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近大半年來，各種金屬原料的價格不斷上漲，尤其是一般有色金屬，如銅、鋅、錫和鎳等，更是節(jié)節(jié)上升，居高不下。就以金屬銅來說，半年來上升幅度達(dá)一倍，金屬鎳若和四年前的價格相比，累積升幅達(dá)四倍多。對于電鍍業(yè)人士來說，這無疑是一個沉重的沖擊。
要緩解以上的艱難情況，我們借鑒PCB(PC-Board Plating)電子線路板電鍍。在80年代以前，電子線路板的生產(chǎn)以化學(xué)鍍銅為主流。后來，歐美對環(huán)保法例進(jìn)行修訂，其中對化學(xué)鍍的還原劑 (主要成份為致癌物質(zhì)甲醛)、穩(wěn)定劑(大多數(shù)含有有毒物質(zhì)氰化物)以及在廢水處理中難于處理的螯合劑等物質(zhì)，尤其在廢水的排放方面做出了嚴(yán)格的管制，迫使PCB化工供貨商尋找取代化學(xué)鍍銅的工藝，其中最迫切的是為孔金屬化(PTH)尋找新方法。直到90年代，直接電鍍?nèi)〈瘜W(xué)鍍銅的技術(shù)誕生了，當(dāng)時大多數(shù)是采用電化學(xué)沈積分布發(fā)直流電整流機(jī)，配合一些具備整平效果的添加劑，總算是解決了那個年代的一些問題。隨著電子產(chǎn)品日漸精進(jìn)，對電子線路板的要求也日益嚴(yán)格，其中體積纖巧的電子產(chǎn)品便是代表者，它要求小型、輕便、多功能、復(fù)雜、可靠、壽命長等。并促進(jìn)了片式電子元器件(即片式電阻、片式電容、片式電感等)的生產(chǎn)和發(fā)展還有組裝技術(shù)(表面貼裝技術(shù)，SMT)的出現(xiàn)。無論是鍍層厚度的均一性，線路分布密度的要求，還有孔徑和線路寬度的收窄等，都令生產(chǎn)電子線路板的次品率日漸擴(kuò)大。這是由于銅離子容易集中在孔的邊沿部份(即高電流密度區(qū)域)快速沈積，而孔的中央部份(即低電流密度區(qū)域)的沈積速度則相對地緩慢得多。這樣導(dǎo)致銅的沈積分布極不均勻(行內(nèi)稱為狗骨狀，見圖1)。為了解決此問題，有人將電流密度往下調(diào)整而延長電鍍的時間。但此方法生產(chǎn)容易出現(xiàn)筒裂現(xiàn)象，因為孔的中央部份的電流密度過低，令金屬銅沈積粗糙，附著力差，容易剝落，經(jīng)不起沖擊，加上生產(chǎn)效率下降等等因素，最終難逃淘汰厄運。
圖1 呈狗骨狀分布的鍍銅層
若以法拉第定律(Faraday's law)而論，電流乘以時間等于總電荷(沉積率)。那么今天電鍍業(yè)人士所面對的問題，是否可以考慮通過電鍍電源來解決?事實證明電子線路板的改革正是朝這方向奠定成功的基石。
以適中的電流密度操作會出現(xiàn)狗骨狀;以較低的電流密度操作會出現(xiàn)筒裂現(xiàn)象，以較高的電流密度操作會出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象……要解決這問題，首先要找到方向，要了解如何設(shè)置一些障礙來保護(hù)高電流密度區(qū)域的沉積過程。
圖2 可調(diào)正反向脈沖波形
圖2為可調(diào)周期性正反向脈沖輸出波形，這就是周期性正反向脈沖電鍍電源技術(shù)所用的電波形狀，輸出波形為標(biāo)準(zhǔn)方波。由起始正向電流大小與時間的調(diào)節(jié)，第二階段可調(diào)節(jié)至停頓，時間由0.1 - 9.9 ms(毫秒，即千份之一秒)，目的是終止正在進(jìn)行的金屬還原，電子供給金屬離子，也可以不停頓直接進(jìn)入第三個環(huán)節(jié)反向脈沖，以大電流、短時間進(jìn)行反向電解，最后以靜止?fàn)顟B(tài)顯示整個周期的結(jié)束。
圖3 可編程式正反向脈沖波形，可分為1段輸出
