,故只能慎选其内容完善者,按作者及所属公司的不同而简述于后,读者有兴趣欲进一步追究时,可直接阅读大量之原文资料。

三、各种重要研究报告之内容摘要

3.1“故障机理的根本原因”A Root Cause Failure Mechanism”

本文系Hadco公司Nicholas Biunno所撰写。此著名的

Hadco公司原为美PCB排行之亚军业者,现已被CEM的龙头

Sanmina于1999年所并购。本文原发表于IPC1999三月展览之

论文集中(S-18-5),后又转载于1999年6月号(No.6)英国所

发行季刊Future Circuit International之P.133共有7页。

本文对黑垫的形成说明甚详,其要点如下:

3.1.1原理性说明

ENIG可焊层所形成的焊点(Solder Joint)是生长在镍层上(即形成Ni3Sn4的IMC),而浸金之薄层(2-4 m)于焊接过

程中会迅速溶入锡体之中。故知黄金本身并未参与焊点的组织,

其唯一的功用就是在保护化镍层免于生锈或钝化

(Passivation),否则将不能形成IMC也无法焊牢。金层愈厚

熔入焊点的量也将愈多,反而会造成脆化以致焊点强度愈糟也

愈不可靠。

镍溶解与金沉积同时发生置换反应,一旦当其界面被金层所密封而无镍可溶时,则金层的沉积亦将停止。但由于金层疏孔极多,在并不密实的结构下仍可缓慢进行反应。总体而言,金水在某些因素影响下之过度活跃性(Hyperactive),将造成局部镍面非规律性的过度氧化,纵使铺满金层后其与底镍之界面间,事实上早已存在了一些可观的氧化物,继续老化恶化之后遂将成为恼人的黑垫。此种灾难纯属偶发性,其出没的位置也无从捉摸,是一种完全预测不到的隐忧后患。

化镍槽液的pH值对镍层厚度及结晶外形(Topography)影响最大,而作业温度对镍层与金层的沉积速率则最具主宰性。

3.1.2所见八种置换模式的说明

采用SEM(扫瞄式电子显微镜)搭配EDS(能谱仪),Auger Spectroscopy(欧杰氏光谱仪),FIBM(聚焦性离子束微测头;Focus Ion Beam Micropobe)等仪器,对ENIG进行仔细的表面分析,说明化镍层(镍原子)在金水中所产生的氧化性溶解,同时出现金氰错离子的负电性还原,而沈积成为金原子等反应的结果,该文以8张高倍显微照片叙述其置换经过的模式:

(1) 金水攻咬镍层表面之结晶;只针对球状镍晶交界面之软弱处进行攻击,侧视方向可看出其深入程度约占晶球直径的1/4。

(2) 金水仍沿镍晶界面攻击;俯视可见其效果已较深入,且超过球径的1/4。

(3) 金水已对镍磷合金的球晶本体进行攻击,截面所见其攻入之深度虽浅,但面积却甚广。

(4) 金水之攻击已十分深广,过度活跃的反应结果可由侧视窥见,事实上其等均已侵入界面及结晶本体。

(5) 镍磷合金的球状结晶体受到金水围攻,截面可见到其四周及底部界面处俱已渗入。

(6) 局部镍层受攻击较深,截面可见到区域性的部份“黑带”,原因当然是该区之金水活性太强造成反应过激所致。

(7) 焊垫转角处受到强力攻击,致使镍金属产生过度氧化反应,在还来不及溶成离子游走之前,即被粗大的金层所逐渐覆盖。由于反应尚未停止,镍层也继续向内部进行氧化而变质,形成表面看似正常而内部却已变黑异常了。此现象只要选择良好的剥金液将金层去除掉后,底镍零星散布的黑垫立即一目了然无所遁形。

(8) 金水过猛置换反应过剧,致使镍层迅速氧化而变黑及增厚,并已超过镍晶的1/4,甚至当金层已进行覆盖之际,由于本身疏孔太多,以致于挡不住氧化镍的上下生长而形成大片黑垫。最后虽被较厚金层所盖满,但其夹层中的薄金层仍清晰可见,此时将会出现缩锡(Dewetting)的效应。

由上述精密仪器所发现的结果看来,黑垫的形成是由于金水活性太猛,造成镍的氧化速度远超过了金的还原,氧化镍未能全数水解之前即被金层所披覆,去路被阻之际只好以黑垫方式附积在金层之下。至于为何此种过度反应只在局部区域偶而生,则自始至终无法完全仿真重现出来,以致其故障模式(Failure Mode)与真正原因至今未明,上述说理也只是想当然尔。虽然如此但却也观察到了某些逻辑性的现象,以下即再试图从原理探讨上加以叙述。

(9) 从底部之放大黑镍表面可看到,其结构是一种有裂纹的黑泥状组织(见下图17左上画面),并从3万倍以上的SEM相片看出镍层组织并不密实,也几乎没有存在着形成焊点所必须的IMC (Ni3Sn4)。此时之含磷量已超过10%,证明所操作的化镍槽液已十分老化了。一般新配槽液所镀镍层之含磷量约在5~6%左右,到了5~6MTO以后平均将会增加到9~10%,目前较保险的作业规范是控制其含磷量在7~9%。磷量低时容易形成IMC,故焊锡性较好,磷量较高时焊性虽较差,但耐蚀性却较好,不过因过氧化物而产生的黑垫却反倒未见减少。

(10) 再用FIBM观察某些黑垫区的断层组织,发现各球状镍晶之界面均已被金水所深深刺入(见下图17之右二画面)。但此种异常并非随机任意分布,而是集中在某些特殊的焊垫表面。可能是由于该等焊垫之电场(Electric Field)或击发电荷(Trigger Charge)较强,造成金水的攻击特别猛烈,为证明此假想的可能性,于是就设计了下述的实验。

该实验是将一个8层板,于板边某些电容器所属面积稍大之两焊垫,各焊接上一条细线并引出水面,在进行“浸金”作业的同时,刻意设计三种试验:

(a)两引线任其自由(b)将两引线相连(意指两垫中必有一垫是通往Vcc或Gnd的大铜面上去)(c)将两线分别接到外电源的正1伏特上去;然后即进行一般性的ENIG及观察剥金后的镍面。

于是在(a)的情形下可见到其浸金层出现前述图10到图11的正常置换反应。而(b)情况可只见到如同前图10中两画面之模式,由于已接到内层的

大铜面去,故可使得二镍面稍呈负电性,而抑制了金水的

过度攻击,因而只出现较轻度的置换反应,并未发生黑垫。(c)情况则是刻意使其焊垫具有正1伏特的正电性,在加强氧化下

其镍面亦如立竿见影般悉数出现黑垫,如下图18中右侧四个黑垫及其放大之画面(图19及20)。但图18中另外连到Ground 的5个橘色垫面,则因已带有负电性而有利于金的沉积,即使

镍层系于正常速度进行溶蚀者,但带正电的金氰错离子却因其

加速还原,而过度堆积成为巨大晶粒的金面(其晶粒约为正常

浸金的1000倍,见图22及23),故而形成橘色的粗糙外观。

(11) 为了更进一步了解镍面的黑垫情形,刻意将镀后的金面再用氰化物溶液予以剥除,从已被金水咬过的底镍面上,原子分别可看到下列四种不同的放大情形。

三、各种重要研究报告之内容摘要

3.2 美国ITRI(互连技术研究协会)针对ENIG的项目研究(略)

3.2.4 美国ITRI化镍浸金项目研究的结论(2001年3月)

1. 假设载板与组装之焊垫与锡球之品质,彼此都相同而暂不加以考

虑时,则其焊点强度与可靠度将直接与IMC本身的强度有关。

由于喷锡与OSP制程在焊接中所形成的IMC为Cu6Sn5,且又未

遭其它不纯金属(如金、银等)的熔入而污染,故所表现出的强

度自然最好。

2. 至于浸银或浸锡两种制程仍属资浅,极薄的浸银层(2-4 m)在焊

接过程中将迅速溶入焊锡而消失,与ENIG的金层所表现出来的

行为完全相同,只不过是ENIG的IMC是Ni3Sn4,而浸银的IMC

却是Cu6Sn5反倒较强而已。然而Ag的不耐老化性,使其在空

气中极易变质,与之ENIG的耐污耐久相比,则又不如远甚。至

于浸锡层则于焊点中会迅速形成Cu6Sn5的IMC,即使无焊接处

的浸锡层也会逐渐被底铜所吸收成为IMC,使得外观上也由先前

的亮白色而老化转为灰白色。

3. 由前可知ENIG所得Ni3Sn4先天不足之IMC使然,即使强度再

好也不会超过喷锡与OSP。想要自黑垫的阴影中全身而退也几乎

不可能。在严加管理下并以缩短槽液寿命的方式来提高良率,虽

非睿智之举,但亦属无可奈何之中的免强出招。

3.3 另篇黑垫论文佳着Black Pad:ENIG with Thick Gold and

IMC Formation During Soldering and Rework(IPC 2001论文

集S10-1-1)

