CN103834946B - 镀层、通信设备及镀层的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种镀层、通信设备及镀层的制备工艺，涉及通信设备领域，能够承受环境的高温、高湿和高腐蚀。所述镀层包括：镍层和锡合金层；锡合金层包括质量份数为20%~70%的Cu、20%~70%的Sn和10%~60%的Ni，以及0~20%的其他元素。本发明可用于通信设备的镀层工艺中。

Description

镀层、通信设备及镀层的制备工艺

技术领域

本发明涉及通信设备领域，尤其涉及一种镀层、通信设备及镀层的制备工艺。

背景技术

通信***领域常用的结构和设备有整机、模块、电子设备构件和基板等等。这些结构和设备有时需要应用在复杂的外界环境中，或者需要与其他结构或设备进行焊接操作，又或者需要应用到自身的某些电学性能。因此，如何保证这些通信结构或设备能够应用在复杂外界环境中、具有良好的焊接性能和电学性能从而保证良好的工作可靠性变得至关重要。

目前针对该问题的解决方案繁多，相差迥异。例如，在基材的表面处理中，主要有表面镀Ag/Ni、Sn/Ni或Zn/Ni等这几种结构来减轻外界复杂环境的影响并改善设备的电学性能和焊接能力。对于Ag/Ni结构而言，虽然可解决基材的电学问题及一定程度上的防腐问题，但是银镀层化学性质不稳定，易硫化和氧化，存储条件高，服役寿命短。且银镀液成本高亦不稳定，不易于成本的管控。对于Sn/Ni结构而言，锡镀层的含量不能低于99%。

发明内容

本发明的实施例的主要目的在于，提供一种镀层、通信设备及镀层的制备工艺，能够承受环境的高温、高湿和高腐蚀。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种镀层，包括：

镍层和锡合金层；锡合金层包括质量份数为20%~70%的Cu、20%~70%的Sn和10%~60%的Ni，以及0~20%的其他元素。

在第一方面的第一种可能实现方式中，所述其他元素不包括有害物质。

结合第一方面的第一种可能实现方式中，在第二种可能实现方式中，所述其他元素不包括铅、镉、汞和六价铬。

结合第一方面，在第三种可能实现方式中，所述锡合金层的厚度为0.1μm~20μm。

结合第一方面或第一方面的第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述镍层的厚度为0.1μm~20μm。

结合第一方面，在第五种可能实现方式中，所述镀层还包括铜层。

结合第一方面的第五种可能实现方式，在第六种可能实现方式中，所述铜层的厚度为0.1μm~20μm。

第二方面，本发明提供了一种通信设备，包括：本发明实施例提供的所述镀层，所述镀层设置在所述通信设备的基材上。

第三方面，本发明提供了一种上述镀层的制备工艺，包括：

步骤1：提供一基材；

步骤2：在所述基材上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层；

步骤3：在所述镍层上电镀锡合金，形成锡合金层。

在第三方面的第一种可能实现方式中，在步骤2中，所述形成的锡合金层的厚度为0.1μm~20μm。

结合第三方面或第三方面的第一种可能实现方式，在第三方面的第二种可能实现方式中，在步骤3中，所述形成的镍层的厚度为0.1μm~20μm。

结合第三方面，在第三方面的第三种可能实现方式中，所述步骤2包括：在所述基材上电镀铜，形成铜层；在所述铜层上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层。

结合第三方面的第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述铜层的厚度形成为0.1μm~20μm。

本发明实施例提供的镀层、通信设备及镀层的制备工艺，在基材上依次设置有镍层和锡合金层，采用锡合金层使得镀层的抗氧化、抗腐蚀的能力提高，能够承受环境的高温、高湿和高腐蚀，而镀层整体的成本下降，此外包括锡合金层的镀层还具有良好的焊接效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的镀层结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的镀层结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的镀层的制备工艺流程图；

图4为本发明另一实施例提供的镀层的制备工艺流程图；

图5为本发明一具体实施例提供的镀层的制备工艺流程图；

图6为本发明一实施例的镀层界面SEM图；

图7为本发明一实施例的耐高温测试图；

图8为本发明一实施例的耐蚀性测试图；

图9a-9c为本发明一实施例的可焊性测试图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

下面结合附图对本发明实施例镀层、通信设备及镀层的制备工艺进行详细描述。

本发明实施例提供了一种镀层20，如图1所述，该镀层20包括：镍层201和锡合金层202。该镀层20可设置于基材10上，基材10可以为铝、铜、马口铁等材料。可以理解的是，本发明实施例对基材不作具体限定，本领域技术人员可根据公知常识或常用技术手段将本发明提供的镀层设置于其他基材上。锡合金层202由锡和其他元素的合金形成。优选的，锡合金层202可以包括锡、铜、镍等元素。当然，本发明实施例对此不作限定，还可选择出铜、镍外的其他元素。

