电子电镀技术概况

1 前言

以互联网技术和移动通讯技术为代表的现代电子技术的发展，可以说是日新月异。不仅是新产品层出不穷，而且其总量的增长也非常惊人。据我国信息产业部统计，2004年，全国电子信息产业（主要是制造业和软件业）工业总产值超过１万亿元人民币。其中，移动通信手机产量达５２１０万部，数字程控交换机４６５７万线，数字移动交换机３６３０万线，微型计算机８６０万台，彩色电视机３７４２万部，集成电路３２．６亿块，电子元器件２７７４亿只，产品出口额达到５５１亿美元。 所有这些产品都离不开表面技术，而电子电镀则在电子产品的表面处理技术中占有很大比重。更为重要的是，电子电镀在电子产品中的应用，绝不仅仅只是表面装饰的作用。电镀对于有些电子产品来说，是其制造工艺之一，直接影响到电子产品的性能和质量。因此，电子电镀工艺和产品的技术含量，在所有电镀技术中是最高的。关注电子电镀的技术发展情况和行业动向，是电镀界同仁共同关心的问题。本文根据所收集到的相关信息，对我国电子电镀的概况加以介绍。

2 电镀在电子工业中的应用及现状
    镀在电子工业中的应用，有着不同于其它行业的特点，这就是除了装饰、防护性要求以外，更多的是功能性方面的要求，有些电镀过程实际上是产品制造过程中的加工工艺，不可或缺。因此，电子电镀涉及的镀种多，工艺流程较长，工艺要求很高，从而形成了一个专门的电镀领域。以下分类将电镀在电子工业中的应用加以介绍。
2.1 电子产品的装饰性电镀、塑料电镀
    电子产品的外装金属件绝大部分是需要进行装饰性电镀的，主流的镀种曾经是装饰性镀铬，或镀仿金，其后发展为亚光镀铜、镍、铬或枪色等各种装饰合金。其中在上世纪七、八十年代，电子产品的外装件中大量采用塑料电镀技术，使塑料电镀在我国得以普及。这又涉及到非金属表面金属化技术、化学镀技术等。并且促进了可电镀塑料的开发和与塑料电镀有关的一系列技术的开发。
     塑料电镀的成功，在一定程度上得益于后面要介绍到的印制板孔金属化技术。这就是胶体钯一步活化法的引入，大大提高了塑料电镀的效率和工艺的稳定性，虽然现在已经有直接镀技术用于塑料电镀，但不少企业仍然采用胶体钯活化工艺，只不过由于表面活性剂技术的进步，现在的活化钯浓度已经大大降低，由原来的1g/L 档搅讼衷诘?.1g/L，使成本大为下降。
    镀铬由于环保的原因将会受到严格的限制，在近几年内很可能退出装饰性电镀的历史舞台。取代它的会是各种代铬镀层，主要是锡合金镀层，三价镀铬作为一个过渡性镀种，也将会流行起来。
    由于电子产品的小型化和新产品推出周期的越来越短，电子产品越来越多地采用成型快的可塑性材料，比如塑料、铝合金、镁合金等。这些材料上的电镀和表面处理技术还有很大的发展空间。
     在电子产品装饰性电镀领域，我国的电镀技术和相关原材料尚能满足大部分产品的需要，这是我国电子电镀化工产品中尚能占一定份额的领域。
2.2 印刷线路板电镀、酸性镀铜、孔金属化技术
    印刷线路板是现代电子产品中使用量最大的产品之一，也是电子电镀应用的一个重要领域。从最早出现的单面板，到双面板，再到多层板，现在更是发展到数十层的线路板；从刚性板到挠性板，从纸合成板到纤维树脂板到金属板等。随着电子产品的小型和轻量化，而又要求大功率化，印刷线路板技术还在发展当中。所有这些印制板，目前都离不开电镀技术，其中为了内联和图形电镀而应用的孔金属化技术和酸性镀铜技术，在电子电镀中占有很大比重。
    统计显示，在2000年我国的印刷线路板业的产值就达到了36.35亿美元，占全球印刷线路板产品产值的8.7%，居世界第4位。由于酸性镀铜在印刷线路板制作过程中用量很大，使与酸性镀铜有关的材料消耗量也相应增长。据不完全统计，广东的印刷线路板厂家仅磷铜一种原料，年消耗量达10000吨左右。大型印制板企业年消耗磷铜400-600吨，中型企业消耗200-300吨。而酸性镀铜必不可少的光亮剂在广东一年的消耗多达1000多吨。大型印制板企业的酸性镀铜槽都在几万升，甚至上十万升，这在其它电镀业是不可想象的。
