Upload
valentine-viaud
View
111
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Formation GalvanoplastiePlacage Or haute vitesse
et ses applications
Juin 2009
2Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification placage Or
Selon la norme ASTM B488-01(2006) et de la norme MIL-G-45204B:
Suivant la teneur en or dans les dépôts , on classifie les placages or en 3 types :
Basé sur la dureté du dépôt,on classifie en 4 grades:
Relation entre la pureté de l’or et sa dureté :
Type de placage Or % or dans le dépôt Type I 99,7Type II 99,0Type III 99,9
Grade du dépôt Or Dureté en Knoop ( HK 25 )
A < 90B 91 - 129 C 130 - 200 D > 201
Type de placage Or Grade de DuretéType I ( 99,7%) A,B,CType II ( 99 % ) B,C,D
Type III ( 99,9%) A
3Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification placage OrSuivant les normes ASTM B488-01(2006) et MIL-G-45204B:
La pureté du dépôt d’or:Métaux non nobles en % exclus C, N, H, Na, K de 100%
Pureté placage Or( analyse bains)pour atteindre la pureté du dépôt demandée , les impuretés dans lebain doivent être controlées périodiquement au labo
Métal ppm ppm ppm
Ni 1000 1000 NA
Fe 250 150 150
Cu 75 20 20
Pb 20 10 10
Co 200 NA 200
Pd 20 20 20
Ti NA 20 20
Cr 40 40 40
Zn 40 10 10
Type de Bain Prédorue Dorure Au/Co Dorure Au/Ni
4Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification Placage Or
Pureté placage Or ( analyse bains ) :
Quand les impuretés dépassent les limites, il est demandé de diluer ou de changer le bain
La pureté des dépôts doit être vérifié ( se référer à la procédure GS-15-012 pour les détails) :
1) Plaquer 2 coupons en laiton avec un dépôt d’or de 0.37grams en poids d’or
2) Dissoudre le laiton et nettoyer et sécher l’or 3) Dissoudre le dépôt d’or dans de l’eau régale et analyser par
AAS ou par ICP , les impuretés métalliques dans ce dépôt:- pour les bains au Cobalt : Cu, Cr, Co - pour les bains au nickel : Ag, Pb, Cd and Zn
4) Calculer la pureté de l’or
5Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification placage or
The density of Au coating :
La densité de l’or dépend du type de dépôt et du procédé utilisé Pour l’or dur :la densité est de 16.5g/cm3 à 17.5g/cm3;
Pour les or mous, la densité est de 18.5g/cm3 à 19.3g/cm3.
Relation entre la densité du dépôt d’or et le type de dépôt:
A FCI , nous avons défini la densité du dépôt placage Or , pour les mesures d’épaisseurs par rayons X ( x-ray) à 17.0 g/cm3. Pour nos applications, plus de 17 g/cm3( par exemple 19.3g/cm3)
n’est pas permis car dans ce cas, nous déposerons plus d’or sur nos produits.
Type de dépôt or Grade de dureté Densité du dépôt
Type I ( 99,7%) A , B , C 16.5 g/cm3 à 17.5 g/cm3
Type II ( 99 %) B , C , D 16.5 g/cm3 à 17.5 g/cm4
Type III ( 99,9%) A 18.5 g/cm3 à 19.3 g/cm5
6Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification placag eOr
Basé sur l’étude du bain de placage Or de formulation FCI, une forte densité de courant donne une densité de dépôt plus faible
7Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Application placage Or
Type III grade A (soft Au): Or à 99.9%
Composants Semi conducteur
Engineering nucléaire
Liens Thermo-compression
Liens Thermo-sonique
Soudure Ultra-sons
Soudabilité
Application haute température
Quand le type III est choisi pour la soudabilité, l’épaisseur d’or recommandée est de <0.5um. Ceci afin de s’assurer que la teneur en or des joints de soudure est au minimum. Quand l’or atteint 3% et au-delà, le joint de soudure posera un problème( cassant ).
L’oxydation du cobalt et du nickel peuvent rendre la soudure très difficile.
8Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Application placage or
Circuits imprimés :Type I & II avec grades B & C
Quand du cisaillement et détourage sont prévus , l’épaisseur d’or recommandé est <2.5um ,afin d’éviter des fissures du dépôt.