本文甚长共有18页且含46张照片,作者Sungovsky及

Romansky均任职于加拿大之Celestica公司(CEM厂商类),

与前ENIG项目负责人Houghton皆属同一公司。本文亦从仿真

实际板的焊接及拉脱着手,而仔细观察黑垫的成因。并对ENIG

的层次结构深入探讨,更值得的是尚就故障焊点与脱落组件提

出了挽救的办法,是其它文献所少见。现将全文要点整理如下:

1. 综合前人研究认为BGA的圆垫与QFP的长垫,其等焊点的脱裂

与黑垫的发生,是一种难以捉摸的偶发性缺点(Sporadic Depect)。

发生的可能机理(Mechanism)系于置换反应中,当一个体形较

小的镍原子(氧化)溶走的同时,会有两个体形甚大的金原子(还

原)沉积,在晶格成长时会造成全面推挤性的差排

(Misalignment),因而使得镍与金的界面中出现很多的空隙疏

孔,甚至藏有药水等,容易会造成镍面的继续钝化及氧化。

图38.左为已有黑垫的焊点用牙签即可推裂,摧枯拉朽莫此为甚右为移走零件脚后的垫面黑垢,灾情严重下场凄惨。

2.

3. 置换反应中金水过度活跃又猛攻含磷较多(9%以上)的镍层,以

致在镍金界面中形成的各种黑垫的恶果(即前文3.1中Biunno的

发现)。金层不宜太厚,否则对强度不但无益反而有害(拜托!老

师傅们请千万别再自作聪明自以为是了!),即使未能全数溶入焊

锡之中时,还会积存而以AuSn4参与黑垫的犯罪组织。

4. 化镍药水管理不善,绿漆硬化不足,以致有机物溶入甚多,使得

黑垫中不但为NixOy的主成份外,亦发现碳的含量颇高。

5. 曾用XRF量测实验板上QFP与BGA等总共239个焊垫,以及通

孔环面的镍厚与金厚,发现镍厚的变化很大(75 in-224 in),金

厚的落差也不少(2.2 in-7.5 in)。通常镍薄处金层会较厚,尤其

在各焊垫转侧壁的直角处更是异常。

6. 化镍层是呈片状(Laminar)生长的瘤状结晶(Nodule Structure),其

瘤径大小约900-5000nm,分别有微结晶与非结晶两种组织,与

添加剂有直接关系。其添加剂多集中在瘤体的边界处,使得该接

壤区域的自由能较高,以致耐蚀性变得较差,因而十分容易受到

金水的攻击。严重时甚至发生镍与金之间出现多层交互堆积的现

象,进而妨碍IMC的生成并导致焊点强度的脆弱不堪。

图39.左为化镍的片层状与瘤状组织,右为浸金后金原子取代了自由能较高的镍地盘,而成为交互积层的怪异现象。

7.

8. 焊接的瞬间金层会以1.33 m/秒(比常温快30-40倍)的溶解速度

溜进焊锡之中,而镍的溶速则很慢,仅0.002 m/秒而已。通常焊

锡对金的安全溶解度约为3-4%的原子数比率,但镍之可溶原子

数却更低到10-5%,相较之下金溶入的速度对镍而言应在数万倍

以上。故知在焊接的瞬间,薄薄的金层(2-4 in)早已消失而进

入焊锡的主体去(通常原子数之含量约为0.03-0.04%之间,一旦

超过0.3%时焊点会变脆),使得镍与锡会在较慢速度下形成IMC

而焊牢。

9. 在镍表面形成焊点的IMC是以Ni3Sn4为主体,而且在锡镍界面

之间还会缓慢的长厚。一般焊接中铜与锡亲合速度要超过镍锡的

10倍以上,在较易又较快生长IMC的情形之下,铜面焊点自然

要比镍面焊点更为牢靠。从EDX及高分辨率SEM的分析看来,

黑垫中有镍、磷及锡的存在,其组织呈碎片状而且十分脆弱,并

含有相当多的金成份在内。对QFP焊垫而言,甚至还会出现来自

底层Cu6Sn5的铜锡IMC,使得原本附着力低落之焊点变得更加

软弱。幸好BGA电镀镍金载板的球脚中,从未发现铜的存在而

得以幸免此一另类疾病。

10. 由于进行ENIG之镀金时,有机物也会共镀于金层中,不幸后续

的高温焊接之际,该等有机杂质又再被析出而浮现到表面上来。

此时可采用很强的助焊剂在高温烙铁的协助下,能将黑垫予以溶

解移除(会呈现起泡情形),并利用某种铜编线(Braid)将之吸

走而得以清除。之后再添加新鲜的焊锡使形成良好的IMC,进而

再造可焊接的全新基地。

Celestica公司曾做过一些勾脚(J-Lead)焊垫的重工,发现再焊后的焊点强度都很坚固,其IMC中发现有Ni3Sn4及Ni3Sn2

两种颇强的结构存在。经由黑垫重工后的焊点与原本良好的焊

点,在相同条件的拉脱试验对比之下,发现两者数据上相差不大,

下表即为两者间数值的对比。

表3. 原装焊点与重工焊点拉脱强度之比较

原装焊点重工焊点

平均值671.5626.0

标准差98.5108.9

最低值317.8313.0

最高值808.1952.6

3.4 另篇Study of Mechanism Responsible for “Black Pad”Defects in PCB Using ENIG as a Final Finish

本文为Atotech之美国分公司(即原先之Chemicut著名蚀刻机业者)Kuldip Johal发表于IPC 2001论文集中,编号为

S10-4-1共8页,计有22个图及5个表。全文内容除说明黑垫之为害与可能成因外,并试图找出黑垫的真正机理(Mechanism),也就是:

1. 化镍层在金水中受到有机酸与错化剂之攻击所产生之贾凡尼效应

(Galvanic Effect),其细节到底为何?

2. 改变化镍的操作范围使产生不同的结构,并让金水中操作的化镍

层,刻意在其表面积大小上加以变化,然后观察其所引发的电性

效果,

3. 讨论金水配方中所用各种错合剂(Complexing Agent),分析其所

产生置换速度的不同与其它影响;并对金沉积的速度加以控制,

而试图避免黑垫的发生。以下即为其重点之整理:

3.4.1板面BGA或CSP圆垫焊点强度不足,甚至后续出现黑垫的原因可能有四;

1. 组件与组装板之间因热涨系数(CTE)之差异而拉裂,由于载板

本身之板材为BT而具较高的Tg,且所镀之皮膜为真正直流电的

电镀镍金,而非化镍浸金的置换反应,少了磷的干扰与黑垫的搅

局,其焊点强度自然要比ENIG优异甚多。

2. 绿漆失准或硬化不足而对镍水与金水造成污染。

3. 置换金层之厚度太厚,尤其是超过5 in者。

4. 组件安装之腹底未加“底胶”(Underfill)之补强,无法减少或吸收

应力所造成的伤害。一般而言由于黑垫发生机遇率很低,且其参

与的因素又很复杂,致使真正的根本原因至今尚未水落石出

图40.大凡有问题的 ENIG焊垫,经氰化物剥金后,变质的不良镍面立即原“黑”毕露无所遁形。

3.4.2发现某些QFP焊垫不良,若干局部垫面出现金面变色变暗,经氰化物剥金后在SEM之1000倍放大下,发现有“黑泥”状裂痕(Mud Crack)。此时所见不但沈积的金层太厚,而且金水还已向镍瘤之界面处深深刺入,此种激烈的置换反应自必为害甚巨,经验上刺入深度最好不要超过镍厚的30%。

3.4.3建议化镍的起码厚度为160 in,因当镍厚不足时其瘤状结构之起伏落差过大,将使得金水攻击界面的效果更猛,甚至可能会穿过镍层而到达铜面,如此难免使得后续的焊点强度更加有问题。

图41.左为厚度低于100mm薄镍层其众多沟纹之外观,右为厚度200 mm以上晶瘤变大沟纹减少的改善画面。

3.4.4化镍之新槽液作业时,沉积速率甚快且含磷也较低,一般而言此时之焊锡性虽较好,但抗蚀性却较差,对置换金来说可能更会引发过度活跃,故建议磷含量应订定在7-11%的wt(重量比),而不宜墨守先前4-6%wt之成规。金层太厚当然是来自镍层已遭强烈的攻击,这正是黑垫形成的主因,故金厚度宜订为2-5 in。

