一、為什麼要電鍍? 電鍍的優缺點
電鍍(Electroplating)是一種表面處理技術,廣泛應用於電子、汽車、機械、航空、化工等多個領域,主要附加於金屬表面,但非金屬物件經過特殊處理後也能電鍍,像是金屬光澤的鈕扣、化妝品外殼,其原理是利用電化學反應,在物體表面附著一層金屬或合金薄膜。電鍍的目的有多種,包括提供耐腐耐磨的保護層,鍍上金屬光澤進行美觀和裝飾,改善電子元件導電性,提高硬度,修復一些表面缺陷等等。而電鍍的缺點則是製造過程中,可能產生對環境有害的化學物質,以及部分電鍍過程相對複雜,增加生產成本。
二、電鍍的原理及種類
電鍍原理
電鍍透過電解過程,將電解液中含有的金屬離子附著在基材表面上形成鍍膜。在電鍍製程中有三大角色:陽極(鍍層金屬)、陰極(被鍍物)、與電解液(電鍍液)。陽極為提供鍍層金屬的金屬片,陰極為被鍍物極板。電解液通常由含有鍍層金屬的陽離子溶液、非金屬離子及其他化學成分所構成。輸入電流後,電解液中的金屬陽離子游至陰極,透過接受電子還原成金屬而附著在被鍍物極板上。同時陽極的金屬再溶解(氧化),提供電解液更多的金屬離子。經過一段作用時間,被鍍物的表層就會蓋上一層金屬薄膜。
電鍍種類
不同金屬的電鍍膜具有不同的硬度,影響其耐磨性和耐腐蝕性,也會根據外觀需求選擇不同金屬作為裝飾用的鍍膜,對於電子元件的應用,導電性更是一個重要考慮因素,以下為不同金屬的電鍍用途分類:
裝飾性電鍍:此類型電鍍主要包括鍍青銅、鍍鎳、鍍鉻等,旨在增強產品表面的光滑度和美觀。鍍上的金屬層通常具有較高的光澤,使商品看起來更具質感。這種電鍍方法經常用於皮包、鞋子、服飾、衛浴配件等裝飾性五金產品。
保護性電鍍:此類型電鍍適用於螺絲釘、帆布釦、建築五金等零件,主要用於提高產品的抗腐蝕、耐磨和防鏽能力。例如,螺絲釘經常暴露於戶外環境,防鏽處理能顯著延長其使用壽命。在保護性電鍍中,鋅、鎳、錫是最常見的材料。
特質性電鍍:銀、銅、金是三種導電性能較佳的金屬。因此,我們不僅將銅、銀、金用於裝飾目的,還會將它們鍍在電路板等產品上以提高導電性。除此之外,特質性電鍍還可用於增強金屬的可焊接性、提高電阻抗等特殊需求,透過在表面鍍覆特殊性質的金屬層來實現。
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三、電鍍製程
電鍍的製造方式分許多種,不同的製程適用於不同的需求,並且在製造高品質產品中起著關鍵作用。以下簡單介紹掛鍍、桶裝電鍍、流動床電鍍、連續帶材電鍍、懸浮電鍍、霧化電鍍、滾鍍的製程及應用。
掛鍍(Rack Plating) 將需要電鍍的物件被固定在金屬架(掛架)上進行電鍍,適用於小型、複雜形狀的精密物件,如精密五金零件-鋰電池連接器、半導體元件。
桶裝電鍍(Barrel Plating) 將小型零件放置在旋轉的金屬桶中,讓解液均勻接觸到零件表面進行電鍍,主要用於小型部件的批量生產,如小型五金配件螺絲、螺母、螺栓等以及汽車零部件: 適用於製造汽車零部件的表面處理。
流動床電鍍(Fluidized Bed Plating) 流動床是充滿電解液的固體顆粒的床層,物件被放置在這個床層上,電解液流經其表面,適用於小型、複雜形狀的物件,特別是需要複雜形狀處理的元件。
連續帶材電鍍(Continuous Strip Plating) 將整條扁平的金屬捲材,連續地通過電解槽,製造均勻的電鍍,常用於生產電子元件,如印刷電路板(PCB)和連接器,以及生產金屬帶材的五金制品的保護層。
懸浮電鍍(Suspension Plating) 將物件懸浮在電解液中,而不是固定在架子上,應用於需要高精密度表面處理的微細元件,像是製造MEMS元件中的微型感測器、微型鏡頭或醫療設備中的植入式醫療器械、微型導管等。