优选的，所述锡合金层202包括质量份数为20%~70%的Cu、20%~70%的Sn和10%~60%的Ni，以及0~20%的其他元素。例如，在该锡合金层202中，Cu的质量含量可以为30%、40%、50%、60%、65%等，Sn的质量含量可以为25%、30%、40%、50%、60%等，Ni的质量含量可以为15%、20%、30%、40%、50%等。除了上述含量的Cu、Sn和Ni之外，锡合金层202还可包括剩余质量份数的其他元素。

优选的，所示镍层201可包括化学镍层2011和电镀镍层2012。化学镍层2011保证镀层良好的致密性，电镀镍层2012提高镀镍的速度，在基材上依次设置化学镍层2011和电镀镍层2012，使镀层20达到更好的工艺效果。

本发明实施例提供的镀层，在基材10上依次设置有镍层201和锡合金层202，锡合金层中由于加入铜、镍等元素，相对于纯的电镀银层和电镀锡层显著提高了抗氧化和抗腐蚀的能力，又由于使得锡合金的熔点提高，可以避免镀层在焊接过程中造成的表面锡的严重溶解，保证焊接后表面的平整度。镀层20的成本只相当于电镀银层的1/3。综上，本发明实施例提供的镀层20能够承受环境的高温、高湿和高腐蚀，而镀层20的整体成本下降，此外包括锡合金层202的镀层20还由于较高的熔点而具有良好的焊接效果。

此外，在本发明提供的一个优选实施例中，所述锡合金层202中的其他元素不包括有害物质，具体的例如，所述其他元素不包括铅、镉、汞和六价铬等。当然，可以理解的是，有害物质不限于此处举例说明的元素。

为了更好的实现本发明提供的镀层的抗氧化、抗腐蚀和高焊接性能，在本发明提供的又一实施例中，锡合金层202的厚度为0.1μm~20μm，镍层201的厚度为0.1μm~20μm。例如，该锡合金层202的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。镍层201的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。进一步优选的，所述锡合金层202的厚度范围可以为0.1μm~10μm，镍层201的厚度为1μm~15μm。

可选的，对于有防盐雾要求的基材，在又一实施例中，如图2所述镀层20可进一步包括铜层203，该铜层203与上述镍层201和锡合金层202可依次设置于基材10上。优选的，铜层103的厚度为0.1μm~20μm。例如，该铜层202的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。进一步优选的，所述铜层202的厚度范围可以为1μm~15μm。添加了铜层203的镀层20具有较高的耐烟雾性能。

与本发明实施例提供的上述镀层相对应的，本发明实施例还提供一种通信设备，该通信设备包括本发明实施例提供的镀层20，该镀层20设置在所述通信设备的基材10上。对镀层20的说明详见前述实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的通信设备，在通信设备基材10上设置有镀层20，镀层20包括镍层201和锡合金层202，依次设置于基材10上，采用锡合金层202使得通信设备的抗氧化、抗腐蚀的能力提高，能够承受环境的高温、高湿和高腐蚀，而信设备整体的成本下降，此外通信设备因为镀层20而具有良好的焊接效果和电学性能。

与本发明实施例提供的上述镀层相对应的，本发明实施例还提供了该镀层的制备工艺，如图3所示，制备工艺包括：

步骤1：提供一基材。

基材10可以为铝、铜、马口铁等材料。可以理解的是，本发明实施例对基材不作具体限定，本领域技术人员可根据公知常识或常用技术手段选择其他基材。

该步骤包括必要的对基材的清洗处理及表面活化处理，以方面后续步骤中的施镀。例如，可通过超声发生器清洗基材表面的油污，再通过水洗和碱洗等对基材进行进一步的清洁。为了使在基材上形成的镀层更加牢固，例如可通过在基材表面上进行沉锌处理以去除基材表卖弄的氧化层，使基材表面形成活性层。可以理解的是，本领域技术人员还可根据公知常识或常用技术手段采用其他方法对基材进行清洗或表面活化处理，本发明对此不作具体限定。

步骤2：在所述基材上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层。

在本步骤中可单独采用化学镀镍工艺在基材上形成镍层，或者单独采用电镀镍工艺在基材上形成镀层，又或者可以采用化学镀镍和电镀镍这两者在基材上形成镍层。例如，可选的，可在采用化学镀镍工艺在基材上形成一镍层后，在该镍层表面采用电镀镍工艺形成另一镍层。化学镀镍工艺保证镀层良好的致密性，电镀镍工艺提高镀镍的速度，将二者结合使用能达到更好的工艺效果。