Type I :Au >99.7%pour utilisation générale, haute fiabilité pour contact électrique
composants enroulage fil ( wire wrap) .
quand la soudabilité est le besoin primaire ( épaisseur <0.5um) – pas d’environnement haute température
Type II :Au >99.0% :Utilisation générale , résistance à la corrosion
Pas d’environnement haute température
9Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Application placage or
connectors statiques séparésType I, II, III avec grades A, B, C
Epaisseurs peut être supérieure à 5um
La sélection de l’épaisseur et du type de placage or est fonction de la durée de vie demandée par l’application
Dans l’industrie du connecteur, la majorité des placage or est : Type I & II - placage or dur .
Les dépôts de placage or dur est utilisé en majorité en connectique à cause de ses caractéristiques :
faible résistance de contact et bonne transmission des signaux
Une bonne déposition grâce à sa bonne ductilité; sa durée de vie importante, sa fiabilité et sa résistance au frottement.
10Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Sous couche pour placage or
Le Nickel est choisi pour être la sous-couche avant le placage Or:
1.2 µm de nickel prévient la diffusion du cuivre et alliages de cuivre
Le Nickel évite les remontées et la formation de dépôts mat de cuivre , pouvant remonter à travers les pores ou les angles
Le Nickel est une bonne sous-couche de protection pour la surface de contact :
La sous-couche de nickel peut servir de base porteuse à la couche d’or pour empêcher la fissuration de l‘or dur et pour réduire l'usure de l‘or pendant les glissements de la surface de contact.
Le Nickel est une bonne protection contre la La sous couche de nickel forme une couche passive d’oxydes qui protègent la base des pores du placage or contre l’humidité mais pas des vapeurs acides telle que le SO2 ou HCl etc.
11Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
L'histoire de l'électrodéposition de l’or a plus de 100 ans. Il y a deux sortes de bains pour le placage Or :
Bains à base de cyanures : Bain à teneur en cyanures très élevée :
cyanures de sels d’or à pH >9, contiennent >15g/L en cyanures de potassium
La couverture et le pouvoir de pénétration est important
La tolérance pour les impuretés métalliques est haute ;
Hautement toxique car cyanures libres élevé
Efficacité à la cathode élevée (>90%)
Très bonne porosité
Moins de dépôt chimique ( conversion)
12Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Bain d‘or cyanuré avec acide citrique :le pH est 3 à 6
L'acide citrique est un neutralisant de pH. Même le pH est à 3, les sels complexés de cyanures d’or sont encore stable
La gamme de concentration en Au est très grande, de <1g/L jusqu'à 30g/L. Ceci dépend principalement de l'application
Basse porosité et bonne résistance à la corrosion
Peut être employé pour un placage or soudable
Bas rendement cathodique ( environ 50~60% )
Moins toxique avec seulement quelques ppm de cyanure libre dans le bain
ce type de bain cyanures et acide citrique est le plus utilisé en galvanoplastie .
13Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Bain d’or non cyanuré : Bain de sulfite (KAu(SO3)2) Pas de cyanure et pas toxiqueLe rendement cathodique est très élevé avec presque 100% faible porosité et excellent pouvoir de pénétration et bonne couverture du dépôtle bain n'est pas stable si trop chauffé Les sulfites seront décomposés pour produire du soufre : S2-, qui formera un précipité noir avec l’or : Au2S. Ceci causera alors des pertes en or .Le processus de fabrication pour le sulfite d'or de potassium (PGS) est plus dangereux et difficile et le prix est légèrement plus cher que GPC ( gold potassium cyanide) .La vitesse d'électrodéposition est inférieure à l‘or avec acide citriquecette application avec des sulfites est moins répandu pour le placage haute vitesse sur des connecteurs pour ces désavantages ci-dessus.
14Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Dans FCI nous avons notre propre formulation de placage or, qui est employé depuis les années 1980
Processus placage or mou C'est une électrodéposition d'alliage d'AuTl pour suivre les normes ASTM ou le type MIL type I ,grade B
formulation de bain :Au (ajoutez en aurocyanure de K ) : 7~ 25 grammes/LLe thallium s'ajoutent sous forme TlSO4) : 22~28 ppmAcide citrique : 100 g/LCitrate de potassium : 120~150 g/LKH2PO4 40~50 g/LpH : 5.7~5.9 @ à température ambianteTempérature : 55°C ~ 65°Cdensité 1.14~1.18 g/cm3
15Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Processus dur d'AuC'est une électrodéposition d'alliage d'AuCo pour être en type II, grade C et suivre les normes ASTM ou de MIL. Formulation du bain pour application générale (immersion contrôlée , roue etc.)
