CN109576745B - 一种导电球的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种导电球的制作工艺，属于电子元件技术领域，所述工艺包括以下步骤：1)对高碳钢抛丸进行物理除锈处理，得到高碳钢基材；2)在高碳钢基材表面电镀镍铁合金层；3)在镍铁合金层表面电镀镍层或锡层；4)取出后水洗，醇洗，烘干即可。本发明采用物理除锈以及镍铁镀液工艺，具有减少环境污染，节约成本，绿色环保的特点。本发明的铁控制剂能够有效抑制亚铁离子氧化成三价铁，平衡镀液中亚铁离子的浓度，使得连续生产过程中不受铁杂质的影响而实现镍铁共沉积。在镍铁合金层上进行镀镍/锡加工，能够有效隔离后续使用过程中铁的析出，增加了导电球的抗氧化性及耐腐蚀性，并提高了导电球的导电性能。

Description

一种导电球的制作工艺
技术领域
本发明实施例涉及电子元件技术领域，具体涉及一种导电球的制作工艺。
背景技术
高碳钢(High Carbon Steel)常称工具钢，含碳量为0.60-1.70％，高碳钢在经适当热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限，同时还具有原材料易得，生产成本较低、冷热加工性良好、使用范围较广的优点。但高碳钢易被氧化和腐蚀，降低了高碳钢产品的使用寿命。
导电球用于片状元件电镀时的陪镀材料。目前导电球主要以高碳钢为原料，在其表面镀金属层如镍层、锡层，以增加导电球的耐氧化性及耐腐蚀性，延长其使用寿命。通过抛丸工艺制得高碳钢抛丸表面形成了较厚的氧化层，在电镀前需要进行除锈处理，现有的除锈工艺主要采用化学(即酸洗)除锈，需要使用大量的化学品，并且除锈时间很长，导致酸雾的形成，工作环境受到严重污染，对操作工人健康和设备保养造成严重危害。
进一步地，在已除锈的高碳钢基材表面先后电镀铜底层及镍层(或锡层)，形成白色或淡黄色外观的导电球体。其中一般采用氰化物镀铜，但是，氰化物是一种极其剧毒的化学药品，给工序带来很大的危害性和不稳定因素。
有鉴于此，特提出本发明内容。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种导电球的制作工艺，以解决现有技术中由于化学除锈以及使用氰化物镀铜而导致的工作环境受到严重污染、操作工人健康受到严重危害的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种导电球的制作工艺，所述工艺包括以下步骤：
1)对高碳钢抛丸进行物理除锈处理，得到高碳钢基材；
2)在高碳钢基材表面电镀镍铁合金层；
3)在镍铁合金层表面电镀镍层或锡层；
4)取出后水洗，醇洗，烘干即可。
进一步地，步骤2)中，所述电镀采用的镀液包括：硫酸镍220-240g/L、氯化镍30-50g/L、硫酸亚铁12-30g/L、硼酸35-50g/L、铁控制剂10-50mL/L、镀镍湿润剂2-4mL/L，加水补足1L。
进一步地，所述铁控制剂包括对苯二酚、邻苯二酚和酸，所述对苯二酚与邻苯二酚的重量比为2-4：1-2，所述酸的添加量是使所述铁控制剂的pH值范围为1-3。
进一步地，所述酸选自浓度为20-50g/L的盐酸或硫酸。
进一步地，进行电镀时，镀液的温度为50-60℃，pH为3-4，电流密度为5-6A/dm2，电镀时间为40-80min。
进一步地，步骤1)中，所述物理除锈处理包括：利用滚光桶或研磨机进行物理研磨，所述滚光桶或研磨机的转速为15-30rpm，研磨时间为8-15小时。
进一步地，在所述滚光桶或研磨机内添加氧化铝陶瓷球进行共研磨，所述氧化铝陶瓷球的添加量为高碳钢抛丸的10-18重量％。本发明使用的氧化铝陶瓷球的尺寸为4-8mm，优选地，使用的氧化铝陶瓷球的尺寸为6mm。