图42浸金制程中刻意加速其置换速度者,将出现金层的浮离或起泡,千万别忘了“欲速则不达”的老词。

3.4.5待镀面由于贾凡尼电性的差异而形成黑垫者,已从实验中仿真出来,此点堪称是补充ITRI项目计划所未能全然达成的目标,下述者即为其实验经过:

QFP焊垫之不良品或已有黑垫者,有许多是连通到较大面积的PTH,猜想可能置换反应的快慢强弱与贾凡尼电性有关。由计算得知QFP狭长型焊垫之面积为0.2mm2,所连0.4mm孔径之PTH 其孔壁面积(尚未包含两外环在内)为2.75mm2,两者面积比为1:14,一旦再加上孔壁露铜的参加搅局,将使此等QFP焊垫出现焊接不良或黑垫的机会大增。为探知此种因素与化学电池之关连性,于是ATO公司就设计一项简单的实验而设法仿真黑垫的生长过程。

图43.凡PTH中一旦被绿漆堵塞则孔壁必然露铜,于是镍后的浸金中,将使所连通到板面的小型焊垫上长出黑垫。

如下图,使用两条镀过化镍与一条裸铜的样板,并对裸铜面积

则刻意加以变化。然后将三者一并浸入高温金水中,其中NO.1

的镍样是与铜样相连。由于铜面安定性比镍面要好(也就是镍

比铜更活泼),故在金水中置换反应的竞争下,铜会强迫镍加

速氧化而让金的沉积也变快。但槽中的NO.2的自由镍板,则只

进行常规性的置换反应,而令其当成评比的参考。共做9次实

验后所得资料如后页之表4:

图44.阿托科技公司美国厂仿真黑垫之实验法。

表4. 金水中置换反应与贾凡尼电性及黑垫生成之关系

沉镍金制作流程(精)

沉镍金制作流程 一、简介: 通过化学反应在铜表面沉积较薄一层镍金、金层具有稳定的化学和电器特性,镀层具有优良的可焊性,耐蚀性等特点。 二、流程及作用: (1沉金前处理: ①微蚀:除去烘烤绿油造成的铜面过度氧化物。 ② 1200#磨刷幼磨:除去铜面杂物,清洁板面。 (2沉镍金流程: 上板→除油→Ⅱ级水洗→微蚀→→Ⅱ级水洗→酸洗→Ⅱ级水洗→预浸→活化→Ⅱ级水洗→后浸酸→Ⅰ级水洗→沉镍→Ⅱ级水洗→沉金→金回收→水洗→热水洗→下板 ①除油:除去铜表面之轻度油脂及氧化物,使表面活化及清洁。 ②微蚀:除去铜面氧化物及污染物,适度粗化铜面,增加镀层密着性、结 合力。 ③预浸:保护活化药液。 ④活化:使用离子钯溶液使表面铜活化,可以只在铜面上沉积而基材的 Pd化合物极易清洗,提供化学沉镍的启镀剂。 ⑤化学镀镍:利用电子转移使溶液中的Ni2+还原在待镀铜面上而沉积出镍 金属:但同时会有P析出,Ni层实际为Ni/P合金,Ni层厚度一般为

100-200u〃。 ⑥通过置换反应在新鲜镍面置换一层薄金,作为防止基体金属氧化和作为自身活化型镀金的底层,镍基体上覆盖一层金后金沉积就停止,所以厚 度有一定了限制,Au层厚度一般为1-3 u〃。 (3沉金后处理: ①草酸洗:除去金面氧化异物,,对金层疏孔处的镍底层作酸封孔处理, 增加其耐蚀性。 ②抗氧化清洗:防止镀层氧化,使焊锡维持更长的寿命。 三、流程控制注意事项: (1控制微蚀速率在0.6-0.8um,速率太低,镀层发亮,太高出现色差即 金色不良。 (2活化缸Cu2+浓度≤200PPM需更换,且后期易出现渗金。 (3Ni缸温度不可太高,药水高温对绿油攻击较大,易出现甩S/M问题, 槽液使用4.0MTD后需换槽。 (4金缸需控制Ni2+含量≤800PPM,Ni2+太高易出现金色不良及不上金问题。 四、常见问题介绍及处理方法: (1漏镀:①活化浓度温度过低,浴老化或活化后水洗过久。 ②镍缸浓度、温度、PH值太低,或有不以纯物混入,成份失调。

钢桶焊接工艺研究..

钢桶的焊接工艺研究 辛巧娟 在钢桶生产中,焊接工序是钢桶生产的主要质量控制工序,焊接质量的好坏,将直接影响钢桶的质量。现在全世界的钢桶焊接几乎都是采用电阻焊技术。 一、钢桶电阻焊焊接原理 钢桶电阻焊是将被焊桶件压紧于两电极之间,并能以电流,利用电流流经桶件接触及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,断电后,在压力继续作用下,使之形成牢固接头的金属结合的一种方法。 电阻焊的主要方法有4种。即点焊、缝焊、凸焊、对焊。在钢桶生产中应用最频繁的是点焊和缝焊。 1.钢桶电阻焊的特点 钢桶电阻焊有两个显著特点: ·采用内部热源——利用电流通过焊接区的电阻产生的热量进行加热。 ·必须施加压力——在压力的作用下,通电加热、经过水冷或风冷冷却后,形成接点。 由此可见,要获得适当的电阻热,必须有外加电源,并始终在压力的作用下进行焊接。所以,焊接电流IW,电极压力Fw是形成电阻焊接头的最基本条件。至于焊接过程中这两个参数如何变化,则要根据焊件的材料、结构特点、性能及焊接设备而定。 2.电阻(焊接)热的产生及影响产热的因素 焊接时产生的热量可由下式计算: Q=I2Rt (1) 式中Q-产生的热量(J); I——焊接电流(A); R——电极间电阻(Q);

t——焊接时间(S)。 电阻R及影响R的因素式(1)中的电极问电阻包括桶件本身电阻Rw,两桶件间接触电阻Rc电极与桶件间接触电阻Rw(图1)。 R = 2Rw + Rc + 2Rew (2) 当桶件和电极已定时,桶件的电阻取决于它的电阻率。因此,电阻率是被焊钢桶材料的重要性能指标。电阻率高的材料其导热性差,电阻率低的材料其导热性好。这是因为,电阻率与电阻成反比。 电极压力的变化将改变桶件与桶件、桶件与电极间的接触面积,从而也将影响电流线的分布(参见图1)。随着电极压力的增大,电流线的分布将较分散,因此桶件电阻将减小。 图1 点焊时的电阻分布和电流线 熔核开始形成时,由于溶化区的电阻增大,将迫使更大部分电流从其周围的压接区(塑性焊接环)流过。使该区再陆续熔化,熔核不断扩大,但熔核直径受电极端面直径的制约,一般不超过电极端面直径的20 070,熔核过分扩大,将使塑性焊接因失压而难以形成,从而导致熔化金属的溅出(飞溅)。 接触电阻R是桶件与桶件之间接触通电时所形成的电阻。当桶件和电极表面都清理得十分洁净时,接触电阻仅在通电开始极短的间内存在,随后就会迅速减小以至消失。 接触电阻尽管存在的时间极短,但在以很短的加热时间点焊薄钢板时,对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有非常显著的影响

纯镍管道的焊接

Ni200纯镍管道的焊接 中国化学工程第十六建设公司廖翼翔 山东滨州化工集团公司陈文玮李鹏 摘要:通过对Ni200纯镍的理化性能和焊接性进行分析,制定了该材料的焊接工艺并在工程中成功进行了应用。采用TIG焊接方法和大电流、快速焊工艺以及进行严格的焊前清理和低温环境必须焊前预热是保证纯镍管道焊接质量的关键。 关键词:热裂纹气孔未熔合焊缝成形焊前清理氩弧焊预热 1、前言 山东省滨州化工集团5万吨/年离子膜片碱装置采用瑞士博特公司(Bertrams Chemical Plant Ltd)技术,其主要原理是通过一、二段蒸发和三段浓缩将32%的NaOH 溶液制成99.99%的熔融烧碱,再通过结片机冷却、刮削制成片碱。整个工艺过程所涉及的关键设备和管道组成件均从瑞士博特公司进口。 由于烧碱溶液在蒸发、浓缩过程中随着浓度、温度的升高,腐蚀性越来越强,对工艺设备和管道材质选材要求也越来越高,当烧碱溶液浓度≥50%时,不锈钢材料已不能满足耐腐蚀性要求,必须选用具有良好的耐苛性碱腐蚀性能的纯镍材料。该装置一段蒸发以后的设备和烧碱溶液管道实际采用了Ni200材料,管道总长240多米,焊口260多个。管道最小规格为DN25mm,最大为DN800mm,壁厚3.05~4.31mm。 在强腐蚀性的苛刻使用条件下,纯镍管道焊接质量好坏关系到整套装置能否长期安全稳定运行,且由于纯镍材质理化性能和焊接性特殊,焊接操作难度大,焊接技术要求很高,业主和博特公司专家对纯镍管道的焊接十分重视,焊接质量检验全部采用瑞士标准。纯镍管道的焊接也成为该项目施工的关键。 2、纯镍的化学成分和物理性能 2.1化学成分 2.2物理性能

