引言

隨著工業(yè)技術和信息技術的不斷發(fā)展，貼片式電阻器、電容器等微小器件被廣泛應用。由于該類產(chǎn)品體積小、產(chǎn)量大，只能采用滾鍍的方式對器件的引出端進行處理，以獲得良好的使用性能。

滾鍍又稱滾筒電鍍，是將待鍍工件裝入專用滾筒內(nèi)，將滾筒沉入鍍液中，在滾筒不停滾動過程中以間接導電方式在工件表面沉積各種金屬或合金鍍層，以獲得表面防護、裝飾或功能性目的的電鍍工藝。

滾鍍工藝與其他電鍍工藝最本質(zhì)的區(qū)別在于它使用了滾筒，滾筒的結(jié)構(gòu)、尺寸、大小、轉(zhuǎn)速、導電結(jié)構(gòu)及開孔率等諸多因素均與滾鍍的生產(chǎn)效率、鍍層質(zhì)量等相關。尤其對于貼片式電阻器、電容器等微小器件電鍍，滾筒內(nèi)的導電狀態(tài)對鍍層的影響更加明顯。

1?滾鍍導電方式

在滾鍍過程中，工件與陪鍍物壓在滾筒內(nèi)陰極上，但并非所有工件均能與陰極直接接通。滾筒內(nèi)的陰極首先將電流輸送給與其直接接觸的工件（或陪鍍物），然后由這些工件（或陪鍍物）傳遞給其它工件（或陪鍍物），電流在工件（或陪鍍物）與工件（或陪鍍物）間依次傳遞。因此，在電鍍過程中，滾筒內(nèi)工件是通過間接導電方式實現(xiàn)電流導通的，而非從陰極上直接獲得電流。這一導電過程是否連續(xù)、穩(wěn)定，直接影響了電鍍效率與鍍層質(zhì)量，而滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)、陪鍍物種類、陪鍍物比例直接影響滾筒內(nèi)導電過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。因此，實際影響電鍍效率和鍍層質(zhì)量的因素應該是滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)、陪鍍物種類以及陪鍍物比例。

1.1?滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)

常見的滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)五花八門，比如圓盤式、側(cè)鈕式、棒狀式、“象鼻”式等，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中最常使用的就是“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)。

圖1?滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)

（1）“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)

“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)是用外部絕緣的軟銅線分別從滾筒兩端的中心孔穿入滾筒內(nèi)部，銅線端頭通過螺絲壓緊或焊接一個銅頭，伸入滾筒下部，電鍍時被工件和陪鍍物壓在滾筒底部，達到導電的目的。

（2）“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

除易纏繞變形或外形尖銳的工件外，“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)幾乎均可以適用，并且“象鼻”式陰極導電結(jié)構(gòu)制作、維護簡單，成本低。

但由于滾筒內(nèi)部陰極是軟線連接，陰極導電頭無法固定。在滾動過程中，導電頭與工件接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)工件完全脫電的狀態(tài)，導電穩(wěn)定性差，對電鍍過程和鍍層質(zhì)量都有一定程度的影響。

當滾筒滾動時，工件與陪鍍物在滾筒內(nèi)不停翻滾，滾筒內(nèi)的陰極頭隨工件一起運動。當陰極頭出現(xiàn)如圖2所示狀態(tài)時，暴露出的陰極頭與鍍液接觸，鍍液中的金屬離子在電場作用下直接沉積在陰極頭上，從而使工件上獲得鍍層的機率減小，降低了電流有效利用率。

圖2?滾筒滾動過程

對于密度較小的微小器件而言，例如貼片式電阻器，滾鍍過程中大部分器件位于陪鍍物上表面，由于在滾動過程中陰極頭位置不固定，當陰極頭翻出至表層與表層器件直接接觸，可能導致器件表面瞬時電流密度過大而出現(xiàn)鍍層燒焦現(xiàn)象。

1.2?陪鍍物種類

對于貼片式電阻器、電容器等微小器件，其結(jié)構(gòu)一般是器件兩端作為引出端，中間部位被絕緣保護層覆蓋。此類器件表面的整體導電性差，在滾鍍時必須向滾筒中加入陪鍍物，以提高導電過程的連續(xù)性、穩(wěn)定性。陪鍍物須滿足導電性好，并且不會對器件表面造成機械損傷的基本要求。業(yè)內(nèi)通常選用鍍鎳鋼珠（直徑0.4mm~1mm）作為該類微小器件電鍍的陪鍍物。

然而在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，如果只是單純的將鍍鎳鋼珠（直徑0.4mm~1mm）和器件一起裝入滾筒電鍍，獲得的鍍層厚度往往不太均勻，并且極易出現(xiàn)“雙片”現(xiàn)象（2只產(chǎn)品貼在一起）。

1.3?陪鍍物比例

在電鍍過程中，由于陪鍍物也參與導電，鍍液中一部分金屬離子會直接沉積在陪鍍物表面。因此，如果使用陪鍍物太多，則鍍液中會有大量的金屬離子沉積在陪鍍物表面，造成原材料浪費嚴重；如果使用陪鍍物過少，則不能保證滾筒內(nèi)部導電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在實際生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)，陪鍍物的比例如果控制不當，電鍍完成的器件鍍層內(nèi)部容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