进一步地，步骤3)中，镍铁合金层表面电镀镍层时，所述电镀采用的镀液包括：硫酸镍220-240g/L、氯化镍30-50g/L、硼酸35-50g/L、镀镍湿润剂2-4mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为45-55℃，pH为3.5-4.5，电流密度为5-8A/dm2，电镀时间为60-120min。
进一步地，镍铁合金层表面电镀锡层时，所述电镀采用的镀液包括：锡离子10-20g/L、镀锡开缸剂450-550mL/L、镀锡添加剂20-30mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为18-25℃，pH为3.5-5，电流密度为1-2A/dm2，电镀时间为60-100min。
在本发明的实施方式的第二方面中，提供了一种由上述的工艺制成的导电球。
根据本发明的实施方式，本发明具有如下优点：
1、本发明采用物理除锈，杜绝使用酸类化学品，同时节省了大量的清洗水，采用传统化学除锈工艺生产一吨的高碳钢基材，在清洗环节需要使用4-6吨清洗水，本发明除锈工艺具有减少环境污染，节约成本的优点。
2、本发明采用无毒、低污染的镍铁镀液工艺代替传统的氰化物镀铜工艺，减少了污染，绿色环保。
3、铁在镀液中以亚铁离子形态存在，容易氧化成三价铁，从而容易生成Fe(OH)3的胶状沉淀物而吸附于阴极表面，造成镀层具有针孔、毛刺，甚至影响工艺的正常运作。本发明的铁控制剂能够有效抑制亚铁离子氧化成三价铁，平衡镀液中亚铁离子的浓度，使得连续生产过程中不受铁杂质的影响而实现镍铁共沉积。
4、在镍铁合金层上进行镀镍/锡加工，能够有效隔离后续使用过程中铁的析出，增加了导电球的抗氧化性及耐腐蚀性，并提高了导电球的导电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为传统导电球的结构的剖面图；
图2为本发明实施例2提供的一种导电球的结构的剖面图。
图中：1、高碳钢基材；2、镀铜层；3、镀镍层；4、镀镍铁合金层。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。其中，镀镍湿润剂、镀锡开缸剂、镀锡添加剂均为普通市售产品。
实施例1
本实施例的导电球的制作工艺包括：
1)选用可用的高碳钢抛丸尺寸，本实施例使用的是国标S170抛丸，取样250kg，置于滚光桶内，同时放入30kg直径为6mm的氧化铝陶瓷球，以转速20rpm研磨10小时，分离去除氧化铝陶瓷球，得到高碳钢基材。
2)进入电镀线电镀镍铁合金层，采用的镀液包括：硫酸镍230g/L、氯化镍40g/L、硫酸亚铁18g/L、硼酸40g/L、铁控制剂30mL/L、镀镍湿润剂3mL/L，加水补足1L，其中铁控制剂包括重量比为2：1的对苯二酚和邻苯二酚，同时添加浓度为30g/L的盐酸使铁控制的pH值为2.8，进行电镀时，镀液的温度为55℃，pH为3.5，电流密度为5.5A/dm2，电镀时间为60min。
3)在镍铁合金层表面电镀镍层，所采用的镀液包括：硫酸镍230g/L、氯化镍40g/L、硼酸38g/L、镀镍湿润剂3mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为50℃，pH为4，电流密度为6.5A/dm2，电镀时间为85min。
4)取出后水洗，醇洗，烘干即可。
实施例2
本实施例的导电球的制作工艺包括：
1)选用可用的高碳钢抛丸尺寸，本实施例使用的是国标S110抛丸，取样250kg，置于滚光桶内，同时放入40kg直径为6mm的氧化铝陶瓷球，以转速15rpm研磨12小时，分离去除氧化铝陶瓷球，得到高碳钢基材。