优选的，在上述化学镀镍或电镀镍的过程中，可多次施镀。在施镀过程中，镀层表面易产生还原气体，影响镀层的形成效果，因此可在一次施镀后进行清洗以去除表面还原气体，然后再进行第二次施镀。以此类推，从而保证镀层的致密性和厚度。

其中，镍层的镀层厚度可通过镀液的浓度、电镀或化学镀的时间、电流密度等工艺条件进行综合控制和调整。优选的，为了更好的实现本发明提供的镀层的抗氧化、抗腐蚀和高焊接性能，步骤2中形成的镍层的厚度为0.1μm~20μm。例如，镍层的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。进一步优选的，镍层的厚度为1μm~15μm。当然本发明实施例对此不作具体限定，本领域技术人员可根据公知常识或常用技术手段将镍层形成为其他厚度。

步骤3：在所述镍层上电镀锡合金，形成锡合金层。

锡合金层包括质量份数为20%~70%的Cu、20%~70%的Sn和10%~60%的Ni，以及0~20%的其他元素。对锡合金层的说明具体可参照前述的镀层实施例，此处不再赘述。

与镀镍过程类似，本步骤中也可采用多次施镀在镍层上形成锡合金层以保证镀层的致密性。

其中，锡合金层的镀层厚度可通过镀液的浓度、电镀的时间、电流密度等工艺条件进行综合控制和调整。优选的，为了更好的实现本发明提供的镀层的抗氧化、抗腐蚀和高焊接性能，步骤3中形成的锡合金层的厚度为0.1μm~20μm。例如，锡合金层的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。进一步优选的，锡合金层的厚度为0.1μm~10μm。当然本发明实施例对此不作具体限定，本领域技术人员可根据公知常识或常用技术手段将锡合金层形成为其他厚度。

最后，对形成了镀层的基材进行清洗、烘干以除去镀液，然后高温烘烤以使镀层结构更加牢固、紧密。即可得到本发明的镀层。

本发明实施例提供的镀层制备工艺，在基材上依次形成镍层和锡合金层，锡合金层中由于加入铜、镍等元素，相对于纯的电镀银层和电镀锡层显著提高了抗氧化和抗腐蚀的能力，又由于使得锡合金的熔点提高，可以避免镀层在焊接过程中造成的表面锡的严重溶解，保证焊接后表面的平整度。镀层的成本只相当于电镀银层的1/3。综上，本发明实施例提供的镀层制备工艺能够使形成的镀层承受环境的高温、高湿和高腐蚀，而制备成本下降，此外包括锡合金层的镀层还由于较高的熔点而具有良好的焊接效果。

可选的，对于有防盐雾要求的基材，在又一实施例中，如图4所示，步骤2具体可包括：

步骤2a：在所述基材上电镀铜，形成铜层；

步骤2b：在所述铜层上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层。

其中，铜层的镀层厚度可通过镀液的浓度、电镀的时间、电流密度等工艺条件进行综合控制和调整。优选的，为了更好的实现本发明提供的镀层的抗氧化、抗腐蚀和高焊接性能，步骤2a中形成的铜层的厚度为0.1μm~20μm。例如，铜层的厚度可以为0.5μm、2μm、7μm、10μm、15μm、19μm等。进一步优选的，铜层的厚度为1μm~15μm。当然本发明实施例对此不作具体限定，本领域技术人员可根据公知常识或常用技术手段将铜层形成为其他厚度。

步骤2b中镍层的形成工艺可参照本发明在前一实施例中提供的镍镀层制备工艺，此处不再赘述。

为了更好的说明本发明提供的镀层及其制备工艺，如图5所示，下面提供了一具体实施例进行详细说明。

实施例1：

如图4示出的流程图，首先对部件基材进行表观检验，以保证基材没有严重油污、金属屑、毛刺、划伤、油漆油墨层以及锈蚀和氧化皮等缺陷；再把基材放入清洗槽，先用超声发生器进行超声处理（20KHz~60KHz，5s~2500s），除去基材表面的油污，超声由于具有震荡和声空化效应，可使基材表面受到脉冲液体的冲击，该冲击为脉冲冲击，可形成瞬间的高温高压微气泡点和微射流，使得基材表面附着的油污被冲击掉或变得松弛，利于后续的碱液除污；然后再进行水洗；之后再浸入一定浓度的碱溶液（NaOH，45~300g/L，20~60℃，5s~1500s）中进行进一步除污垢。