浅谈沉镍金工艺

一,引言 自1997年以来,化学镍金工艺在国内得到迅速推广,这得益于化学镍金工艺本身所带来种种优点。由于化学镍金板镍金层的分散性好、有良好的焊接及多次焊接性能、良好的打线(Bonding,TS Bond或U Bond)性能、能兼容各种助焊剂,同时又是一种极好的铜面保护层。因此,与热风整平、有机保焊膜(OSP)等PCB表面处理工艺相比,化学镍金镀层可满足更多种组装要求,具有可焊接、可接触导通、可打线、可散热等功能,同时其板面平整、SMD焊盘平坦,适合于细密线路、细小焊盘的锡膏熔焊,能较好地用于COB及BGA的制作。化学镍金板可用于并能满足到移动电话、寻呼机、计算机、笔记型电脑、IC 卡、电子字典等诸多电子工业。而随着这些行业持久、迅猛的发展,化学镍金工艺亦将得到更多的应用与发展机会。 化学镍金工艺,准确的说法应为化镍浸金工艺(Electro-less Nickel and Immersion Gold Pro-cess,即ENIG),但现在在业界有多种叫法,除”化学镍金”、”化镍浸金”外,尚有”无电镍金”、”沉镍金”。国内PCB行业多用”沉镍金”一词来谈论这一工艺,因而在本文中,我们也将用”沉镍金”来表述化镍浸金。 二,沉镍金原理概述 沉镍金工艺的原理,实际上反而从”化镍浸金”一词中能够较容易地被我们所理解。即其中镍层的生成是自催化型的氧化-还原反应,在镀层的形成过程中,无需外加电流,只靠高温(880C左右)槽液中还原剂的作用,即可在已活化的铜表面反应析出镍镀层,而金镀层的生成,则是典型的置换反应。当PCB板进入金槽时,由于镍的活性较金大,因而发生置换反应,镍镀层表面逐渐被金所覆盖。 以下简单介绍一个沉镍金的反应过程: 1,沉镍的化学反应: 关于沉镍的反应机理,曾有多篇文章提及。其过程基本上用一个反应式即可表达: 在上述各反应式中,可看到一个自催化氧化-还原反应的典型模式。

铝及铝合金焊接工艺的研究

哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计 题目:铝及铝合金焊接工艺研究专业年级: 09焊接技术及自动化 学生姓名:金杰 学号:0930150223 指导教师:杨丽丽 哈尔滨理工大学荣成学院 完成时间:2012年6月25日

专科生毕业设计(论文)评语 学院:荣成学院专业:焊接技术及自动化任务起止时间:2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计(论文)题目: 铝及铝合金焊接工艺研究 指导教师对毕业设计(论文)的评语: 指导教师签名:指导教师职称: 评阅教师对毕业设计(论文)的评语: 评阅教师签名:评阅教师职称: 答辩委员会对毕业设计的评语: 答辩委员会评定,该生毕业设计(论文)成绩为: 答辩委员会主席签名:职称: 年月日

专科生毕业设计(论文)任务书 学生姓名:金杰学号:0930150223 学院:荣成学院专业:焊接技术及自动化 任务起止时间:2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计(论文)题目: 铝及铝合金焊接工艺研究 毕业设计工作内容: 铸钢是生产中常用的材料,但是由于其成分中含有杂质较多,铸造过程中冷却缓慢,使其组织粗大偏析比较严重给焊接带来困难.本文通过对ZG270-500及其焊接接头的常见缺陷进行分析,选用适当的焊接工艺参数进行焊接,并对焊后裂纹进行探伤及修补。 1、了解毕业设计的内容,查阅资料(5月13日—5月17日) 2、对铸钢的焊接性及焊接工艺进行分析,总结ZG270-500的焊接工艺及修补措施.撰写题纲(5月17日-5月19日) 3、撰写论文(5月20日-5月21日) 资料: 1.中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第一卷)焊接方法与设备【M】.北京:机械工业出版社,2001 2.美国焊接学会黄静文等[译].焊接手册(第二卷)焊接方法【M】.北京:机械工艺出版社(第七版).1988 3.关桥.刘方君.董春林.高能束流焊接技术的应用与发展趋势【C】.第九次全国焊接会议论文集.1999 4.李亚江.王娟.有色金属焊接及应用.北京:化学工艺出版社.2006 指导教师意见: 签名: 年月日系主任意见: 签名: 年月日

沉镍金制作流程精

沉镍金制作流程 一、简介: 通过化学反应在铜表面沉积较薄一层镍金、金层具有稳定的化学和电器特性,镀层具有优良的可焊性,耐蚀性等特点。 二、流程及作用: (1沉金前处理: ①微蚀:除去烘烤绿油造成的铜面过度氧化物。 ②1200#磨刷幼磨:除去铜面杂物,清洁板面。 (2沉镍金流程: 上板—除油—U级水洗—微蚀—U级水洗—酸洗—U级水洗—预浸—活化—U 级水洗—后浸酸—I级水洗—沉镍—U级水洗—沉金—金回收—水洗—热水洗—下板 ①除油:除去铜表面之轻度油脂及氧化物,使表面活化及清洁。 ②微蚀:除去铜面氧化物及污染物,适度粗化铜面,增加镀层密着性、结 合力。 ③预浸:保护活化药液。 ④活化:使用离子钯溶液使表面铜活化,可以只在铜面上沉积而基材的 Pd化合物极易清洗,提供化学沉镍的启镀剂。 ⑤化学镀镍:利用电子转移使溶液中的Ni2+还原在待镀铜面上而沉积出镍 金属:但同时会有P析出,Ni层实际为Ni/P合金,Ni层厚度一般为 100-200u〃

⑥通过置换反应在新鲜镍面置换一层薄金,作为防止基体金属氧化和作为自身活化型镀金的底层,镍基体上覆盖一层金后金沉积就停止,所以厚度有一定了限制,Au层厚度一般为1-3 u〃。 (3沉金后处理: ①草酸洗:除去金面氧化异物,,对金层疏孔处的镍底层作酸封孔处理, 增加其耐蚀性。 ②抗氧化清洗:防止镀层氧化,使焊锡维持更长的寿命。 三、流程控制注意事项: (1控制微蚀速率在0.6-0.8um速率太低,镀层发亮,太高出现色差即 金色不良。 (2活化缸Cu2+浓度w 200PPM需更换,且后期易出现渗金。 (3Ni缸温度不可太高,药水高温对绿油攻击较大,易出现甩S/M问题, 槽液使用4.0MTD后需换槽。 (4金缸需控制Ni2+含量w 800PPM,Ni2太高易出现金色不良及不上金问题。四、常见问题介绍及处理方法: (1漏镀:①活化浓度温度过低,浴老化或活化后水洗过久。 ②镍缸浓度、温度、PH值太低,或有不以纯物混入,成份失调