2)进入电镀线电镀镍铁合金层，采用的镀液包括：硫酸镍225g/L、氯化镍46g/L、硫酸亚铁15g/L、硼酸50g/L、铁控制剂15mL/L、镀镍湿润剂4mL/L，加水补足1L，其中铁控制剂包括重量比为2.5：1的对苯二酚和邻苯二酚，同时添加浓度为40g/L的硫酸使铁控制的pH值为1.5，进行电镀时，镀液的温度为50℃，pH为4，电流密度为5.2A/dm2，电镀时间为45min。
3)在镍铁合金层表面电镀镍层，所采用的镀液包括：硫酸镍225g/L、氯化镍32g/L、硼酸48g/L、镀镍湿润剂2.8mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为48℃，pH为4.2，电流密度为7.5A/dm2，电镀时间为95min。
4)取出后水洗，醇洗，烘干即可。
实施例3
本实施例的导电球的制作工艺与实施例1的不同之处在于使用的镍铁镀液、锡镀液及相应的电镀工艺不同，具体地：
2)进入电镀线电镀镍铁合金层，采用的镀液包括：硫酸镍240g/L、氯化镍32g/L、硫酸亚铁24g/L、硼酸36g/L、铁控制剂45mL/L、镀镍湿润剂2.5mL/L，加水补足1L，其中铁控制剂包括重量比为5：3的对苯二酚和邻苯二酚，同时添加浓度为40g/L的盐酸使铁控制的pH值为2.6，进行电镀时，镀液的温度为55℃，pH为3.7，电流密度为5.8A/dm2，电镀时间为72min。
3)当在镍铁合金层表面电镀锡层时，所述电镀采用的镀液包括：锡离子15g/L、镀锡开缸剂500mL/L、镀锡添加剂25mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为20℃，pH为4.2，电流密度为1.8A/dm2，电镀时间为75min。
实施例4
本实施例的导电球的制作工艺与实施例1的不同之处在于使用的镍铁镀液及工艺不同，具体地：
2)进入电镀线电镀镍铁合金层，采用的镀液包括：硫酸镍230g/L、氯化镍38g/L、硫酸亚铁18g/L、硼酸40g/L、铁控制剂28mL/L、镀镍湿润剂4mL/L，加水补足1L，其中铁控制剂包括重量比为2：1的对苯二酚和邻苯二酚，同时添加浓度为25g/L的硫酸使铁控制的pH值为2.5，进行电镀时，镀液的温度为50℃，pH为4，电流密度为5.5A/dm2，电镀时间为65min。
实施例5
本实施例的导电球的制作工艺与实施例2的不同之处在于使用的镍铁镀液及工艺不同，具体地：
2)进入电镀线电镀镍铁合金层，采用的镀液包括：硫酸镍225g/L、氯化镍35g/L、硫酸亚铁22g/L、硼酸35g/L、铁控制剂50mL/L、镀镍湿润剂2mL/L，加水补足1L，其中铁控制剂包括重量比为4：1的对苯二酚和邻苯二酚，同时添加浓度为20g/L的盐酸使铁控制的pH值为2，进行电镀时，镀液的温度为58℃，pH为3.2，电流密度为5.4A/dm2，电镀时间为70min。
对比例1
本对比例的导电球的制作工艺与实施例1的不同之处在于，在电镀镍铁合金层是采用的镀液中不包括铁控制剂。
测试例
1、防锈测试
电镀完成的导电球，经过圆度和尺寸的筛选，剔除不合格品。
测试方式：在80℃的恒温水槽顶部铺上80目PP网布，将导电球均匀地铺在PP网布上，厚度不超过5毫米。每8小时取样观察表面涂层状况，当检测到导电球出现锈斑时，不再继续观察。
实施例1-5及对比例1制得的导电球的电镀镍铁合金层及镍层(或锡层)的厚度分别相同，其中镍铁合金层的厚度为1-2微米、镍层(或锡层)的厚度为1.5-2.5微米。测试结果见表1。
表1
组别 8h 16h 24h 32h 40h
