压力对微小盲孔化学镀金深镀能力的影响

罗华江*，陆显文，付定国

（贵州航天电器股份有限公司，贵州 贵阳 550009）

压力对微小盲孔化学镀金深镀能力的影响

罗华江*，陆显文，付定国

（贵州航天电器股份有限公司，贵州 贵阳 550009）

分析了微小孔镀金的难点，对比了微小孔分别在常压和负压下化学镀金的深镀能力。结果表明，在常压下微小盲孔化学镀金的深镀能力不如电镀金。在负压下对微小盲孔化学镀金后，孔内镀层可达的深度与孔内径之比高达5.3，深镀能力远优于常压化学镀金和电镀金。

微小盲孔；电镀金；化学镀金；深镀能力；压力

连接器的信号传递主要依靠接触件之间的接触完成，镀金层作为接触件的表面镀层，赋予了接触件较低的接触电阻、易焊接性、强耐蚀性和一定的耐磨性。镀金层存在质量问题会导致信号传递不良，甚至酿成严重的质量事故。因此在连接器的制造、加工过程中，通常将接触件电镀金作为关键工序。

在微型连接器电镀中，孔径小于0.3 mm、孔深超过1.5 mm的孔称为微小孔[1]。微孔电镀是微型连接器电镀的关键技术之一。而在电接插件领域，孔径为0.28 mm的刚性插孔接触对的电镀也是当前亟需解决的难题。

1 微小孔镀金的难点

1.1 孔内溶液交换困难

如图1所示，由于溶液表面张力的作用，微小孔容易出现毛细管现象：溶液进入孔内后，孔内压力往往大于孔外压力。此现象在直径越小以及深度越长的通孔中尤为明显。而对于微小的盲孔零件而言，还存在虹吸作用，溶液更难从孔中流出，使孔内溶液难以得到交换。这一方面会造成在酸洗、活化过程中孔内氧化物难以去除，另一方面会使前道工序的溶液滞留于孔内，导致后道工序的溶液被污染。

图1 微小盲孔内液流示意图Figure 1 Schematic diagram showing the flowing of solution in micro-via

1.2 受形状的影响，孔内分布的电流密度和电势过低

要在孔内实现金属沉积，孔内的电极电势必须达到一定值。因形状的影响，微小孔内的电极电势一般较低，致使孔内深处无法沉积得到金层。根据生产实践，微小孔电镀金的深镀能力(指在镀件凹处沉积的能力，本文采用孔内镀层可达的深度与孔内径之比表示)通常如表1所示。从中可知电镀金盲孔的深镀能力较差。就电镀金工序而言，这是由电流密度分布不均造成的。

表1 微小盲孔电镀金的深镀能力Table 1 Throwing power of gold electroplating for micro-via

化学镀金无需使用电源，不存在电流密度分布不均的问题，沉积过程中镀液中的还原剂直接与金发生反应。因此化学镀液可以接触到的位置均能上镀。采用抽负压的方法来提高化学镀溶液进入微小孔的能力后，化学镀的深镀能力会远高于电镀。

2 微小盲孔化学镀金工艺

选用孔内径分别为0.56 mm、0.28 mm，孔深均为3.0 mm的黄铜直盲孔结构零件，对其化学镀金的工艺流程为：超声波除油→碱煮(NaOH 100 g/L，NaNO2100 g/L，保持沸腾，25 min)→活化(盐酸500 mL/L，3 min)→铬酸钝化(CrO315 g/L，硫酸1 mL/L，孔内光亮为止)→水洗→甩干→活化→化学镀金→回收水洗→热水洗(沸腾，20 min)→甩干→烘干。

采用常见的还原型化学镀金液[2]：氰化金钾2 g/L，次磷酸钠10 g/L，氯化铵75 g/L，柠檬酸钠50 g/L，pH 7.0 ～ 7.5，温度90 ～ 95 °C，沉积速率3 μm/h。

2.1 常压下微盲孔化学镀金

在常压下对微小孔化学镀金2 h后，将孔沿纵向剖开以观察孔内镀金层的深度，并采用德国宏德maXXi 5型X-RAY镀层测厚仪测不同区域的金层厚度，结果分别见表2和表3。

