玻璃封接組件表面處理工藝難點(diǎn)探討

江洪濤，宋路路*，徐玉娟

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233010）

【經(jīng)驗交流】

玻璃封接組件表面處理工藝難點(diǎn)探討

江洪濤，宋路路*，徐玉娟

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233010）

探討了玻璃封接組件掛鍍時引線的導(dǎo)電，多種材料組合體的拋光，局部電鍍時產(chǎn)生的置換，電鍍后絕緣電阻不穩(wěn)定等難題，對具體的表面處理工藝進(jìn)行了總結(jié)。

玻璃封接組件；去氧化皮；拋光；絕緣；局部電鍍

First-author’s address: China Electronics Group Corporation No.40 Research Institute， Bengbu 233010， China

玻璃封接組件在金屬封裝外殼、連接器和傳感器領(lǐng)域使用非常廣泛，主要應(yīng)用在航天、航空及海洋中一些較特殊的領(lǐng)域。近年來，隨著對玻璃封接組件的需求越來越大，在電鍍過程中常常出現(xiàn)勞動強(qiáng)度大、廢品率高及難以解決的電鍍技術(shù)問題。

玻璃封接組件一般由底座、引線和玻璃絕緣子組成，通過玻璃將底座和引線燒結(jié)為一個整體，表面處理工藝有別于其他種類的零件，再加上受玻璃燒結(jié)質(zhì)量的影響，通常電鍍合格率較低［1］。

為滿足玻璃封接組件在不同環(huán)境下的使用要求，設(shè)計時往往會出現(xiàn)一個組件上具有不同的材料，要求采用不同的表面處理技術(shù)的情況。這樣就使得玻璃封接組件進(jìn)行表面處理時，要解決需電鍍部分的導(dǎo)電，掛具產(chǎn)生的印痕符合用戶的接收條件，不銹鋼高溫?zé)Y(jié)后氧化皮的去除，多種材料組合體的拋光，改善玻璃封接組件絕緣性能及局部電鍍工藝等問題。

本文將針對這些問題，以3種具有代表性的玻璃封接組件（見圖1）的生產(chǎn)實際為例，對一些具體的工藝進(jìn)行探討。圖1a為饋通式連接器，主要用于石油化工領(lǐng)域；圖1b為金屬封裝外殼，主要用于兵器、航空、航天領(lǐng)域；圖1c為傳感器，主要用于鋰電池蓋組及溫度傳感器控制系統(tǒng)。

圖1 3種具有代表性的玻璃封接組件示意圖Figure 1 Schematic diagram showing three types of representative glass sealed components

1 具體工藝難點(diǎn)及解決情況

1.1 輔助導(dǎo)電線制作工藝

在對玻璃燒結(jié)組件進(jìn)行電鍍前，必須把需電鍍的引線互相連接成一個導(dǎo)電整體。對于如圖1b所示的金屬封裝外殼，可采用2種方式：

（1） 用鎳絲將引線點(diǎn)焊成整體（見圖2a），電鍍后切除。

（2） 用細(xì)銅絲將引線繞成一個整體（見圖2b），電鍍后拆除。

圖2 輔助導(dǎo)電線的制作方法Figure 2 Method for making auxiliary lead wires

究竟采用何種方式進(jìn)行導(dǎo)電，電鍍前一定要與用戶溝通好，因為采用第一種方式會使引線端面留下切口，而采用第二種方式會使零件引線部位留下印痕，并且對于引線較多的零件，勞動強(qiáng)度太大。因此，在選擇導(dǎo)電方式時，應(yīng)根據(jù)用戶的需要，在不影響產(chǎn)品使用性能的情況下，采用易于操作、方便快捷的方式。

如果引線端部留下切口不影響使用，那么電鍍時采用焊線的方式進(jìn)行導(dǎo)電，可以降低電鍍?nèi)藛T的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

1.2 不銹鋼玻璃封接組件去除氧化皮工藝

可伐合金的耐腐蝕性能遠(yuǎn)不及不銹鋼，因此常選擇抗腐蝕能力較強(qiáng)的不銹鋼作為底座來進(jìn)行燒結(jié)。從機(jī)械加工、燒結(jié)、電鍍等方面看，不銹鋼與玻璃封接的工藝難度比可伐合金與玻璃封接更大，限制條件更多［2］。

不銹鋼玻璃封接組件在高溫鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐中燒結(jié)時，為了減少組件表面、模具和爐體氧化，一般采用將高純液氮?dú)饣笸ㄈ霠t體的方式加以保護(hù)。燒結(jié)后不銹鋼零件表面會形成一層淡藍(lán)色至鼠灰色的氧化層，它由大量的氧化物（Cr2O3、NiO、TiO2、FeO）和少量的碳化物及氮化物組成，難以去除，使不銹鋼玻璃封接組件難以進(jìn)行表面處理［3］。