霧化電鍍(Vapor Deposition Plating) 一種使用電化學沉積的方法製造微細的電鍍薄層,這種方式適用於製造複雜的薄膜和塗層,如光學鍍膜以及半導體工業中的薄膜製程-製造積體電路(IC)。
滾鍍(Rolling Plating) 在金屬帶材的特定區域,將基材連續通過電解槽,以實現均勻的電鍍,用於製造金屬帶材的保護層,以及建築材料的裝飾品。
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四、流量計與噴嘴在電鍍產業的應用
在電鍍過程中,電鍍藥液的噴灑用量、分佈狀態,液體與材料的接觸時間,甚至是藥液衝擊面板的力道大小都會影響電鍍層的品質,所以電鍍製程不但對噴嘴的品質與表現有嚴格的要求。另外,被鍍物在電鍍製程前的表面清洗、處理製程,以及製程中的水洗,都需要透過噴嘴的噴淋來進行;桶裝電鍍槽也需透過噴嘴來清潔。噴嘴與流量計在電鍍產業扮演舉足輕重的角色,前者大量應用在電鍍前的處理製程,幫助提高電鍍層的品質;後者則是用來測量電鍍藥液的使用量,幫助工廠控管製程效率。
應用一:電鍍設備水洗製程-低壓廣角噴嘴
➤ 實際案例:知名台灣電路板設備製造商
情況:該公司從事電路板自動化設備專業研發,其研發設備包含垂直電鍍設備、水平電路板設備、光電設備等機台,其中,電鍍設備的水洗製程為避免破壞電路基板,因此使用較低壓的水流進行沖洗,該公司希望尋找一款在低壓下仍能大面積噴灑的噴嘴。
解決方案:LORRIC 的 D Clamp系列噴嘴
D Clamp 系列低壓廣角扇形噴嘴利用噴孔外的反射面達成噴霧設計,在低壓的工作環境下仍能形成大於145度的廣角清洗面積,提供高效率的水洗效果。此外,D Clamp系列噴嘴採用管扣式固定,安裝上十分簡便;多件式結構設計也降低使用者更換、維護的難易度。
應用二:電鍍設備流量監測&中央控台溝通
➤ 實際案例:台灣知名自動化設備製造商
情況:該公司主要服務範圍包含印刷電路板的DES線製程、除膠渣機台、以及電路板、五金電鍍設備,在電鍍金、電鍍錫設備需要精確地量測液體以及氣體的使用量,此外,該公司的電鍍設備也需要流量計傳送訊號與中控台溝通。
解決方案:LORRIC的面積式流量計 以及 軸感應專利蹼輪(葉輪)式流量計
在電鍍設備量測用水量以及氣體的使用量的部分,我們建議該公司使用LORRIC的面積式浮子流量計,此款流量計能夠確保流量計的準確度維持在±5% F.S.。本體部分的流量刻度使用雷射雕刻處理,利於現場辨識,且雷雕刻度持久耐脫落,提升流量計使用壽命。對於傳送訊號與中控台溝通的需求,我們建議公司使用LORRIC FP-AS510 AxleSense 蹼輪式流量計,此款流量計內建三種通訊格式:4-20mA類比輸出、Modbus RTU RS485控制信號、以及光耦開關訊號(Pulse signal),提供使用者最完整的通訊選擇。
應用三:電鍍化學藥劑流量監測
➤ 實際案例:某台灣電鍍設備製造商
情況:該公司生產PCB印刷電路板電鍍設備,其電鍍產線使用立式連續電鍍設備(Vertical Continuous Plating Line),有效提高電鍍的分佈成效,並保持每片面板的電鍍品質一致性。立式連續電鍍設備中使用許多化學藥劑,需要能有效率的監控用藥量並具有抗腐蝕能力的流量計。
解決方案:LORRIC的面積式流量計及軸感應專利蹼輪(葉輪)式流量計
LORRIC的面積式流量計採用高品質塑料,耐化性強,面對強酸鹼藥液具有一定的抗腐蝕能力,有效降低設備維護的頻率,並降低維護成本。此外,若要有效率的監控電鍍設備的用藥量,具備通訊功能的流量計是必要條件。針對客戶的通訊輸出要求,LORRIC的 FP-AS510 蹼輪流量計成為最佳的解決方案。產品本身帶有三種通訊輸出方式(4-20mA類比輸出、Modbus RTU RS485控制信號、以及光耦開關訊號(Pulse signal),能夠配合廠內中控設備的通訊格式。