实施例1 无反应 无反应 无反应 无反应 少量锈斑
实施例2 无反应 无反应 无反应 无反应 少量锈斑
实施例3 无反应 无反应 无反应 少量锈斑 -
实施例4 无反应 无反应 无反应 少量锈斑 -
实施例5 无反应 无反应 无反应 无反应 少量锈斑
对比例1 无反应 少量锈斑 - -
传统工艺 无反应 少量锈斑 - - -
本发明实施例制得的导电球在24h后开始出现锈斑，而对比例1的导电球在8h后开始出现锈斑，传统工艺(即图1所示的导电球)在8h后开始出现锈斑，说明本发明实施例的导电球具有较好的防锈性能。
2、导电率测试
选用电镀完成的导电球，经过圆度和尺寸的筛选，剔除不合格品。
测试方法：在150℃的恒温烤箱中烘烤4小时，取出自然冷却。在250毫升塑料量杯底部放置铜导电片，直径1厘米，放置1kg烘烤冷却后的导电球，然后在导电球上部放置同样尺寸的导电片。导电片两端用铜线连接到万用表，记录万用表读数，测试结果见表2。
表2
组别 阻抗(欧姆) 组别 阻抗(欧姆)
实施例1 150 实施例2 152
实施例3 158 实施例4 155
实施例5 160 对比例1 230
传统工艺 210
对比例1制得的导电球的阻抗为230欧姆，传统工艺制得的导电球的阻抗在210欧姆，本发明实施例1-5制得的导电球的阻抗在150～160欧姆。结果表明：本发明实施例制得的导电球的导电性能优异。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种导电球的制作工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
1)对高碳钢抛丸进行物理除锈处理，得到高碳钢基材；
2)在高碳钢基材表面电镀镍铁合金层；
3)在镍铁合金层表面电镀镍层或锡层；
4)取出后水洗，醇洗，烘干即可；
步骤1)中，所述物理除锈处理包括：利用滚光桶或研磨机进行物理研磨，所述滚光桶或研磨机的转速为15-30rpm，研磨时间为8-15小时；
步骤2)中，所述电镀采用的镀液包括：硫酸镍220-240g/L、氯化镍30-50g/L、硫酸亚铁12-30g/L、硼酸35-50g/L、铁控制剂10-50mL/L、镀镍湿润剂2-4mL/L，加水补足1L，所述铁控制剂包括对苯二酚、邻苯二酚和酸，所述对苯二酚与邻苯二酚的重量比为2-4：1-2，所述酸的添加量是使所述铁控制剂的pH值范围为1-3，所述酸选自浓度为20-50g/L的盐酸或硫酸；进行电镀时，镀液的温度为50-60℃，pH为3-4，电流密度为5-6A/dm2，电镀时间为40-80min；
步骤3)中，镍铁合金层表面电镀镍层时，所述电镀采用的镀液包括：硫酸镍220-240g/L、氯化镍30-50g/L、硼酸35-50g/L、镀镍湿润剂2-4mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为45-55℃，pH为3.5-4.5，电流密度为5-8A/dm2，电镀时间为60-120min；
镍铁合金层表面电镀锡层时，所述电镀采用的镀液包括：锡离子10-20g/L、镀锡开缸剂450-550mL/L、镀锡添加剂20-30mL/L，加水补足1L，进行电镀时，镀液的温度为18-25℃，pH为3.5-5，电流密度为1-2A/dm2，电镀时间为60-100min。
2.根据权利要求1所述的导电球的制作工艺，其特征在于，在所述滚光桶或研磨机内添加氧化铝陶瓷球进行共研磨，所述氧化铝陶瓷球的添加量为高碳钢抛丸的10-18重量％。
3.一种导电球，由权利要求1或2所述的工艺制成。
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