化学镍金的工艺

化学镍金的工艺 Tags: 化学镍金,印制电路板, 积分Counts:907 次 本文在简单介绍印制板化学镀镍金工艺原理的基础上,对化学镍金之工艺流程、化学镍金之工艺控制、化学镍金之可焊性控制及工序常见问题分析进行了较为详细的论述。在一个印制电路板的制造工艺流程中,产品最终之表面可焊性处理,对最终产品的装配和使用起着至关重要的作用。综观当今国内外,针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式,主要包括以下几种:Electroless Nickel and Immersion Gold形电镀铜的常见缺陷及故障排除。 1.前言 由于行业竞争的激烈,印制板的制造商不断降低成本提高产品质量,追求零缺陷,以质优价廉取胜。而客户对印制板的要求也没有单纯停留在对产品性能的可靠性上,同时对产品的外观也提出了更严格的要求。而图形电镀铜作为化学沉铜的加厚层或其它涂覆层的底层,其质量与成品的关系可谓休戚相关“一荣俱荣,一损俱损”。所以图形电镀铜上的任何缺陷如镀层粗糙、麻点针孔、凹坑、手印等的存在,严重影响成品的外观,透过涂覆其上的阻碍或铅锡镀层或是镍金层,都能清楚的显露出来。 本文主要叙述图形电镀铜常见的系列故障及缺陷,并针对这些缺陷进行跟踪调查、模拟实验,找出产生缺陷的成因,制定切实的纠正措施,保证生产的正常进行。 2.缺陷特点及成因 2.1 镀层麻点 图形电镀铜上出现麻点,在板中间较为突出,退完铅锡后铜面不平整,外观欠佳。 刷板清洁处理后表面麻点仍然存在,但已基本磨平不如退完锡后明显。此现象出现后首先想到电镀铜溶液问题,因为出现故障的前一天(4月2日)刚对溶液进行活性炭处理,步骤如下:1)在搅拌条下件下加入2升H2O2 2)充分搅拌后将溶液转至一个备用槽中,加入4kg活性碳细粉,并加入空气搅拌2小时,之后关闭搅拌,让溶液沉降。 从调查中发现,生产线考虑到次日有快板,当晚将溶液从备用槽中转回工作槽。未经过充分过滤沉降活性炭,而转移溶液时未经循环过滤泵(慢)直接从工作槽的输出管理返回(管道粗,快)。因为溶液转回工作槽后已过下班时间,电镀人员没有小电流密度空镀处理阳极。在4月3日按新开缸液加完光亮剂FDT-1就开始电镀。 问题已经清楚,电镀铜上有麻点,来源于电渡溶液里的活性炭颗粒或其它脏东西。因为调度安排工作急,电镀人员未按照工艺文件的程序进行操作,溶液没有充分循环过滤,导致溶液里的机械杂质影响镀层质量。另一个因素是磷铜阳极清洗后,未通过电解处理直接工作,没来得及在阳极表面生成一层黑色均匀的“磷膜”,导致Cu+大量积累,Cu+水解产生铜粉,致使镀层粗糙麻点。 金属铜的溶解受控制步骤制约,Cu+不能迅速氧化成Cu2+。而阳极膜未形成,Cu-e.Cu2+ 的反应不断以快的方式进行,造成Cu+的积累,而Cu+具有不稳定性,通过歧化反应:2Cu+.Cu2+Cu,所生成的会在电镀过程中以电泳的方式沉积于镀层,影响镀层的质量。阳极经过小电流电解处理后生成的阳极膜能有效控制Cu的溶解速度,使阳极电流效率接近阴极电流效率,镀液中的铜离子保持平衡,阻止Cu+的产生,

焊接工艺试验研究

HS367M焊丝焊接OCr13Ni4-6M0材料的焊接工艺 试验研究 摘要:本文通过HS367M焊丝用于OCr13Ni5M0材料的焊接工艺性试验及焊接接头性能试验,并对试验结果进行分析,进一步验证HS367M焊丝的可靠性,从而得出该焊丝适用于我厂推广使用的结论。 关键词可靠性综合机械性能 一、前言 我厂焊接OCr13Ni4-6M0马氏体不锈钢材料传统工艺都是使用A307不锈钢焊条,由于该焊条的焊缝组织和机械性能均与OCr13Ni4-6M0材料有较大差别,往往不能保证产品的耐磨,耐腐蚀,汽蚀及强度要求。为了提高产品的质量,我厂特从哈尔滨焊接研究所引进了用于焊接OCr13Ni4-6M0材料的专用焊丝HS367M,为了验证该焊丝的可靠性,在我厂现有条件下进行了焊接工艺性能试验。 1焊丝工艺性试验 1.1 焊接试板 焊接试板为130×20×400×2件OCr13N i5M O板材,采用两块板“×”坡口对接(坡口由机加工成形)试板焊后经590°±10℃退火,保温8小时,出炉温度≤150℃。 1.2选择最佳工艺规范:为了满足焊接过程中飞溅小,电弧燃烧稳定,焊缝成型良好,无工艺缺陷,根据焊丝使用规范要求,经多次反复试验得出最佳焊接工艺规范:焊接电流200—230A,电压25—28V,旋焊速度30cm/min,焊接使用保护气体为95%Ar十5%CO2混合气体。 本试验用焊机为CO2焊机,焊缝清根焊透,焊缝打磨与母材表面平齐,焊缝经超声波探伤无缺陷后进行接头性能试验取样。2焊接接头性能试验及结果分析 焊接接头性能试验的取样位置,试样尺寸,试验要求及方法按工艺文件及相应国家标准由我厂质检处理化室进行试验,分别进行了拉伸试验,冲击试验,硬度试验,弯曲试验。试验结果如下: 2.1 焊接接头的拉伸试验 共5根拉伸试样,编号为C1-C5,试验设备WE-600(60吨万能材料试验机),试验方法按GB228-87)进行,试验结果见表1

沉镍金技术详解

沉镍金生产操作技术 一、流程及操作条件 1、酸性清洁剂 用于去除铜面轻度油脂及氧化物,使铜面清洁及增加润湿性 操作条件: 清洁剂80~120ml/L 温度40-60℃ 时间3~7min 过滤5~10umPP滤芯边疆过滤 搅拌摆动及循环搅拌 配制方法: A、加入纯水到槽体的2/3。 B、加入清洁剂 C、充分搅拌至完全混合 D、加纯水调整液位。 铜溶解速率:每小时约0.4微英寸。 补充及更新:每生产一平米补充清洁剂10ML/L 每一升槽液处理4-6平米或铜含量达250PPM须更新。 2、微蚀 用于使铜面微粗糙化,增加铜与化学镍层的密着性。 操作条件: SPS 80~120G/L 硫酸15-35ML/L 铜含量3-20G/L 温度室温 时间1~3MIN 搅拌摆动、循环及打气搅拌 配制方法: A、加入纯水至槽体的2/3 B、加入硫酸及过硫酸钠 C、充分搅拌到完全溶解 D、加纯水调整液位

补充及更新:每生产一平米须补充SPS15-25G 铜含量达20G/L时须更新。 注意:温度越高咬蚀铜的速率就越快。槽液的铜含量越高,咬蚀的速率就越慢。 3、酸洗 用于去除微蚀后铜面氧化物,增加与化学镍层的密着性。 操作条件: 硫酸(98%)40-70ML/L 温度室温 时间1-3MIN 搅拌摆动及循环搅拌 配制方法: A、加入纯水至槽体的2/3 B、加入硫酸 C、充分搅拌到完全混合 D、加纯水调整至液位 补充及更新:每一平米补充硫酸2-5ML 每1L槽液处理4-6平米或铜含量达2000PPM时须换槽 4、活化 在铜面上析出一层钯,做为化学镍启始反应的触媒。 操作条件: 活化剂80-120ML/L 温度25-35℃ 处理时间1-4MIN 过滤1~2UMPP滤芯过滤 搅拌摆动及循环搅拌 配制方法:A、加入纯水至槽体2/3 B、加入活化剂并充分搅拌 C、加纯水调整液位 活化槽硝槽程序: A、加入30-40%的硝酸 B、启动循环泵循环2小时以上或直到槽壁灰黑色沉积物完全去除为止(如有需要 可加热至40-50度)

化镍浸金焊接黑垫之探究与改善

化镍浸金焊接黑垫之探究与改善 TPCA技术顾问 白蓉生 本文原载于TPCA会刊第十五期 一、化镍浸金流行的原因 各种精密组件组装的多层板类,为了焊垫的平坦、焊锡性改善,焊点强度与后续可靠度更有把握起见,业界约在十余年前即于铜面逐渐采用化镍浸金(Electroless Nickel and Immersion Gold;EN/IG)之镀层,作为各种SMT 焊垫的可焊表面处理(Solderable Finishing)。此等量产板类有:笔记型计算机之主机板与通讯卡板,行动电话手机板,个人数字助理(PDA)板,数字相机主板与卡板,与摄录像机等高难度板类,以及计算机外设用途的各种卡板(Card,是指小型电路板而言)等。据IPC的TMRC调查指出ENIG在1996年只占PCB表面处理的2%,但到了2000年时却已成长到了14%了。以台湾量产经验而言,1000l之化镍大槽中,单位操作量(Loading Factor)已达1.5ft2/gal (360cm2/L),工作忙碌时两三天就需要换槽。ENIG之所以在此等困难板类大受上下游欢迎的原因,经过深入了解后计有下面四点: 图1.此为Errison著名手机T-28之HDI六层板(1+4+1),线宽3mil 雷射盲孔5mil,其基频区共装了一颗mini-BGA及4颗CSP,其 Via in Pad之垫径仅12mil左右,是1999被Prismark推崇的明星 机种。初上市时售价台币两万六,由于竞争激烈及电磁波太强, 2001年已跌价到了999元,灾情之惨重岂仅是唏嘘慨叹而已。 1.1 表面平坦好印好焊,小型承垫独领风骚 当板面SMT的细长方形、或圆形、或方形之焊垫越来越多、越密、越小时,熔锡与喷锡处理垫面之高低不平,造成锡膏印 刷不易与零件踩脚困难,进而造成热风或热氮气熔焊(Relow) 品质的劣化。此与十余年前盛行的通孔波焊,或后来垫面还够 大时的锡膏熔焊等皆大异其趣。彼时之垫面喷锡处理,无论在 焊锡(Solderablity)或焊点强度(Joint Strength)方面,