周期性正反向脈沖電鍍電源是一種“正反循環(huán)交接直流電源”，脈沖波頻率大約是50至5000Hz。將每一個階段分為數(shù)個環(huán)節(jié)，可編程序分為十四段輸出(圖3)。脈沖電源在電鍍過程中，首先在瞬間令大量電流推至工件的孔隙以及暗隙的深處，使金屬離子在極高的電位下還原為金屬鍍層，并且覆蓋每一個角落，其沉積層晶粒相對地變得細(xì)致緊密;當(dāng)電流關(guān)閉時鍍液中的金屬離子濃度重新調(diào)節(jié)排列，平均分布于鍍液中，使鍍液恢復(fù)最佳狀況，有利于下一個脈沖周期。再用脈沖換向功能，以相當(dāng)于正向電鍍電流三倍的電流量，當(dāng)鍍層凸處被強(qiáng)烈電流倒扯而溶解，把過量的銅鍍層從工件中拉出，節(jié)省了金屬的耗用量，并且提升鍍層的整平度及改善鍍層的均勻狀況，情況相當(dāng)于圖4，并造就了一個活躍的金屬表面，這種情況除了有利于迎接下一脈沖周期，也進(jìn)一步改善了鍍層的結(jié)合力和內(nèi)應(yīng)力。最重要的是縮短了生產(chǎn)時間，就此而言相當(dāng)于提高了生產(chǎn)力，因為正向電流密度以大電流推導(dǎo)至工件的深處，加速了沉積率。通常，正向電流的電鍍時間與反向電流的電鍍時間比為20:1。在提高了生產(chǎn)力的同時也減少了金屬原材料的消耗，切實地降低了成本，達(dá)到了提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。就整體經(jīng)驗而言，可提升生產(chǎn)力達(dá)20-50%。相同的數(shù)據(jù)而論，節(jié)省金屬原材料的耗用量是必然的，鍍層的均一性更節(jié)省了耗用金屬的主因，若單單計算孔金屬化的厚度則可節(jié)省耗用量達(dá)至50%。應(yīng)用于五金電鍍時，設(shè)想它是一個平面，由高電流密度區(qū)至低電流密度區(qū)的厚度相差率可能高達(dá)2–3 :1(圖5)，也即是節(jié)省了同等比例數(shù)量的金屬。
圖4 鍍層的覆蓋狀況均勻，可能令金屬節(jié)省達(dá)50%
圖5 鍍層的覆蓋狀況參差，可能令金屬消耗多了一倍
采用周期性正反向脈沖電鍍電源，除了應(yīng)用于精密公差要求均勻的特殊電鍍，和一些直流電源電鍍不能得到理想效果的場合，它應(yīng)用于高縱深比與盲孔填孔更為合適，其次可應(yīng)用于電池殼、連接器及其針腳、精密圖案、電路板孔金屬化、微波電路板、多層板等等的電鍍，有非常理想的效果，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V。
周期性正反向脈沖電鍍電源具備精密脈沖時間數(shù)字控制技術(shù)，無論是正向電鍍及反向電解，其可調(diào)節(jié)范圍寬闊，由0.1～9.9 ms。
用周期性正反向脈沖電鍍電源配合特殊脈沖高效能硫酸銅添加劑，可獲得相得益彰的效果，該添加劑特別為配合周期性正反向脈沖整流而開發(fā)，能進(jìn)一步節(jié)省電鍍時間，提升覆蓋能力，使所生產(chǎn)工件的鍍層厚度保持在低下限要求。由于鍍層厚度的均一性，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省金屬銅的用量，調(diào)節(jié)添加劑的含量可得半光或全光亮鍍層，其鍍層具有高度致密及柔軟性、更快速的整平及出光能力。
假設(shè)一家電鍍廠，在過去每月消耗10噸銅材(其中含銅陽極及銅鹽)，現(xiàn)今市價約值60萬，如果引進(jìn)周期性正反向脈沖電鍍電源和特殊脈沖高效能硫酸銅添加劑，保守計算可節(jié)省33-50 %，相當(dāng)于20～30萬，除了大大提升電鍍質(zhì)量外，還能大大提升經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)競爭力，省下來的資源更可用于添置更先進(jìn)的設(shè)備，達(dá)到良性循環(huán)的效果。
由于地球上的資源有限，而人類的使用量無限，因此節(jié)省資源，延長使用時間是我們長遠(yuǎn)和終極的目標(biāo)。酸銅電鍍乃是鋅及鋁合金為底材的工件電鍍過程中主要的中間鍍層，耗用量龐大，相信以上提供的酸銅電鍍技術(shù)將會逐漸取代傳統(tǒng)電鍍技術(shù)。讓我們?yōu)楣?jié)省資源，為延長銅資源的使用時間而努力。