部件表面除污之后，在其表面进行沉锌预处理（处理1~4次），以除去基材表面的氧化层，使其表面活化形成活性层；再在此基础上镀镍层，先化学镀镍然后电镀镍形成1μm~5μm的镍层，然后镀锡合金层，形成1μm~5μm的锡合金层。其中锡合金层包括30%的Cu、40%的Sn和25%的Ni。上述镀层的厚度通过镀液的浓度、电镀或化学镀的时间、电流密度等工艺，综合控制调整。

最后对部件进行清洗（清洗1~5次），除去以上工序在部件表面留下的镀液；再烘干除去表面的水份，再高温烘烤使镀层组织更加的牢固、致密。即可得具有本发明中所述镀层结构及性能的功能镀层。

为了更好的说明本发明提供的镀层的性能，对镀层进行了如下性能测试。

（1）镀层成分测试

对本发明提供的镀层界面进行了SEM（scanningelectronmicroscope，扫描电子显微镜）测试，如图6所示。在部件的铝基材上依次为化学镍层、电镀镍层、和锡合金层。

（2）耐高温测试

如表1所示，对镀层进行了耐高温测试。

表1耐高温测试

测试条件	测试结果
		260℃、30min	表面没有出现气泡、气孔、变黄等不良现象

图7a、7b分别示出了测试前后的镀层，从图7b可看出在耐高温测试后，镀层表表面并未出现气泡、气孔、变黄等不良现象镀层，说明本发明提供的镀层具有良好的耐高温性能。

（3）耐蚀性测试

如表2所示，对镀层进行了耐蚀性测试。

表2耐蚀性测试(盐雾试验)

图8a、8b分别示出了测试前后的镀层，从图8b可看出在烟雾试验后，镀层仅表面轻微变色发黄，并未出现其他显著变色和腐蚀迹象，说明本发明提供的镀层具有良好的耐蚀性能。

(4)可焊性测试

如表3所述，对镀层进行可焊性测试，也即润湿性测试。对具有本发明提供的镀层的某产品进行可焊性测试。如图9a所示，该产品长76mm，宽25mm，在其上进行了三个小孔印锡测试，孔圆心距为10mm，孔直径为6.5mm，孔深度为O.2mm。

表3可焊性测试(润湿性测试)

图9b为采用无铅锡条(或锡膏)Sn96.5Ag3.OCuO.5进行小孔印锡后的示图，图9c为采用有铅锡条(或锡膏)Sn63Pb37进行小孔印锡后的示图。从示图可看出，在小孔印锡后，没有出现焊锡聚集、缩锡、不润湿、润湿不均等不良现象，满足J-STD-002A(L)电子焊接标准的要求。因此，本发明提供的镀层具有很好的焊接效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种镀层，其特征在于，包括镍层和锡合金层，所述镍层和所述锡合金层之间不设有过渡层；

锡合金层包括质量份数为20％～70％的Cu、20％～70％的Sn和10％～60％的Ni，以及0～20％的其他元素。

2.根据权利要求1所述的镀层，其特征在于，所述其他元素不包括有害物质。

3.根据权利要求2所述的镀层，其特征在于，所述其他元素不包括铅、镉、汞和六价铬。

4.根据权利要求1所述的镀层，其特征在于，所述锡合金层的厚度为0.1μm～20μm。

5.根据权利要求1或4所述的镀层，其特征在于，所述镍层的厚度为0.1μm～20μm。

6.根据权利要求1所述的镀层，其特征在于，所述镀层还包括铜层。

7.根据权利要求6所述的镀层，其特征在于，所述铜层的厚度为0.1μm～20μm。

8.一种通信设备，其特征在于，包括：

权利要求1-7任一项所述的镀层，所述镀层设置在所述通信设备的基材上。

9.一种权利要求1-7任一项所述的镀层的制备工艺，其特征在于，包括：

步骤1：提供一基材；

步骤2：在所述基材上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层；

步骤3：在所述镍层上电镀锡合金，形成锡合金层。

10.根据权利要求9所述的镀层的制备工艺，其特征在于，

在步骤3中，所述形成的锡合金层的厚度为0.1μm～20μm。

11.根据权利要求9或10所述的镀层的制备工艺，其特征在于，

在步骤2中，所述形成的镍层的厚度为0.1μm～20μm。

12.根据权利要求9所述的镀层的制备工艺，其特征在于，所述步骤2包括：

在所述基材上电镀铜，形成铜层；

在所述铜层上化学镀镍和/或电镀镍，形成镍层。

13.根据权利要求12所述的镀层的制备工艺，其特征在于，

所述铜层的厚度形成为0.1μm～20μm。