电镀金烧板 (烧镍) 的电流密度元凶与基础控制逻辑
电镀金工艺中,"烧板" 或 "烧镍" 是令工程师头疼的常见问题 —— 表现为镍层发黑、金层粗糙甚至基材烧焦,不仅影响外观,更会导致镀层附着力下降、导电性能恶化。这些问题的幕后元凶往往是电流密度失控,理解其作用机制并建立基础控制逻辑,是避免批量报废的关键。
电流密度对电镀过程的影响遵循 "三区间法则"。当电流密度低于下限值(通常 0.5A/dm² 以下)时,金离子沉积速度过慢,镀层易出现针孔和漏镀;在合理区间(1-3A/dm²)内,金离子均匀沉积,镀层光亮致密;而超过上限值(一般 4A/dm² 以上)时,电极反应加剧,阴极附近金离子被快速消耗,形成 "浓度梯度",此时水分子开始参与电解反应,产生大量氢气。氢气气泡附着在工件表面,会阻碍金离子沉积,形成空洞,同时电解反应释放的热量使局部温度骤升(可达 80℃以上),导致镍层氧化发黑 —— 这就是 "烧镍" 的核心机理。
不同电镀阶段的电流密度需求存在差异。预镀镍阶段(为金层提供附着基底)对电流密度敏感,若超过 2A/dm²,镍层会因晶粒粗大而出现应力裂纹,后续镀金时这些裂纹成为电流集中点,极易引发烧板。而酸性镀金阶段(如柠檬酸体系)可耐受较高电流密度(3-4A/dm²),但需配合强力搅拌(流速 1-2m/s),否则仍会出现烧板。某 PCB 厂的失效案例显示:预镀镍时误将电流密度设为 3A/dm²,导致 500 片板出现镍层裂纹,镀金后 30% 的产品在高电流区域(如金手指边缘)出现烧焦,不良率飙升至行业平均水平的 5 倍。
基础控制逻辑需包含三个维度:一是建立 "面积 - 电流" 对应表,根据 PCB 待镀面积精确计算总电流(总电流 = 电流密度 × 面积),避免因估算面积导致电流过载;二是实施 "阶梯式升流",初始阶段用低电流密度(0.5-1A/dm²)活化表面,30 秒后逐步升至目标值,减少瞬间电流冲击;三是安装实时监控系统,将电流密度波动控制在 ±5% 以内,超过 ±10% 时自动报警并切断电源。某通讯设备厂通过这套逻辑,将烧板不良率从 2.3% 降至 0.15%,年节约成本超 80 万元。
工程师还需注意特殊区域的电流控制。PCB 上的窄缝、锐角等部位易形成 "尖端效应",实际电流密度可能是设定值的 2-3 倍。例如 0.2mm 宽的金手指倒角处,若整体设定 3A/dm²,局部可能达到 6A/dm²,直接导致烧板。解决办法是在设计时增加圆角过渡(R≥0.1mm),或在电镀时使用屏蔽罩遮挡尖端区域,降低局部电流密度。
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