針對以上微小器件電鍍存在的問題，需要對滾筒陰極導電結(jié)構(gòu)、陪鍍物種類以及陪鍍物比例進行優(yōu)化改進，以達到提高導電穩(wěn)定性和鍍層質(zhì)量的目的。

2?優(yōu)化改進及驗證

2.1?滾筒導電結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對傳統(tǒng)的軟線連接陰極導電結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將軟質(zhì)銅線改為硬質(zhì)銅桿，用耐腐蝕絕緣材料將銅桿包封，通過螺紋緊固方式在銅桿一端安裝陰極頭，當陰極頭上覆蓋鍍層較厚時，可直接將陰極頭擰下，更換新的陰極頭。如圖3所示。

圖3?硬質(zhì)陰極桿結(jié)構(gòu)

由于陰極桿采用硬質(zhì)銅桿，陰極頭位置固定，滾筒滾動過程中，陰極頭始終埋于工件內(nèi)部，如圖4所示，避免了因陰極頭翻至上表層引起的電流有效利用率降低和鍍層燒焦現(xiàn)象。

圖4?滾筒滾動狀態(tài)

2.2?陪鍍物種類優(yōu)化

器件與陪鍍物在滾筒內(nèi)是堆積在一起的，一部分器件分布在堆積體內(nèi)部，而鍍液中的金屬離子只能在堆積體表層還原沉積，因此處于堆積體內(nèi)部的器件表面只有電流通過，卻幾乎沒有金屬離子在其表面沉積。所以，為了使所有器件能夠均勻受鍍，在滾鍍過程中，必須使?jié)L筒內(nèi)的器件與陪鍍物攪拌均勻，堆積體內(nèi)、外部器件不斷轉(zhuǎn)換，保證每個器件都有均勻受鍍的機會。

為增強滾筒內(nèi)部的攪拌效果，在鍍鎳鋼珠（直徑0.4mm~1mm）中加入尺寸較大（直徑5mm~7mm）的鋼珠。電鍍時尺寸較大的鋼珠在傳輸電流的同時，受慣性作用對滾筒內(nèi)的器件和小鋼珠進行攪拌，促使器件能夠均勻受鍍，并且降低器件粘在一起的幾率。

2.3?陪鍍物比例優(yōu)化

對于不同尺寸的鋼珠，直徑越小，其比表面積越大，因此在陪鍍物中小尺寸鋼珠占比越高，造成的原材料浪費越嚴重，滾筒內(nèi)部攪拌效果越差，電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性越高。相反，大尺寸鋼珠占比越高，滾筒內(nèi)部攪拌效果越好，原材料利用率有所提高，但電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性會降低。

綜合考量電鍍過程中原材料利用率、電流傳導的穩(wěn)定性、滾筒內(nèi)部攪拌均勻性等因素，并且針對陪鍍球的不同比例進行了多次試驗。最終確定最優(yōu)比例為：陪鍍球與器件總體積占滾筒容積的1/3，小鋼珠∶大鋼珠=1.2∶1。以此比例進行電鍍，保證了滾筒內(nèi)部良好的攪拌效果和導電穩(wěn)定性，獲得了狀態(tài)良好的鍍層結(jié)構(gòu)。

2.4?試驗驗證

選取相同尺寸規(guī)格的器件，分別采用優(yōu)化前與優(yōu)化后的方式進行電鍍，用X-ray膜層測厚儀進行鍍層厚度測試，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1?試驗數(shù)據(jù)

將軟質(zhì)陰極線改為硬質(zhì)陰極桿后，采用相同的電鍍參數(shù)，鍍層厚度明顯增加，電流有效利用率大幅提高。對優(yōu)化前電鍍與優(yōu)化后電鍍的器件進行DPA分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化后方式電鍍的器件，鍍層厚度均勻，結(jié)構(gòu)完整，鍍層結(jié)構(gòu)狀態(tài)明顯改善。

圖5?調(diào)整優(yōu)化前鍍層DPA結(jié)構(gòu)

圖6? 調(diào)整優(yōu)化后鍍層DPA結(jié)構(gòu)

3?結(jié)論

1）將傳統(tǒng)“象鼻”式滾筒內(nèi)陰極的軟線，更改為硬質(zhì)陰極桿結(jié)構(gòu)，可以明顯提高電流有效利用率，提高電鍍效率。

2）對于貼片式電阻器、電容器等微小器件，電鍍時必須加入陪鍍球，并且在小尺寸鋼珠（直徑0.4mm~1mm）中加入較大尺寸（直徑5mm~7mm）鋼珠可以有效提高鍍層均勻性，減少“雙片”問題的出現(xiàn)。

3）按照陪鍍球與器件的總量占滾筒容積的1/3，小鋼珠∶大鋼珠=1.2∶1的比例，不僅能夠有效減少原材料浪費，而且電鍍完成的器件鍍層厚度均勻，結(jié)構(gòu)完整。

審核編輯：符乾江