    目前酸性镀铜技术还主要是在采用高分散能力和镀层细致光亮的高效低消耗添加剂，还有溶解性能好的磷铜阳极。技术上进步明显的是孔金属化技术，现在已经采用直接镀技术来取代以往的多流程活化和化学镀工艺。
    热风整平是印制板制作过程中的一道重要工序，但是，由于加工过程温度过高，新一代印制基板不适合这种工艺，对于多层小面积和极细微图形，这种方式也是不适合的，而最主要的一个因素是环境污染严重，所以取代热风整平工艺势在必行。而作为可替代的工艺，大多数是电镀工艺：
    ①电镀镍/电镀软金，它主要用于金线键合（Gold Wire Bonding），但要求全线路要导通。
②化学镀镍/置换镀金（EN/IG），也称化学镀镍金，它适于焊接和铝线键合，因全程采用化学镀，线路不必事先导通即可施镀。
③化学镀镍/置换镀金/化学镀金，它适于焊接以及金线、铝线的键合。
⑤置换镀锡（IT），它是新兴的工艺，镀层十分平整，厚度只有1μm，但焊接性能优良，可通过155℃烘烤4小时及3次重熔，可完全取代HASL，但不适于键合。
⑥置换镀银（IS），这是最新最好的工艺。镀层十分平整，厚度仅0.2~0.3μm，可通过155℃烘烤4小时及3次重熔，同时适于铝线键合，是一种价廉物美的取代HASL及化学镀镍金（EN/IG）的新技术。它特别适于高密度细线（“＜0.02”）和细孔印制板，如BGA、COB板的应用。
    印制板制造在设备方面的进步也是十分明显的，现在开始流行水平自动电镀线，一改以往将印制板垂直悬挂的做法，使电镀的效率和质量都有所提高。
    但是，印制线路板电镀化工原料的供应几乎完全是国外产品的天下，只有少量的低端产品生产企业在使用国内产品，并且可供选择的厂商也不多。
    印制板电镀化工原料被国外企业垄断的原因是这个行业对原材料的要求高，生产流程长，且不允许任一工艺过程出错，否则损失较大，使供应商承受较大理赔风险。国际上流行的印制板化工产品供应商由于有多年的现场经验和成熟的技术产品，企业综合素质高过我国同行业企业，且大型印制板厂很多就是从海外牵入国内的，供应商跟进服务，形成战略同盟。这使得我国的供应商进入的机会很少。
    另外，由于体制的原因，我国电镀的主流很长一个时期被定位在机械行业。而电子工业的国家主管部门多次变动，对电子电镀的发展都带来不利影响。仅以笔者多次参加的海峡两岸表面精饰联谊会为例，台湾电镀业代表每次都有很多从事电子电镀的同业来大陆交流，但我们每次都没有对应的相关人员参与，令台湾同胞感到很奇怪，不得不认为大陆电子电镀实在是与国际水平有较大的距离。这虽然有以偏概全之嫌，但多少反应了我国电子电镀整体上落后于世界水平的现状。这一点在印刷线路板业是最为明显的。
2.3 钎焊性电镀锡合金技术
    锡焊是电子产品连接中至今都在采用的工艺。所以锡及其合金镀层在电子电镀中也占有相关比例。曾经流行的镀锡铅合金工艺是氟硼酸镀锡铅工艺，由于不易获得光亮镀层，早期的镀层要采用镀后甘油热熔的工艺。这一工艺由于环境保护的问题现在已经不大采用。目前我国流行的是***酸性镀锡，这一镀种成份简单，就是***和***亚锡，主要依*光亮剂和添加剂来获得分散能力好、光亮性好的镀层。可以吊镀也可以滚镀。
    但是***盐镀锡的最大问题仍然是稳定性问题，二价锡的氧化是很难控制和避免的。另外，由于是酸性体系，分散能力也不可能很好，对于复杂的零件电镀还存在分散性能不够的问题，因此，有些产品要采用有机磺酸盐镀锡的工艺。另外在印刷线路板的镀锡中，用甲基磺酸盐镀锡替代氟硼酸镀锡也是一个趋势。
    钎焊性镀层的另一个问题是去铅化的问题。由于铅也是受到限制使用的金属，采用无铅焊锡已经是流行趋势。同样，镀锡铅合金的工艺也在逐步被取代。由于对镀纯锡存在一定程度的担心，也就是所谓长锡须的问题，所以现在流行的做法是使用锡与少量其它非铅金属构成新的锡合金的工艺。比较常见的是锡铜合金（含Cu1.3%）、锡银合金（含Ag3.5%）和锡铋合金（含Bi 0.3-0.5%）等。
2.4 电子器件、连接器、微波器件电镀
    除了印制板外，电子产品还有很多器件需要电镀，包括支架、外壳、连接件等都需要电镀，镀种涉及镀锌、镀镍、镀金、镀银、镀合金等。对铝制品，则涉及铝阳极氧化、着色、化学氧化等。