1.2.1 機(jī)械光飾去氧化皮工藝

機(jī)械光飾法去氧化皮對于大批量生產(chǎn)的小型不銹鋼玻璃封接組件（特別是不銹鋼鋰電池）是一種低成本、高效率的加工方法。但在機(jī)械光飾的過程中，容易引起零件的變形、玻璃的開裂及磨料對零件上小孔的阻塞等問題。

通過控制光飾機(jī)的轉(zhuǎn)速、選用大小形狀適合的磨料，可在一定程度上減少玻璃開裂及小孔的堵塞。對于小型不銹鋼鋰電池，常選用小于其注液孔約1/3的圓形磨粒，加入洗潔精及木屑進(jìn)行光飾，光飾時間1 h。

圖1c所示組件機(jī)械光飾法去氧化皮的工藝流程為：松動氧化皮→水洗→中和（10%硫酸與10%鹽酸混酸）→水洗→光飾→水洗→甩干。

不銹鋼松動氧化皮配方如下：

光飾處理后的效果見圖3。

圖3 不銹鋼鋰電池蓋光飾后的效果Figure 3 Photo showing the button terminal of lithium battery made of stainless steel after barrel burnishing

1.2.2 化學(xué)拋光去氧化皮工藝

大部分玻璃封接組件因其形狀特點(diǎn)，無法采用機(jī)械光飾法去除氧化皮。這是由機(jī)械光飾法無法使磨料與玻璃封接組件全面接觸，引線易受撞擊而變形等因素造成的。因此，常采用化學(xué)拋光的方法去除氧化皮，這樣可以提高不銹鋼基體的表面光潔度，但容易造成零件過腐蝕。

對于底座和引線均為不銹鋼的玻璃封接組件，燒結(jié)后進(jìn)行化學(xué)拋光時，必須先松動氧化皮，再對零件進(jìn)行化學(xué)拋光。在化學(xué)拋光時，應(yīng)少時多次，時刻觀察零件每一次化學(xué)拋光后的表面狀態(tài)，防止過腐蝕。

化學(xué)拋光去氧化皮的工藝流程：松動氧化皮→水洗→化學(xué)拋光→水洗→中和（30%氨水）→水洗→吹干。不銹鋼化學(xué)拋光配方如下：

在該拋光液中加入一定量的甘油還可改善不銹鋼基體零件的拋光質(zhì)量。

為防止玻璃封接組件表面腐蝕不均勻和過腐蝕，在化學(xué)拋光時需要不停地抖動零件，避免產(chǎn)生的氣泡在零件表面停滯而達(dá)不到拋光效果。若零件存在細(xì)、長盲孔，應(yīng)在每個步驟都加強(qiáng)清洗，防止盲孔內(nèi)殘留溶液。

1.3 組合材料化學(xué)拋光工藝

組合材料的化學(xué)拋光技術(shù)一直是電鍍處理中的難點(diǎn)。由于玻璃封接組件中底座和引線的材料不同，在進(jìn)行拋光時很難同時滿足這兩種材料的拋光要求。

對組合材料進(jìn)行拋光時應(yīng)遵循的主要原則是：

（1） 必須同時滿足組件上多種材料的化學(xué)拋光要求，不能使零件表面產(chǎn)生過腐蝕。

（2） 先對較不活潑的材料進(jìn)行化學(xué)拋光，再對較活潑的材料進(jìn)行拋光。

（3） 少時多次，時刻關(guān)注玻璃封接組件的表面狀態(tài)。

1.3.1 底座為鐵材料，引線為可伐材料

可伐材料的鐵含量雖較高，但不能直接采用鐵件拋光液拋光整個零件。因為經(jīng)鐵件拋光液拋光后，可伐引線表面往往會發(fā)黑。

對該類零件應(yīng)先用鐵件拋光液進(jìn)行整體拋光，直至底座近乎光亮，再用可伐拋光液迅速拋光，如此交替拋光3 ～ 4次，最后把零件放入鐵件拋光液中，迅速拋光至零件各部分均光亮，且無過腐蝕現(xiàn)象，即完成拋光。

鐵件化學(xué)拋光溶液配方如下：

可伐化學(xué)拋光溶液配方如下：

1.3.2 底座為不銹鋼材料，引線為可伐材料

如圖1a所示的組件，其不銹鋼底座需拋光，引線需鍍鎳金。在對零件進(jìn)行化學(xué)拋光時，先用比引線直徑稍小的塑料管套住引線（見圖4），再使用不銹鋼拋光液對零件進(jìn)行拋光，這樣就可以避免不銹鋼拋光液對引線部位造成腐蝕。底座拋光完畢后，去除塑料管，用可伐拋光液對零件的引線進(jìn)行化學(xué)拋光，以除去可伐材料表面的氧化皮，最后進(jìn)行電鍍。

