張一雯*，郭昭華，王永旺，陳東

（神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

【經(jīng)驗(yàn)交流】

鉬圓片電鍍釕掛具的設(shè)計(jì)

張一雯*，郭昭華，王永旺，陳東

（神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

針對鉬圓片鍍釕掛具不合理設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的掛點(diǎn)、對電流產(chǎn)生遮擋以及邊緣效應(yīng)明顯等問題，采用輔助陰極的方法加以改進(jìn)，從而改善了鍍層的均勻性，并通過一具多掛提高了生產(chǎn)效率。

鉬圓片；鍍釕；掛具；設(shè)計(jì)；鍍層均勻性

鉬具有優(yōu)良的性質(zhì)，如耐熱、耐磨、抗腐蝕，高硬度。鉬圓片一般在電氣設(shè)備中電子元器件中被用作基片材料，要求有較高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，較強(qiáng)的抗腐蝕性，以及較低的接觸電阻。但是鉬在空氣中容易生成氧化膜，這層氧化膜阻止了鉬片發(fā)揮其優(yōu)良的特性。在鉬圓片上通常是電鍍一層與之具有相同特性的釕作為保護(hù)膜。

筆者之前報(bào)道過一種采用鉻和鎳作為預(yù)鍍層的鉬片鍍釕工藝[1]。而掛具是電鍍過程必不可少，掛具的結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到鍍層厚度的均勻性以及鍍槽設(shè)備的利用率，在提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等方面都能起到積極的作用。目前關(guān)于鉬圓片鍍釕用掛具尚無公開的報(bào)道。本文總結(jié)了多次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，確定了較為合理的鉬圓片鍍釕用掛具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 掛具材料的選擇

夾鉬片的導(dǎo)電部分采用鈦合金制作，其他部位采用鋁合金。掛具在槽液面以下的部位及交界面涂上絕緣膠，以減少電力的消耗及避免掛具在空氣與液面交界處溶斷。

2 夾具的設(shè)計(jì)

2. 1 方案一

在實(shí)驗(yàn)之初，由于實(shí)驗(yàn)的鉬片規(guī)格為直徑52 mm、厚3.5 mm，且鍍釕工藝流程還處于探索階段，因此設(shè)計(jì)了一種便于手動(dòng)操作的簡易式掛具進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這種掛具的3個(gè)夾裝部分的觸點(diǎn)對電場線有遮擋，導(dǎo)致鉬片鍍釕后出現(xiàn)鍍層不均勻的現(xiàn)象，而且掛點(diǎn)明顯，鉬片上3個(gè)觸點(diǎn)部位都出現(xiàn)明顯掛痕，如圖圖2所示。另外，這種掛具每次只能掛一個(gè)鉬片，生產(chǎn)效率很低。

2. 2 方案二

鑒于以上的缺點(diǎn)，必須對掛具進(jìn)行改進(jìn)，而且隨著鍍釕工藝研究的推進(jìn)，用到了更大規(guī)格的鉬圓片(直徑108 mm，厚度5 mm)。于是設(shè)計(jì)了第二種掛具方案，如圖3所示。

圖1 方案一的掛具結(jié)構(gòu)Figure1 Structure of the #1 jig

圖2 采用方案一的掛具鍍釕后的鉬圓片F(xiàn)igure2 Molybdenum disc electroplated with ruthenium by using the #1 jig

方案二的掛具可增掛一個(gè)鉬圓片，提高了效率，并對夾裝部分的位置及夾裝方式進(jìn)行了調(diào)整。

雖然該掛具的使用效果與方案一相比有了改善，但是夾裝部分的觸點(diǎn)部分對鉬片仍然存在遮擋，還是能看到明顯的掛點(diǎn)。盡管鍍層不均勻的現(xiàn)象沒有圖2那樣明顯，肉眼不易觀察出來，但是通過鍍層厚度測試還是發(fā)現(xiàn)中間部位的鍍層厚度明顯小于邊緣部位的鍍層厚度。換言之，鍍層仍然是不均勻。

2. 3 方案三

由于所鍍的工件是平板狀，陰極與兩端陽極之間的距離相等，理論上電流是完全均勻分布的。但是，由于邊緣效應(yīng)的影響，實(shí)際的電流分布并不均勻，平板陰極邊緣的電流分布比中間部分的電流密集，導(dǎo)致鍍層邊緣厚、中間薄(見圖2)，厚度均勻性差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