镍基高温合金激光焊接工艺研究

镍基高温合金激光焊接工艺研究 镍基高温合金激光焊接工艺研究 1 绪论 1.1 选题的依据及意义 高温合金是航空发动机的关键材料,而镍基及镍铁基高温合金是目前高温合金结构材料的重要组成部分,镍基高温合金由于具有优异的耐热性及耐腐蚀性,被称之为“航空发动机的心脏”,具有组织稳定、工作温度高、合金化能力强等特点,目前已成为航空航天、军工、舰艇燃气机、火箭发动机所必须的重要金属材料,同时在高温化学、原子能工业及地面涡轮等领域得到了广泛的应用。据统计,在国外一些先进的飞机发动机中,高温合金的用量已达发动机重量的55%~60%。用于制造涡轮叶片的材料主要是镍基高温合金,同时镍基高温合金还是目前航空发动机和工业燃汽轮机等热端部件的主要用材,在先进发动机中这种合金的重量占50%以上。 在镍基高温合金的焊接上,目前主要采用氩弧焊、电子束焊、钎焊与扩散焊等。激光焊具有高能量密度、深穿透、高精度、适应性强、不需要真空装置,热输入小,热影响区小且焊缝深宽比大,焊后变形小,表面光洁,可自冷淬火,焊接工艺参数调节比较容易等特性,因此非常适用于镍基高温合金的焊接。 1.2 国内外的研究概况及发展趋势 1.2.1 镍基高温合金的发展及现状 高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关。1929年,英美Merica、Bedford和Pilling等人将少量的Ti和Al加入到soNi一ZoCr电工合金,使该合金具有显著的蠕变强化作用,但这并未引起人们的注意。1937年,德国 HanS von ohain涡轮喷气发动机Heinkel问世,1939年英国也研制出whittle涡轮喷气发动机。然而,喷气发动机热端部件特别是涡轮叶片对材料的耐高温性和应力承受能力具有很高要求。1939年英国Mond镍公司(后称国际镍公司)首先研制成一种低C且

30CrMo焊接工艺研究

30CrMo焊接工艺研究 前言 30CrMo为中碳调质钢,由于其自身具有较高的强度、硬度,且具有一定的冲击韧性,多应用于大型工程机械、压力容器、潜艇制造等。在中型机械制造业中主要用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件,如轴、主轴以及受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等;在化工工业中用来制造焊接零件、板材与管材构成的焊接结构和在含有氮氢介质中工作的温度不超过250℃的高压导管;在汽轮机、锅炉制造业中用于制造450℃以下工作的紧固件,500℃以下受高压的法兰和螺母,尤其适于制造300大气压、400℃以下工作的导管。 公司生产的重点产品主油缸,其缸体和缸盖均为30CrMo,属于较高载荷的焊接结构件,且工作条件恶劣,承受一定的压力,在使用过程中,由于运动产生强烈摩擦,因此,要求材质必须具有足够的强度和良好的抗疲劳性能,以保证产品的使用寿命。 1 试验前期准备 1.1焊接性分析 30CrMo的化学成分及力学性能如表1、表2所示。 表3 GHM70+GM70熔敷金属化学成分(%)根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式:Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(1) 根据式(1)及表1可知,30CrMo的碳当量为0.52%~0.73%。随碳当量增加,冷裂纹敏感性增大。当合金元素含量处于下限时,焊接性相对较好,越接近上限淬硬倾向逐渐加大,产生冷裂纹的倾向增大,焊接性逐渐变差。30CrMo合金结构钢又是在调质状态下焊接,热影响区的冷裂倾向会表现得更突出,其焊接性差。如焊接工艺不合理,存在焊接热影响区脆化、热应变脆化及产生焊接延迟裂纹的危险。只有采取合理的焊接工艺措施,才能保证焊接质量。 1.2 焊接方法及焊接材料 本产品拟采用埋弧自动焊进行焊接。参照表3,并结合焊缝与母材等强度、等韧性的原则,选择焊丝GHM70 +GM70,其性能如表4所示。

化学镍金常见缺陷分析

化学镍金常见缺陷分析 : 1漏镀 1.1.1 主要原因:体系活性(镍缸及钯缸)相对不足,铅锡等铜面污染。 1.1.2问题分析: 漏镀的原因在于镍缸活性不满足该Pad位反应势能,导致沉镍化学反应中途停止,或者根本没有沉积金属镍 漏镀的特点是:如果一个Pad位漏镀与其相连的所有Pad位都漏镀;出现漏镀问题,首先须区分是否由于污染板面所致。若是,将该板进行水平微蚀或采用磨板方式除去污染。 影响体系活性的最主要原因是镍缸稳定剂的浓度,但由于难以操作控制,一般不采用降低稳定剂浓度解决该问题。 影响体系活性的主要原因镍缸温度,升高温度一定有利于漏镀的改善。如果不考虑对部分环境以及内部稳定性,无限度的升高镍缸温度,应该能解决漏镀问题。 影响体系活性的次要因素是活化浓度,温度和时间。延长活化的时间或提高活化浓度和温度,一定有利于漏镀的改善。由于活化的温度和浓度太高会影响钯缸的稳定性,而且会影响其他制板的生产,所以,在这些次要因素中,延长时间是首选改善措施。 镍缸的PH值、次磷酸钠以及镍缸负载都会影响镍缸活性,但其影响程度较小,而且过程缓慢,所以不宜作为解决漏镀的主要方法。 渗 镀 1.2.1 主要原因 体系活性太高,外界污染或前工序残渣; 1.2.2问题分析 渗镀的主要成因在于镍缸活性过高,导致选择性太差,不但使铜面发生化学沉积,同时其他区域(如基材、绿油侧边等)也发生化学沉积,造成不该出现沉积的地方沉积化学镍金。 出现渗镀问题,首先须区分是否由外界污染或残渣(如铜、绿油等)所致。若是,将该板进行水平微蚀或其他的方法去除。 升高稳定剂浓度是改善体系活性太高的最直接的方法,但是,用漏镀问题改善一样,因难以操作控制而不宜采用。 降低镍缸温度是改善渗镀的最有效的方法,理论上无限度的降低温度,可以彻底解决渗镀问题。 降低钯缸温度和浓度,以及减少钯缸处理时间,可以降低体系活性,有效地改善渗镀的问题。 镍缸的PH值,次磷酸钠以及镍缸负载,降低其控制范围有利于渗镀的改善,但因其影响较小而且过程缓慢,不宜作为改善渗镀问题的主要方法。 因操作不当导致钯缸或镍缸产生悬浮颗粒弥漫槽液,则应采取过滤或更新槽液来解决! 甩金 1.3.1主要原因:镍缸后(沉金前)造成镍面钝化,镍缸或金缸杂质太多 1.3.2问题分析: 金层因镍层发生分离,镍层与金层的结合力很差,镍面出现异常的造成甩金,镍面出现钝化是造成甩金的主要原因,沉镍后暴露时间过长和水洗时间过长,都会造成镍面钝化面导致结合力不良,当然,水洗的水质出现异常,也有可能导致镍层钝化 至于镍缸或金缸是否为甩金出现的主要原因,可在实验室烧杯中做对比实验来确定,若是,则更换槽液。甩镍

镍焊接方案

化工分公司整体搬迁及综合技术改造项目 10万吨/年片碱装置 镍管道安装施工方案 审批: 审核: 编制: 中国化学工程第十六建设公司 滨化工程项目经理部 二○一三年三月

目录 1.编制说明 (3) 2、编制依据 (3) 3、低碳镍管道焊接工程量见表1 (4) 4、低碳镍管道和焊材的领用管理 (4) 5、低碳镍管道的施工 (5) 6、低碳镍管道的下料加工 (5) 7、低碳镍管道的坡口尺寸和组对要求 (6) 8、低碳镍管道的焊前准备 (6) 9、低碳镍管道的焊接 (7) 10、焊接质量控制和检验 (9) 11、人员机具和物料消耗 (10) 12、镍管焊接进度安排 (10) 13、质量保证措施 (10)

1.编制说明 化工公司搬迁及综合技术改造项目10万吨/年片碱装置中的熔融烧碱等部分管道选用了低碳镍材质,系全部从国外公司进口,规格为1″~4″不等,材质为LC―Ni99.2(NO:2.4068)。满足业主的进度要求,特编制本方案作为施工指导性技术文件。 2、编制依据 2.1. 化工公司搬迁及综合技术改造项目10万吨/年片碱装置施工图; 2.2.《工业金属管道安装工程施工及验收规范》GB50235-2010; 2.3.《现场设备、工业管道焊接施工及验收规范》GB50236-2011; 2.4.《中化十六公司焊接工艺评定报告》;