圖4 保護(hù)引線照片F(xiàn)igure 4 Photo showing the protection of leads

1.4 玻璃封接組件的絕緣性能

絕緣電阻是影響玻璃封接組件質(zhì)量的主要因素之一，絕緣電阻越高，安全可靠性越好［4］。

許多玻璃封接組件在未電鍍前滿足絕緣性能要求，但經(jīng)電鍍生產(chǎn)后，往往出現(xiàn)絕緣電阻不穩(wěn)定的現(xiàn)象。即便是經(jīng)檢驗合格的玻璃封接件，放置一段時間后也會如此，這不僅造成了原材料的浪費(fèi)，而且在使用過程中存在嚴(yán)重的安全隱患，影響了產(chǎn)品的安全可靠性［5］。

1.4.1 玻璃封接組件表面粘附石墨

玻璃封接組件一般采用石墨模定位后燒結(jié)。在燒結(jié)過程中，石墨很容易粘附在玻璃表面。在對零件進(jìn)行電鍍處理時，石墨極易上鍍，從而使玻璃封接組件的絕緣電阻不穩(wěn)定，甚至造成短路的現(xiàn)象。

因此，應(yīng)選購致密性好、強(qiáng)度較大的石墨材料作為模具，且使用一定周期后檢查石墨模具的表面狀況，若出現(xiàn)大量石墨疏松的現(xiàn)象，應(yīng)減少該模具的使用或報廢。

在玻璃封接組件進(jìn)入電鍍車間前，應(yīng)仔細(xì)檢查燒結(jié)后的零件表面是否粘附石墨，若有石墨存在，必須用刀片將石墨刮除或通過化學(xué)方法去除石墨。

化學(xué)清洗去除石墨的配方如下：

1.4.2 玻璃封接件燒結(jié)后玻璃表面存在氣孔

玻璃封接組件在燒結(jié)過程中，玻璃內(nèi)部產(chǎn)生大量的小氣泡，這些小氣泡在熱力作用下從玻璃內(nèi)部向玻璃表面遷移并逸出。當(dāng)玻璃封接件從高溫區(qū)到低溫區(qū)冷卻固化后，常常會有未逸出的小氣泡大量聚集在玻璃表面，使玻璃表面的孔隙率增大。

在對該類零件進(jìn)行除油、酸洗、活化、電鍍等工序時，容易使溶液中的離子吸附在這些微小的氣泡中，采用常規(guī)的清洗方法很難清洗干凈［5］。若沒有清洗干凈就進(jìn)行烘干，氣孔內(nèi)存在的殘留鹽分會以結(jié)晶體的形式固化下來。由于固化后的鹽分不導(dǎo)電，此時玻璃封接件的絕緣電阻一般滿足設(shè)計要求，但隨著外界環(huán)境溫、濕度的變化，微小氣孔吸附空氣中的水分后，鹽分溶解而產(chǎn)生導(dǎo)電離子，會使絕緣電阻不穩(wěn)定。

因此，存在氣孔或裂紋的玻璃封接組件在電鍍后應(yīng)增加一步中和處理（最后一步如果為酸性鍍液就用氨水中和，若為堿性鍍液就用稀硫酸中和），再用純水或酒精超聲波清洗15 ～ 30 min（可將玻璃封接組件中的殘留鹽分清洗出來），最后烘干（在120 °C的烘箱中保溫4 h以上）并自然冷卻。此舉可在一定程度上解決玻璃封接組件表面存在氣孔，電鍍后絕緣電阻不穩(wěn)定的問題。

1.5 玻璃封接組件的局部電鍍

玻璃封接組件的引線和底座在功能上的側(cè)重點(diǎn)不同：引線要求電鍍層具有良好的電接觸性能，底座則要求電鍍層具有較強(qiáng)的耐蝕性能。如果采用引線和底座同步電鍍的方法，鍍層往往不能兼顧引線和底座的功能需求。而通過局部電鍍可以很好地解決這種問題。根據(jù)零件形狀及所需電鍍部位的不同，需選擇不同的局部電鍍保護(hù)方法和電鍍方式。

1.5.1 金屬封裝外殼的電鍍方法圖1b中所示的金屬封裝外殼的引線和底座均為可伐材料，需對其底座鍍鎳，對引線鍍鎳金。先前的電鍍工藝流程為：整體鍍鎳→只對引線鍍金→再對底座鍍鎳。