    镀锌主要是用于钢铁制基板、框架、外壳或标准件的防护用电镀，要求外观好而有高耐蚀性，以往多采用镀锌彩色钝化，并且镀锌多用氰化物镀锌。现在已经有各种环保镀锌工艺，镀层的钝化也是低铬或无铬钝化，并且色彩也不再是单一的彩虹色，而是有白色、蓝白色、黑色、军绿色等。标准件几乎都是采用的氯化物光亮镀锌，并且可能染出各种色彩，以适合装备中的识别。
    电子产品中连接器的制造现在已经是独立成为了一个很大的行业，这个行业对电镀有相当大的需求。镀种涉及镀镍、镀金、镀银、镀三元合金等。镀镍特别是全光亮镀镍，不仅仅是良好的装饰性镀层，而且是贵金属电镀中不可少的扩散阻挡层，在电子电镀中有着广泛的用途。我国的光亮镀镍添加剂的水平已经非常接近国际先进水平，这是因为镀镍中间体技术在我国有较大突破，特别是以武汉风帆化工有限公司为首的一批国内电镀中间体研发和生产企业，为我国电镀添加剂开发商提供了优良的镀镍中间体产品，为一批良好的镀镍光亮剂提供了优质原材料。
    连接器电镀大量采用镀镍后镀金或镀银的工艺。这使得这类产品的成本偏高，为此，开发了代银的三元合金电镀技术，也就是以铜锡锌三元合金来取代镀镍、银，所获得的镀层是亮白色，实际就是白铜锡镀层。这在N型连接器中已经大量采用。但目前的三元合金电镀工艺采用的是剧毒的氰化物做络合剂，且需要加温，使得镀液不稳定，镀层色泽不易控制。研发能替代氰化物络合剂的三元合金电镀工艺，是一个值得开发的课题。已经有酸性镀锡锌合金工艺可供选择，但存在分散能力需要改进的问题。
    现代电子通信特别是移动通信中，微波器件产品占有相当大的份额。 这类产品因为与波的传导性能有关，所以多采用导电性能最好的银作为电镀层。
    连接器中大量采用的连接线多半也是镀银的，有一类引线类连接线的电镀采用的是卷对卷或轮对轮式的连续高速电镀装置，镀种涉及镀银、镀锡、镀合金、镀金等。这些镀种的添加剂几乎都是国外产品。
2.5化学镀和置换镀
    电子电镀中有一个专门的领域是化学镀，许多电子产品的加工过程都涉及到多种化学镀工艺，或是化学镀与电镀复合使用的工艺，比如取代热风整平的电镀与化学镀工艺，孔金属化中的化学镀铜工艺，用于磁性镀层和工艺性镀层、装饰性镀层的各种化学镀镍工艺。特别是化学镀镍，在电子电镀中占有重要位置。
    化学镀也称为自催化镀，是不需要外加电源的化学沉积过程。由于不受电力线分布的影响，只要浸到镀液且可以流动的地方，都可以镀上镀层。因此是分散能力极好，镀层非常均匀的一种镀覆工艺。这种特点使其在电子电镀中获得广泛的应用。而应用最多的就是化学镀镍。
    化学镀镍工艺在国外发展了40余年，上世纪80年代达到开发研究与应用高潮。目前化学镀镍工艺从溶液使用寿命到自动控制和自动补加都达到相当高的水平，并有系列化的商品出售。
    我国化学镀镍在上个世纪七十年代的塑料电镀开发过程中就开始了应用，改革开放以后，其工艺研究发展很快，一下跃升到第三代，第四代。即镍盐+次亚磷酸钠+络合剂+稳定剂（第三代）和镍盐+次亚磷酸钠+复合络合剂+稳定剂+促进剂+缓冲剂+润湿剂（第四代）。工艺性能基本上接近国际水平。
    化学镀镍根据其镀层中含磷量的多少而有不同用途。含磷量在3WT%以下的低镍镀层，有耐蚀性好，还原率高等优点，但是镀液管理上有些困难，成本较高，除了特别需要的产品以外，没有被广泛采用。
    含磷量在9WT%左右的化学镀镍是被广泛采用的镀种，我们通常说的化学镀镍，就是指的这种镀镍。
    高磷型化学镀镍（含磷量在12WT%），主要是作为磁盘镀镍镀层而被采用。所有这些化学镀镍都不同程度存在一些弱点，各种改进的努力还在进行中。
    除了化学镀以外，还有一类化学置换镀在电子产品中也有着较为广泛的应用。所谓化学置换镀，是利用金属的化学活泼性顺序中电位正的金属离子可以在比其电位负的金属上置换（还原）出来的性质，而进行的镀覆过程。也被叫做浸镀、置换镀。使用最早的是置换镀银，还有置换镀金，现在置换镀锡也开始被引入电子产品的加工，在引线、印制板中都有所应用。
3 动向和预测