3、低碳镍管道焊接工程量见表1 表1低碳镍管道焊接工程量 4、低碳镍管道和焊材的领用管理 由于低碳镍易受S的腐蚀,当其温度在300℃时,S在Ni中存在的微小颗粒都能导致镍的破坏,形成的镍化硫渗入到镍的晶界处,使镍的抗腐蚀能力大大下降,而S的来源主要是油、油脂、垃圾、油漆、漆、标记墨水、胶布带、胶、焦油或油纸等脏物和指纹(汗渍)、脚印以及大气中含S的工业空气。因此为了保证镍管的洁净,在镍管材的领用过程中必须做到: 4.1.参与领用镍材的人员必须穿干净的工作服、戴干净的手套。 4.2.领用镍的运输工具(汽车、板车等)必须经过处理,确保镍材不与钢铁、有污染的隔垫(指木板等)相接触,可在干净干燥的木板上铺一层干净的白布或用不锈钢钢板进行隔离。 4.3.领回的镍材及时安装,随领随用。当天未用完的镍材退还给工地仓库。

PCB沉金工艺控制故障及改善方法

PCB沉金工艺控制故障及改善方法 一、沉金 沉金过程是一种浸金工艺,沉金缸的主要成分;Au(1.5-3.5g/l),结合剂为(Ec0.06-0.16mol/L),能在镍磷合金层上置换出纯金镀怪,使得镀层平滑,结晶细致,镀液PH值一般在4-5之间,控制温度为85℃-90℃。 二、后处理 沉金后处理也是一个重要环节,对印制线路板来说,一般包括:废金水洗,DI水洗,烘干等步骤,有条件的话可以用水平洗板积对沉金板进行进一步洗板,烘干。水平面洗板机可按药水洗(硫酸10%,双氧水30g/L),高压DI水洗(30~50PSI),DI水 洗,吹干,烘干顺序设置流程,以彻底除去印制线路板孔内及表面药水和水渍,而得到镀层均匀,光亮度好的沉金板。 三、生产过程中的控制 在沉镍金生产过程中经常出现的问题,常常是镀液成分失衡,添加剂品质欠佳及镀液杂志含量超标,防止和改善此问题,对工艺控制起到很大的作用,现将生产过程中应注意的因素有以下几种: 1)、化学镍金工艺流程中,因为有小孔,每一步之间的水洗是必需的,应特别注 意。 2)、微蚀剂与钯活化剂之间 微蚀以后,铜容易褪色,严重时使钯镀层不均匀,从而导致镍层发生故障,如果线路板水洗不好,来自于微蚀的氧化剂会阻止钯的沉积,结果影响沉金的效果,从而影响板的品质。 3)、钯活化剂与化学镍之间 钯在化学镍工艺中是最危险的杂质,极微量的钯都会使槽液自然分解。尽钯的浓度很低,但进入化学镀槽前也应好好水洗,建议采用有空气搅拌的两道水洗。 4)、化学镍与浸金之间 在这两步之间,转移时间则容易使镍层钝化,导致浸金不均匀及结合力差。这样容易造成甩金现锡。 5)、浸金后

镍基高温合金激光焊接工艺研究

镍基高温合金激光焊接工艺研究 1 绪论 1.1 选题的依据及意义 高温合金是航空发动机的关键材料,而镍基及镍铁基高温合金是目前高温合金结构材料的重要组成部分,镍基高温合金由于具有优异的耐热性及耐腐蚀性,被称之为“航空发动机的心脏”,具有组织稳定、工作温度高、合金化能力强等特点,目前已成为航空航天、军工、舰艇燃气机、火箭发动机所必须的重要金属材料,同时在高温化学、原子能工业及地面涡轮等领域得到了广泛的应用。据统计,在国外一些先进的飞机发动机中,高温合金的用量已达发动机重量的55%~60%。用于制造涡轮叶片的材料主要是镍基高温合金,同时镍基高温合金还是目前航空发动机和工业燃汽轮机等热端部件的主要用材,在先进发动机中这种合金的重量占50%以上。 在镍基高温合金的焊接上,目前主要采用氩弧焊、电子束焊、钎焊与扩散焊等。激光焊具有高能量密度、深穿透、高精度、适应性强、不需要真空装置,热输入小,热影响区小且焊缝深宽比大,焊后变形小,表面光洁,可自冷淬火,焊接工艺参数调节比较容易等特性,因此非常适用于镍基高温合金的焊接。

1.2 国内外的研究概况及发展趋势 1.2.1镍基高温合金的发展及现状 高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关。1929年,英美Merica、Bedford和Pilling等人将少量的Ti和Al加入到soNi一ZoCr电工合金,使该合金具有显著的蠕变强化作用,但这并未引起人们的注意。1937年,德国HanS von ohain涡轮喷气发动机Heinkel问世,1939年英国也研制出whittle涡轮喷气发动机。然而,喷气发动机热端部件特别是涡轮叶片对材料的耐高温性和应力承受能力具有很高要求。1939年英国Mond镍公司(后称国际镍公司)首先研制成一种低C且含Ti的镍基合金Nimonic75,准备用作whittle发动机涡轮叶片,但不久,性能更优越的Nimonic80合金问世,该合金含铝和钛,蠕变性能至少比Nimonic75高50℃。1942年,Nimonic80成功地被用作涡轮喷气发动机的叶片材料,成为最早的Ni。(A1,Ti)强化的涡轮叶片材料。此后,该公司在合金中加入硼、布浩、钻、铝等合金元素,相继开发了Nimonic8OA Nimonie90……等合金,形成Nimonic才合金系列。

化学镍金制程分析

E l e c t r o l e s s N i c k l e/I m m e r s i o n G o l d P r o c e s s

■化学镀镍/金可焊性控制 1金层厚度对可焊性和腐蚀的影响 在化学镀镍/金上,不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊,由于金层很薄,在高温接触的一瞬间,金迅速与锡形成“界面合金共化物”(如A u S n、A u S n2、A u S n3等)而熔入锡中。故所形成的焊点,实际上是着落在镍表面上, 并形成良好的N i-S n合金共化物N i3S n4,而表现固着强度。换言之,焊接是发生在镍面上,金层只是为了保护镍面,防止其钝化(氧化)。因此,若金层太厚,会使进入焊锡的金量增多,一旦超过3%,焊点将变脆性反而降低其粘接强度。 据资料报导,当浸镀金层厚度达0.1μm时,没有或很少有选择性腐蚀;金层厚度达0.2μm时,镍层发生腐蚀;当金层厚度超过0.3μm时,镍层里发生强烈的不可控制的腐蚀。 2镍层中磷含量的影响 化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。磷含量较高时,可焊性好,同时其抗蚀性也好,一般可控制在7~9%。当镍面镀金后,因N i-A u层A u层薄、疏松、孔隙多,在潮湿的空气中,N i为负极,A u为正极,由于电子迁移产生化 学电池式腐蚀,又称焦凡尼式腐蚀,造成镍面氧化生锈。严重时,还会在第二次波峰焊之后发生潜伏在内的黑色镍锈,导致可焊性劣化与焊点强度不足。原因是A u面上的助焊剂或酸类物质通过孔隙渗入镍层。如果此时镍层中磷含量适当(最佳7%),情况会改善。 3镍槽液老化的影响 镍槽反应副产物磷酸钠(根)造成槽液“老化”,污染溶液。镍层中磷含量也随之升高。老化的槽液中,阻焊膜渗出的有机物量增高,沉积速度减慢,镀层可焊性变坏。这就需要更换槽液,一般在金属追加量达4~5M T O时,应更 换。 4P H值的影响 过高的P H,使镀层中磷含量下降,镀层抗蚀性不良,焊接性变坏。对于安美特公司之A u r o t e c h(酸性)镀 镍/金体系,一般要求P H不超过 5.3,必要时可通过稀硫酸降低P H。 5稳定剂的影响 稳定剂可阻止在阻焊C u焊垫之间的基材上析出镍。但必须注意,太多时不但减低镍的沉积速度,还会危害到镍面的可焊性。