該工藝流程存在的主要問題是：零件整體鍍鎳，使鎳層達(dá)到規(guī)定厚度后，只對引線鍍金時會導(dǎo)致底座置換一層不均勻的金，若再對底座鍍鎳，覆蓋住不均勻的金層，會使底座電鍍后整體顏色不一致，影響產(chǎn)品外觀，導(dǎo)致零件報廢。

為了解決該問題，經(jīng)試驗驗證，采用了新的電鍍工藝流程：整體鍍鎳→整體閃鍍金→只對引線鍍金→只對底座鍍鎳。

該流程首先整體鍍鎳，使鍍鎳層達(dá)到規(guī)定厚度后再整體閃鍍金，使底座與引線均鍍上一層較均勻的金，然后只對引線部位鍍金，使金層達(dá)到規(guī)定厚度，最后對底座鍍鎳，覆蓋住零件底座上的金層。電鍍完成后的效果見圖5。

新的電鍍方法增加了一道閃鍍金工序，雖然增加了電鍍成本，但使用該方法處理后的金屬封裝外殼，鍍層表面狀態(tài)一致，光亮度高，提高了產(chǎn)品電鍍合格率。

1.5.2 饋通式連接器電鍍方法

圖1a所示的饋通式連接器的引線為可伐材料、底座為不銹鋼材料，只需對引線部位鍍鎳金。

在對饋通式連接器進(jìn)行電鍍時，必須保護(hù)住零件的外表面及內(nèi)表面，防止零件與鍍金溶液接觸而使其表面置換出不均勻的薄金［6］。如圖6a所示，零件內(nèi)表面采用耐酸堿、耐高溫的聚四氟乙烯仿形模具卡住，零件外表面則用阻鍍膠帶纏緊，盡量避免溶液滲入膠帶內(nèi)，需電鍍的引線用導(dǎo)電線（細(xì)銅線）纏繞成一個整體，然后將零件安裝到專用掛具上（上掛后局部細(xì)節(jié)見圖6b），最后進(jìn)行電鍍。

圖5 金屬封裝外殼電鍍后的照片F(xiàn)igure 5 Photo showing the metal packaging shell after electroplating

圖6 饋通式連接器的局部保護(hù)Figure 6 Photo showing the partial protection of feedthrough connector

2 結(jié)語

本文根據(jù)玻璃封接組件的組成特點(diǎn)，介紹了在電鍍處理過程中常出現(xiàn)的技術(shù)問題，并對這些問題提出了相應(yīng)的解決方法。這些工藝方法提高了電鍍的生產(chǎn)效率與合格率，防止了電鍍質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

在對玻璃封接組件進(jìn)行電鍍處理時，所采用的方法應(yīng)根據(jù)玻璃封接組件的材料，各組成部分的用途、形狀、大小，用戶使用要求等，盡量選用簡便易行的方法進(jìn)行操作，并且不能忽視表面處理過程中的每一個環(huán)節(jié)。

［1］ 沈涪.可伐合金玻璃封接電連接器電鍍工藝改進(jìn)［J］.電鍍與涂飾， 2006， 25 （5）: 20-23.

［2］ 霍武德.繼電器底座組采用不銹鋼與玻璃的封接工藝［J］.機(jī)電元件， 2001， 21 （4）: 27-30.

［3］ 姜鵬濤， 祝捷， 顏寶鋒， 等.火工品用不銹鋼封接元器件真空-正壓工藝研究［J］.火工品， 2010 （6）: 23-26.

［4］ 上官小紅， 顏寶鋒， 祝捷.玻璃金屬封接件電鍍后絕緣電阻穩(wěn)定性研究［J］.新技術(shù)新工藝， 2008 （12）: 14-17.

［5］ 姜鵬濤， 顏寶鋒， 祝捷， 等.不銹鋼封接件電鍍后絕緣電阻降低的處理措施［J］.電鍍與精飾， 2011， 33 （12）: 21-24.

［6］ 徐玉娟， 宋路路， 江洪濤.幾種連接器局部鍍金的保護(hù)方法［J］.電鍍與涂飾， 2015， 34 （9）: 508-509.

［ 編輯：溫靖邦 ］

Discussion on difficulties in surface treatment process of glass sealed components //

JIANG Hong-tao， SONG Lu-lu*，XU Yu-juan

Some difficulties in surface treatment of glass sealed components were discussed， such as electrical conduction of leads， polishing of the components made of several different materials， replacement reaction occurring during partial electroplating， and instability of insulation resistance after electroplating.The corresponding surface treatment processes were summarized.

glass sealed component； scale removal； polishing； insulation； partial electroplating

TQ153

B

1004 - 227X （2016） 05 - 0256 - 06

2015-10-08

2016-01-11

江洪濤（1972-），男，安徽蚌埠人，工程師，主要從事表面處理工作。

宋路路，工程師，（E-mail） songlu152@163.com。