    电子行业是一个高增长的行业，无论是技术还是产品和产量，都处在急剧增长的变动之中，要做出准确的预测是很难的。据有关部门统计资料显示，2005年全球电子产品生产总值为125亿美元，其中中国占总量的77%，2002年至2007年中国线路板需求增长将达114.6%,生产增长127.4%，2003年半导体全球生产规模达1660亿美元，中国占12%，预计到2008年全球规模将达2170亿美元，中国将占23%。也就是说我国将成为第一大电子产品生产基地。我国电子工业的增长率将高于世界的平均水平而达到20%以上，这对我国电子行业和电子电镀业是一个很好的机遇也是一个极大的挑战。
     其中很多新产品和新工艺都会以很快的速度普及和扩大应用面和使用量。以印制线路板中的挠性印制电路板为例。挠性印制电路板（FPC）在整个印制线路板中是一类迅速发展的品种。在2004年，世界FPC的产值达到了384亿美元，占整个印制板总产值的15.5 %。预测在从2003年到2007年的几年中，全球FPC产值将以为12 % 的年平均增长率高速增长。预计到2010年全球FPC的产值会提高到占印制板总产值的40%左右。挠性覆铜板（FCCL）作为FPC的重要基材，在生产量和应用领域方面，也随之在近年得到很快的增长与扩大。而我国这类产品现在几乎都是依赖进口。这种挠性印制板由于有可变形的特点，适合手机、笔记本电脑、机器人、电子宠物等产品，其应用肯定会持续增长。这一产品对电镀技术的要求明显是更高的，那就是镀层的柔软性，要与其挠性相匹配。这就要求酸性镀铜等镀层要有更低的应力和最小的有机夹杂物。
    随着环境污染对全球气候和生存环境的影响越来越明显，各国对产品的环保要求也越来越严。对于所有电子产品供应商来说，2005年所面临的最紧迫的挑战之一就是来自欧洲市场的环境标准要求，它要求许多电子元件无铅化，而且不得含有重金属成分。欧洲的这个《电子产品垃圾处理法》（WEEE）将于今年8月13日正式生效，这一法规看似有地区保护性嫌疑，但却是合理和有远见的法规。根据这一法规规定，今后所有电子产品供应商不仅仅是要提供符合环保要求的产品，而且有义务回收电子垃圾。2005年8月13日后进入市场的产品必须有“分类回收”的标识；生产者在2005年8月13日前要设立回收资金以便为历史“垃圾”的处理和将来的产品回收提供资金保证；到2006年底，产品回收率（Recovery Rate）要达到产品重量的75%，材料再循环利用率(Recycle Rate)要达到产品重量的65%。电子废物的制造者（生产商或代理商）要承担回收费用；销售商负责废物回收；用户免费退还电子废物。
    可以预见，今后的电子类产品消费者在采购新的电子产品时，将被要求提供报废的电子产品（即所说的“用户免费提供电子废物”），如果不能如实提供，可能就会被要求交付一定废品回收的费用。面对地球资源日益紧缺的今天，相信这一措施不仅在欧洲，在其它各地区各国都会盛行起来。受这一规定影响的当然不仅仅是消费者，很多供应商特别是制造商将要对自己的加工工艺进行检讨和改进。其中印制板制造商是受欧洲新标准要求影响最直接的行业之一。很多制造商正在开发不同的无铅电镀技术以替代传统的热风整平技术，包括采用化学浸锡和金来替代热风整平工艺。
    电镀工业本身就是一个对环境污染比较严重的行业，多年来一直受到各种环境保护机构和组织的严格监控之中。如果说在改革开放的初期为了经济的快速增长，曾经以牺牲环境为代价发展经济，那么到了现在，不仅仅是全球化使得供应商和用户成了利益共同体，并且因为任何一地的污染，都会对全球带来影响。因此，电镀加工将会受到各种环境法规的限制和影响。开发环保型电镀工艺或取代电镀的工艺，将会是今后很长一个时期的重要课题。而由于电子产品使用的材料和加工过程涉及多种工艺，所以电子产品和电子电镀已经并必将受到环境保护法规的限定和影响。
    可以预见，化学镀和化学置换镀将受到更多的重视，除了取代热风整平的需要外，节约资源和降低成本也是一个重要的理由。对于在良好环境下使用的产品，且又有良好的后处理手段，比如高性能表面活性膜（往往是分子水平的厚度），采用化学镀或化学置换镀，是一种很好的表面处理选择。