底盘焊接工艺研究

底盘焊接工艺研究 随着我国汽车行业的迅速发展,我国各个汽车制造企业之间的竞争进入白热化阶段,为了提高企业的竞争力,汽车行业逐步深入到汽车底盘焊接工艺的研究中,期望能够通过更好的焊接工艺提高汽车底盘焊接的整体质量,并实现降低费用成本和时间成本的效益,从而有效促进企业的稳定发展。鉴于此,本文就针对底盘焊接工艺做一些分析,并提出相应建议以供参考,希望能为底盘焊接工艺的创新发展提供有效参考价值。 标签:底盘;焊接工艺 在汽车产品的制造过程中,底盘焊接的整体水平将直接影响到整个产品的制造质量和成本,一般汽车的摆臂、副车架以及非承載式车架都是选择电弧焊接工艺,这种工艺具有较高的热输入量,在焊接过程中出现的变形情况也较为复杂,这就给底盘的焊接工作带来较高难度。同时,虽然我国电弧焊接工艺已经相对成熟,但是汽车底盘的焊接结构较为复杂,而且还具有空间小和焊接走向不规则等多项特征,这些问题都给焊接工艺的应用和开发带来一定难度。此外,在我国汽车工业的持续发展背景下,我国对于汽车底盘焊接质量的要求越来越高,这就需要根据时代发展不断创新焊接工艺,并在焊接工艺的设计过程中充分考虑其他工艺的结合运用,以此满足于不同的工作需求,从而有效提高底盘的焊接质量,有效促进汽车行业的稳定发展。 1 科学合理的焊接工艺设计 焊接工艺设计是否具备科学性及合理性将直接影响到底盘焊接的整体质量,而且焊接工艺设计对于焊接的变形情况和焊接的变形方向都有着决定性的影响作用,在很大程度上也能够确保焊接产品具有良好的精度,例如在两个支架的焊接过程中要保证其对成型,这种情况下就要通过一个工序完成对称焊接,不能采取分工作业。同时,在进行焊接工艺的设计过程中,设计人员也要着重考虑到产品的相关功能,并合理选择不同种类和不同规格的设备。例如在对称支架的焊接过程中,应确保两者的焊接作业能够同时进行,以此有效提高焊接工艺的有效性[1]。但是一般通过人力只能够完成单个支架的焊接工作,其中后桥支架作为底盘结构中的受力件,对于焊接强度的要求也相对较高,这种情况下就很容易出现支架焊道的断裂情况,最终造成后桥支架的功能失效,所以在条件允许的情况下可以通过机器人同时进行双支架的焊接作业,从而有效控制后桥支架的变形情况,使焊接质量能够得到有效保障。此外,设计人员也要针对各个底盘结构的焊接变形规律进行详细观察,以便能够在焊接工艺的创新开发过程中,根据焊接的变形规律进行科学合理的工艺设计,从而有效促进焊接工艺的创新发展。 2 焊接夹具的可调性设计 焊接夹具的设计质量对于焊接工件的变形情况能够起到良好的控制效果,一般在焊接夹具的设计过程中可以根据焊接变形规律进行焊接夹具的设计,这种设

化学镀镍金常见问题分析

化学镀镍/金常见问题分析 由于化学镍/金制程敏感,化学镍/金板的用途多种多样,且对表观要求极严,因此化学镀镍/金生产中所遇到的问题很多。其中常见的一些问题及解决方法参见下表2。 问题 原因 解决方法 可焊性差 1)金层太厚或太薄; 2)沉金后受多次热冲击; 3)最终水洗不干净; 4)镍槽生产超过6MTO。1)调整参数,使厚度在:0.05~0.15μm; 2)出板前用酸及DI水清洗; 3)更换水洗槽; 4)保持4~5MTO生产量。 Ni/Cu结合力差 1)前处理效果差; 2)一次加入镍成分太高1)检查微蚀量及更换除油槽; 2)用光板拖缸20~30min Au/Ni结合力差 1)金层腐蚀; 2)金槽、镍槽之间水洗PH>8 3)镍面钝化1)升高金槽PH值; 2)检查水的质量; 3)控制镀镍后沉金前打气及停留时间 漏镀 1)活化时间不足; 2)镍槽活性不足1)提高活化时间; 2)使用校正液,提高镍槽活性 渗镀 1)蚀刻后残铜; 2)活化后镍槽前水洗不足; 3)活化剂温度过高; 4)钯浓度太高; 5)活化时间过长; 6)镍槽活性太强1)反馈前工序解决; 2)延时水洗或加大空气搅拌; 3)降低温度至控制范围; 4)降低浓度至控制范围; 5)降低活化时间; 6)适当使用稳定剂 镍厚偏低

1)PH 太低; 2)温度太低; 3)拖缸不足; 4)镍槽生产超6MTO 1)调高PH值; 2)调高温度; 3)用光板拖缸20~30min; 4)更换镍槽 金厚偏低 1)镍层磷含量高; 2)金槽温度太低; 3)金槽PH值太高; 4)开新槽时起始剂不足1)提高镍槽活性; 2)提高温度; 3)降低PH值; 4)适当加入起始剂 渗镀问题改善办法 随着电子产业的高速发展,PCB布线越来越精密,多数PCB厂家都采用干膜来完成图形转移,干膜的使用也越来越普及,但我在售后服务的过程中,仍遇到很多客户在使用干膜时产生很多误区,现总结出来,以便借鉴。 一,干膜掩孔出现破孔 很多厂家认为,出现破孔后,应当加大贴膜温度和压力,以增强其结合力,其实这种观点是不正确的,因为温度和压力过高后,抗蚀层的溶剂过度挥发,使干膜变脆变薄,显影时极易被冲破孔,我们始终要保持干膜的韧性,所以,出现破孔后,我们可以从以下几点做改善: 1,降低贴膜温度及压力 2,改善钻孔披锋 3,提高曝光能量 4,降低显影压力 5,贴膜后停放时间不能太长,以免导致拐角部位半流体状的药膜在压力的作用下扩散变薄 6,贴膜过程中干膜不要张得太紧 二,干膜电镀时出现渗镀 之所以渗镀,说明干膜与覆铜箔板粘结不牢,使镀液深入,而造成“负相”部分镀层变厚,多数PCB厂家发生渗镀都是由以下几点造成: 1,曝光能量偏高或偏低 在紫外光照射下,吸收了光能量的光引发剂分解成游离基引发单体进行光聚合反应,形成不溶于稀碱的溶液的体型分子。曝光不足时,由于聚合不彻底,在显影过程中,胶膜溶胀变软,导致线条不清晰甚至膜层脱落,造成膜与铜结合不良;若曝光过度,会造成显影困

镍的焊接技术

实例——Ni200纯镍管道焊接 某化工集团5万吨离子膜片碱装置采用纯镍管道Ni200材料,管道总条240多米,焊口260多个,管道最小规格DN25mm,最大规格DN800mm,壁厚3.05~4.31mm,Ni200纯镍化学成分和焊丝化学成分见表13。 表13 Ni200纯镍化学成分和焊丝化学成分 (1)低碳镍钢的焊接性分析 为便于分析,将纯镍Ni200、低碳钢Q235和不锈钢18-8物理性能作一比较(见表14),纯镍焊接主要存在焊接热裂缝、气孔和外观成形差。 ①焊接热裂纹纯镍含量大于或等于99%,焊接时具有一定的热裂倾向与材料中是否含有硫、磷等有害元素及含量有关,即使少量,也会产生相当大的影响,随着S、P含量增高,热裂倾向大大增加,因此控制材料中的S、P杂质,防 止S、P的污染非常重要。 ②焊缝气孔纯镍对氢气孔非常敏感,氢在液态金属中溶解度较大,随着温度下降而显著降低,由于纯镍热导率大,固液相温度区间小,液态金属黏度大,流动性差,焊缝结晶凝固快,熔池液态金属中溶解的氢不易析出,便生成气孔。减少气孔必须采用合适的焊接材料,并保证焊件和焊丝的清洁、干燥,防止外界空气、油脂、水分等污染熔池。当环境气温低于16℃时易产生气孔,这是坡口表面存在冷凝水的缘故,焊前必须预热,施焊时还要求空气相对湿度小于65%。 ③未熔合和焊缝成形差由于纯镍热导率大,熔池冷却凝固快,小电流焊接不易充分熔化母材,导致焊缝易出现未熔合缺陷。液态金属流动性和润湿性差,焊缝表面纹路较粗,且易产生咬边、凹陷,焊缝成形不如碳钢、不锈钢美观。 (2)焊接工艺 ①焊接方法采用钨极氩弧焊对熔池保护效果好,易操作,易保证焊接质量。焊丝采用ERNi-1,直径2.5mm,该焊丝中含有Mn、Mn与S化合能阻止低熔共晶NiS的形成,能有效预防热裂纹的产生,焊丝中少量的铝、钛元素能起到脱氧剂的作用。为了保护纯镍不受环境污染,Ni管子必须存放在干净、干燥和安全的仓库内,并由专人负责保管,保管和施工人员不能直接用手触摸材料,必须穿干净的工作服,戴干净的手套,总之不准对材料带来污染。

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