消除邊緣效應(yīng)的方法主要有以下幾種[2]：

(1) 對電鍍陽極采用邊緣屏蔽，避免電場線往邊緣聚集；

(2) 對被鍍件邊緣采用邊緣屏蔽；

(3) 減小電鍍陽極面積；

(4) 在被鍍件邊緣增加輔助陰極。

其中第四種措施比較常用。所謂增加輔助陰極，就是讓輔助陰極來分擔(dān)多余的電場線，使得電場線重新分布[3]。按此思路，針對直徑52 mm、厚3.5 mm的小鉬圓片，設(shè)計(jì)了如圖4所示的第三種掛具。

圖3 方案二的掛具照片F(xiàn)igure3 Photo of the #2 jig

圖4 帶輔助陰極的方案三掛具Figure4 #3 Jig with auxiliary cathodes

輔助陰極的材質(zhì)是鋁合金，掛鉤及夾鉬片的導(dǎo)電部分用鈦合金。除了掛鉤及夾鉬片的觸點(diǎn)部位，其余部分都涂有絕緣膠。圖4所示的輔助陰極長100 mm、厚4 mm，夾裝鉬片的部分長1 mm。圖3所示掛具的夾裝鉬片部分是彎勾狀，而圖4所示掛具的夾裝部分被設(shè)計(jì)成直線型，與鉬片針狀接觸，大大減小了觸點(diǎn)面積，也不會(huì)像彎鉤那樣遮擋電場線。輔助陰極能夠很好地將邊緣密集的電場線分擔(dān)一部分，使得電場線分布均勻，從而形成均勻的鍍層。采用方案三的掛具施鍍，沖鎳后的鉬片上可以明顯看到黃色的暈圈，可見均勻性已經(jīng)有了很好的改善。鍍釕后的鉬片肉眼看上去很均勻。另外，此種掛具還可一次性掛6個(gè)鉬片，大大提高了生產(chǎn)效率。

3 鍍層均勻性的評價(jià)

如圖5所示，在鉬圓片的直徑上從圓心兩側(cè)對稱地選取4個(gè)點(diǎn)，再加上圓心在內(nèi)，總共5個(gè)點(diǎn)，測鍍層厚度。

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，分別采用方案二和方案三的掛具對鉬片進(jìn)行電鍍，用鍍層測厚儀測鍍釕層的厚度，結(jié)果見圖6。

圖5 鉬片上釕鍍層厚度測量的樣本點(diǎn)Figure5 Sampling points for testing the thickness of ruthenium coating on molybdenum disc

圖6 采用兩種不同掛具電鍍鉬片時(shí)釕鍍層的厚度測量結(jié)果Figure6 Result of thickness measurement for the ruthenium coatings prepared by using different jigs on molybdenum disc

根據(jù)COV值來判定鍍層的均勻性[4]，計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，方案二和方案三所得鍍層厚度的COV值分別為0.128和0.111。COV值越小，說明鍍層越均勻。由此可見，采用方案三的掛具更能獲得厚度均勻的鍍層。

4 應(yīng)用效果

通過對掛具的多次改進(jìn)，改善了掛點(diǎn)明顯、鍍層不均勻、對電場線有遮擋等問題，而且采用一具多掛，提高了生產(chǎn)效率。在使用中，掛具夾裝鉬片牢固，未出現(xiàn)導(dǎo)電不良、拆裝困難、工件灼傷等問題。

[1] 張一雯, 郭昭華, 王永旺, 等. 改善鉬片鍍釕結(jié)合力的新工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2017, 36 (7): 361-363.

[2] 張三元, 張磊. 電鍍層均勻性和鍍液穩(wěn)定性——問題與對策[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010: 16-17.

[3] 張?jiān)收\, 胡如南, 向榮. 電鍍手冊[M]. 3版. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2007: 20-23.

[4] 楊磊, 闞云輝. 金屬封裝外殼電鍍層均勻性研究[J]. 混合微電子技術(shù), 2009, 20 (1): 27-32.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Design of jig for electroplating ruthenium on molybdenum disc

ZHANG Yi-wen*, GUO Shao-hua,WANG Yong-wang, CHEN Dong

Aiming at some problems such as contact point, current block and edge effect caused by unreasonable design of jig in ruthenium electroplating of molybdenum disc, auxiliary cathodes were used to improve the uniformity of ruthenium coating. The production efficiency was improved by hanging several molybdenum discs on one jig.

molybdenum disc; ruthenium electroplating; jig; design; coating uniformity

TQ153.19

B

1004 – 227X (2017) 08 – 0419 – 03

10.19289/j.1004-227x.2017.08.007

2017–04–07

2017–04–16

張一雯（1984–），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，中級工程師，研究方向?yàn)榻饘俨牧细g與防護(hù)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) hyzyw920@163.com。

First-author’s address:Research and Development Center, Shenhua Zhunneng Resources Comprehensive Development Company Limited, Erdos 010300, China