Au (ajoutez en aurocyanure de K : KAu(CN)2 ) : 4~ 20 g/LCo2+ (ajoutez en CoSO4.7H2O) : 0.2~0.5 g/LAcide citrique : 100 g/LCitrate de potassium : 126 g/LpH : 4.0~4.5 @ à température ambiante.Temp. : 55°C ~ 65°Cdensité : 1.12~1.20 g/cm3
Il n'y a pas de brillanteur dans cette formulation, et ainsi la finition du dépôt est semi-brillante.
16Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Formulation de Bain pour FRS et pour spot plating :Au (ajoutez en aurocyanure de K : KAu(CN)2 ) 20~30g/LCo2+ (ajoutez en CoSO4.7H2O) : 0.3 g/LAcide citrique : 60 g/LCitrate de potassium : 100 g/LpH : 4.2~4.5 @ à température ambiante.Temp. : 60°C ~ 65°Cdensité : 1.110~1.14 g/cm3
Il n'y a pas de brillanteur et ainsi la finition du dépôt sera semi-brillante.Avantages importants :
Moins de complexes et de plus faible densité : rendement cathodique sera meilleurforte concentration en or pour atteindre des vitesses élevéesMoins de dépôt d’or sur les outillages et parties nickelées ( moins de déposition chimique/conversion)
17Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’orPoints clés du contrôle du procédé :
La concentration en Au peut varier dans un large éventail , qui dépend de la vitesse d'application et du type de placage prévu
La concentration en Co ne doit pas être >0.7g/L sinon il y aura formation de composé CO/Au pouvant causer des pertes en or anormale
Comme la finition de placage or avec la formulation FCI est semi-brillante, il n’est pas recommandé d’utiliser un nickel de Wood mat comme sous-couche car nous n’aurions pas des beaux produits ( cosmétique )
Utiliser de l’acide citrique pour réduire le pH quand le pH est au-dessus de 4,5. Le pH est très important pour la couleur et la brillance de l’or .
pH <3 3 - 3,8 3,8 - 4,5 >5 >6
Couleur de l'oret
brillance
Pas recommandé car instrabilité de
l'aurocyanuresemi-brillant
semi-brillant avec couleur
de l'or
mat et fenêtre de travail très
reduite
Pas de brillance et fenêtre de travail très
réduite
IMPACT pH SUR BAINS D'OR ACIDE CITRIQUE
18Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Points clés du contrôle des procédés :Utiliser la potasse KOH (10%) pour augmenter le pH avec une bonne agitation de bain si le pH est inférieur à 4,0Contrôler les impuretés du bain avec la procédure GS-15-012Un niveau trop élevé d’impuretés peut causer des problèmes de soudabilitéUtiliser du citrate de potassium pour augmenter la densité . Dans ce cas l'acide citrique doit être ajouter en même temps afin que le pH n’augmente pas. Un préréglage fait dans un bécher au laboratoire est conseillé avant d’ajuster le bain principalQuand l’impureté Nickel est au dessus de 1000ppm, il est recommandé d’employer la résine sélective R&H IRC748 pour enlever l'impureté Nickel du bain d‘or et pour prolonger la durée de vie du bain. En employant IRC748 pour traiter le bain d‘or, la résine doit être recyclée avec de l’eau déminéralisée pour rincer les résines poreuses contenant de l’or Pour réduire au minimum l‘entrainement des solutions d’or, il est recommandé de procéder au rinçage cascade ( les rinçages font les niveaux des bains précédents). En raison de la formation rapide d’algues et de champignons avec des bains d’or à l’acide citrique, les rinçages doivent être chauffés à 60ºC pour éliminer cette formation fongique et pour ne pas souiller les bains.
19Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Chimie des bains d’or
Points clés du contrôle des procédés :Pour s'assurer de meilleures capabilités du procédé en terme de stabilité des épaisseurs, on recommande d'employer des pompes doseuses pour maintenir une concentration en or dans les bains. L’ajout se faisant en fonction des Ampères/heure
Quand la densité du bain est trop forte , l'efficacité d'électrodéposition diminue. Il est nécessaire de diluer ou de changer le vieux bain quand la densité arrive à sa limite supérieure
Périodiquement le traitement sur cartouche de charbon est nécessaire pour réduire au minimum la contamination organique
Pour le bain d’or à base d’acide citrique, des anode en titane et oxydes de Ir O peuvent être employées pour remplacer l'anode en titane platinée (meilleur coût de pièce de rechange)
20Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Problème de conversion or
La bain d’or à l’acide citrique n'est pas très stable sous forte agitation et va former un dépôt chimique ( conversion de l’or) sur les surfaces des outillages, plus spécialement pour les techniques de spot et de FRS. Cette conversion de l’or est également constatée sur le nickel des produits.