表2 微小盲孔常压化学镀金的深镀能力Table 2 Throwing power of electroless gold plating for micro-via at atmospheric pressure

表3 微小盲孔不同位置的电镀金层厚度(常压)Table 3 Thickness of electroplated gold coating at different positions of micro-via obtained at atmospheric pressure

对比表1和表2可知，常压下化学镀金在盲孔内的深镀能力不如电镀金。从表3可知，微盲孔常压化学镀金时孔内金层很薄，并且厚度分布的均匀性很差。观察施镀过程发现，化学镀金时有少量气泡产生，并聚集在微孔口而无法排出，使化学镀金溶液受阻而无法进入孔内深处，所以常压化学镀金的深镀能力更差。

2.2 负压下微盲孔化学镀金

为了将孔内的气泡排出，在真空度为0.08 MPa的负压下对微盲孔化学镀金2 h，将孔沿纵向剖开观察，并测量不同区域的金层厚度，结果分别见表4和表5。

表4 微小盲孔负压化学镀金的深镀能力Table 4 Throwing power of electroless gold plating for micro-via at negative pressure

表5 微小盲孔不同位置的化学镀金层厚度(负压)Table 5 Thickness of electrolessly plated gold coating at different positions of micro-via obtained at negative pressure

对比表2和表4可知，负压化学镀金的深镀能力远远高于常压化学镀金，提高了近4.5倍。

从表5可知，与常压化学镀金相比，负压化学镀金层的深镀能力和厚度都显著提高。证明在负压条件下，可以有效排除孔口聚集的气泡，促进化学镀金溶液进入孔内，而化学镀金溶液所到之处，均可镀上金层。

2.3 关于负压下电镀的讨论

负压下化学镀金，设备简单，无需定制专用设备即可完成。负压下电镀则需要定制专用设备，故暂未进行相关实验。可以预料的是，受孔内电力线分布的影响，对于结构和前处理状态相同的零件而言，负压电镀时的孔内镀层深度和厚度将低于化学镀金。但电镀金更适合批量生产，若加以研究，可能会有更大的实用价值。

3 结语

虽然经过多年的开发，但是化学镀金较电镀金而言，依旧存在很多缺点：使用条件和操作范围窄，工艺稳定性差；材质表面必须彻底洁净；镀液寿命短，成本较高。因此化学镀金的大规模应用仍不够成熟，电镀金工艺则因稳定性较好而早已大规模应用。但由于试验条件有限，本文并未对负压条件下的电镀金进行研究。待试验条件成熟后，可继续就这一方向进行研究。

[1] 张勇强, 蒋维刚.接插件微孔深孔电镀工艺技术[J].电镀与涂饰, 2015, 34 (4): 189-195.

[2] 张允诚, 胡如南, 向荣.电镀手册[M].3版.北京: 国防工业出版社, 2007: 543.

[ 编辑：周新莉 ]

Effect of pressure on throwing power of electroless gold plating for micro-via

LUO Hua-jiang*, LU Xian-wen, FU Ding-guo

The difficulties of gold plating for micro-via were analyzed, and the throwing power of electroless gold plating respectively at atmospheric and negative pressure was compared.The results showed that the throwing power of electroless gold plating at atmospheric pressure is worse than that of gold electroplating.After electroless gold plating at negative pressure, the ratio of gold coating length inside a via to the inner diameter of the via is up to 5.3, indicating a much better throwing power as compared with that of electroless plating at atmospheric pressure and electroplating.

micro-via; gold electroplating; electroless gold plating; throwing power; pressure

Guizhou Aerospace Electronics Co., Ltd., Guiyang 550009, China

TQ153.18

A

1004 – 227X (2017) 15 – 0827 – 03

10.19289/j.1004-227x.2017.15.007

2017–05–24

2017–07–11

罗华江（1985–），男，贵州贵阳人，工程师，主要从事连接器电镀方面的研究工作。

作者联系方式：(E-mail) 402423329@qq.com。