Cette déposition chimique de l’or aura les conséquences suivantes :
Perte additionnelle d‘or L'épaisseur d‘or insuffisante due à la perte de courant Pas d’or ou moins d’or électrodéposé suite à un bouchage des trous d’injection des outillagesMauvaise adhésion de l’étain ou étain-plomb sur des zones ou l’or s’est déposé chimiquement sur le nickeltemps d’arrêt supplémentaire pour dédorer les outillages
21Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Problème de conversion or
La solution pour réduire au minimum le problème de conversion de l’or
surface lisse des outillagesRéduisez au minimum les frottements des produits sur les outillagesMaintenez un pH élevé >4.3Maintenez une densité aussi bas que possible du bain Le fait d’ajouter du KCN dans le bain d‘or , réduira de manière significative le problème de conversion de l’or. Tandis que trop de KCN peut causer la baisse de rendement cathodique ( attention aussi au danger de ce produit toxique) Différentes formulations de bains auront un impact différent pour la conversion de l’or , aussi il est nécessaire de choisir un bain d’or performant pour les techniques de spot et de FRS.
22Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Classification du placage or: conversion chimique
Comparaison de la formulation de bains d’or face à la conversion de l’or :
L'épaisseur de conversion d’or sur le nickel pour plusieurs bains d’or : JP K-186SB, Au dur formulation FCI et R et H CS-200
Process Au 12 mn 9 mn 6 mn 3 mnR&H CM 0,081 0,049 0,022 0,009R&H CS 200 0,034 0,026 0,012 0,009FCI hard gold 0,028 0,026 0,02 0,011Metalor CoGold 0,083 0,046 0,034 0,015JP K-186SB 0,021 0,022 0,019 0,013
temps d'Immersion
Epaisseurs en microns
23Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Problème de conversion de l’or
Comparaison de différente formulations da bains d’or face à la conversion chimique :
Analyse de la conversion de l’or sur le nickel par dédorage :
R&H CS-200 d, JP K-186SB, et formulation FCI ont montré une bonne performance équivalente.
30 secondes et 3min. bande nickelée de 1 mètre immergée avec forte agitation
strippage de l'or
Analyse d'or par AAS (même dilution)
Process Au 30 sec 3 mnR&H CS 200 1,3 7,31JP K-186SB 1,31 7,59FCI hard gold 1,69 7,63Metalor CoGold 2,23 38,62R&H CM Pas testé Pas testé
Time
Résultats en ppm
24Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Récupération de l’or
L'Au est un métal précieux et l'utilisation de l’or et le management de FCI se concentre sur le contrôle de l’utilisation de l’or commande . Un bon management de récupération de l’or doit être en place sur chaque site FCI de façon à minimiser les pertes d’or.
Les méthodes principales de récupération en galvanoplastie :La récupération des cathodes provenant de l’électrolyse des bains de rinçages or .Ainsi la concentration dans les bains de rinçages est inférieur à 5 ppm . Ceci évitera des pertes d’or par les rinçages.électrolyse de bains de solutions d’or en dehors des lignes de TS ( rinçages , vieux bains , solution de strippage , solution de lavage etc … ) Système de rétablissement de résine d'Au pour récupérer l'Au du rinçage et de l'eau d'épurateur.Système de récupération de l’or par passage sur des résines échangeuses d’ions ( solutions faiblement chargée et solution lavage des laveurs à gaz)
25Plating training M Cote- HS gold plating-06 2009
Récupération de l’or
Le raffinage de l’or est une activité importante pour récupérer l‘or. Ceci fait partie de la « gold balance « .
Les rebuts ( scraps) suivants d‘or doivent être raffinés :Cathode provenant des électrolyseurs d’or
Résine or
filtres et tampons ( brush plating)
Pépites d‘or provenant des outillages et du laboratoire
Les rebuts des lignes de galvanoplastie ( règlages , échantillons , mauvais produits) . Ceux provenant du découpage et assemblage sont aussi à inclure dans la récupération)