我国电镀业发展趋势

武汉风帆电化科技股份有限公司 首席技术顾问 刘仁志 

我国现代制造由大转强离不开电镀技术。毫不夸张地说，没有现代电镀技术，就没有现代制造。因为现代制造所要求的智能化与电子制造密切相关，而电子制造包没有电子电镀就无法实现。当然，电镀本身也要在这个转变中由大转强，有所创新、有所发展。其落后产能，同样要淘汰和换代。根据电镀业过去和现在正在发生的转变，我们从以下几个方面对其发展趋势做出展望：

1、装备的更新换代

2、由表及里的发展

3、微观精细与控制

4、向环境友好转变

                                                              1 装备的更新换代

    

    电镀装备一直是非标准设备，全国各地的电镀设备可以说是五花八门，从电镀电源到电镀槽体，从挂具到电镀自动线，都是各行其是，并没有统一的标准，这是电镀产品质量波动较大，效率较低的一个重要因素，一直没有引起行业重视。  

仅以镀槽设计为例，我国电镀槽的设计基本是完全个性化的，有些根本谈不上有设计。既没有尺寸大小的标准规格，也没结构和材料配置上的标准，更没有从电力线分布角度进行的槽体形状、阳极配置的科学分析。大都只根据所加工产品形状大小来粗放地定出容量。基本上采取的是约定俗成的做法，没有标配概念。这显然是不够科学的。电镀槽的粗放模式使电镀生产的效率、电能和材料的节省、产品的质量等都难以做到有效的控制。因此，在电镀产业升级过程中，对包括电镀槽在内的装备进行标准化设计和制造，是一个重要的趋势。这包括电镀电源的节电模式，汇流排的有效截面积和导线配置，电镀自动线的标准配置等。而镀槽配置则包括阳极、搅拌与过滤、槽上处理系统、清洗槽的进出水配置等，都要做出科学合理的设计，而不应该随意组合，造成功能不够或资源浪费。

    对电镀装备进行标准化管理的一个重要因素是质量和效率的保证。这在电子电镀中已经有充分的体现。电子电镀对装备的依存性是非常高的，没有相应的装备，根本就无法保证电子电镀的正常生产。从印制板电镀到卷对卷电镀，装备是生产工艺得以实施的重要保证。高速电镀和连续生产的电镀过程，都离不开先进的电镀设备。事实上，机械电镀和其他装饰性电镀，同样对装置有着重要依存性。重要的是，规范的装备不只是生产效率和产品质量的保证，更是环境保护和污染治理的需要，在生产线上实现治理和分类排放管理的设备配置，将成为主流的电镀装备模式。

    电镀装备的现代化是一个系统工程，需要全行业的统筹规划和全方位的合作参与。并且需要有创新思维和前瞻性。将先进的设备设计理念和新工艺开发结合起来，可以更好地提升电镀生产的整体水平。

一个现实而有效的工作是电镀挂具的标准化，对挂具从材料到结构和装挂方式都给出科学合理的规范，将为电镀生产的定额和清洁生产管理都带来显著效益。

阳极的规范化也是强化电镀生产过程效益的一种重要方面，阳极的类别、配置、形态等对电镀生产质量、效率等都有重要影响。阳极的功能化也是一个重要课题，比如制造多功能的不溶性阳极，可以释放镀液需要的成份和兼有传感器等功能，都是可行的创新方案。

一种远期的电镀装备模式是采用无排放封闭生产系统，所有输入和输出都在有效的控制过程中得到合理处理，成为真正全自动生产模式，所有排出物会由管线分类收集，水将回用，金属将回收，固体废弃物由专门的传输系统收集，统一处理。

    因此，将电镀技术的发展与电镀装备的现代化统一在一个系统内加以思考和管理，应该引起行业高度重视。电镀装备的现代化和更新换代，将是我国从电镀大国向电镀强国发展的一个标志。

                                                                         2 由表及里的发展

   当前，地球资源的紧缺日趋严重，节约材料是人类永恒的课题。而材料节约的一个重要方面就是使用低端材料和非天然材料来替代稀缺材料和天然材料。从这个角度来看，电镀是可以在非天然材料和低端材料表面获得稀缺材料和天然材料的特殊加工过程，这样可以大大节约贵重材料。典型的例子是塑料电镀，现在在电子产品、汽车、卫浴、灯具、家用电器等诸多领域都有广泛应用。随着工程塑料和复合材料技术的进一步发展，将会有越来越多的结构采用塑料制造，而要在这些材料表面获得金属的效果和功能，只有电镀技术是最为合适的制造技术。

另一个趋势是功能性电镀将成为电镀生产的主流。从装饰性角度，一些其他表面装饰技术正在某些应用领域替代了电镀技术。这使得电镀技术在表面装饰性方面的应用将有所减少，只会保留一些无法替代的装饰镀层和满足一部分市场的需要。但是，电镀的功能性应用则会有所增强，并且在进一步发挥其表面改性功能的同时，向新材料制造扩展。

    这种趋势有几个方面的动向，一个是从已经获得应用的合金领域的外延。合金电镀有着传统冶金学无法模拟的优势，就制造新合金而言，电镀技术可以比较方便从镀液中获得二元、三元、四元合金。随着电沉积技术的进步，这一过程正在得到加强。一些新的合金镀层被开发出来并且在新产品中广泛采用，在提升产品整体质量的同时，也为开发新产品提供了新的选项。

    另一方面是复合镀技术的出现，使复合材料技术在表面得以应用，从而让更多材料通过表面改性分享复合材料的优点，这也将是一个重要的发展趋势。

   无论是电镀复合镀还是化学镀复合镀技术都已经有实际应用的领域，从耐磨损镀层到减摩镀层以及其他功能性镀层，都在应用中良好的表现。随着复合材料技术的进步，一些新的复合镀技术将被开发出来，预期有着比合金电镀更为广泛的应用前景。

    电镀技术要展趋势的一个更重要的方面是电镀技术从表面进入到材料内层乃至于核心部位，这就是电镀制造。

3D封装和印制板制造是典型的电镀制造在电子工业中的应用。现在芯片制造已经离不开电镀技术，因为集成电路中连线已经发展为纳米级，原来真空镀铝工艺不能满足需求，改用大马士革结构后，由电镀铜来完成使线宽从90纳米向25纳米以下发展。这种技术趋势的延伸是微制造中的电解成型，包括微型机器人构件的电沉积制造等，将是电镀技术的重要发展趋势。

    3D-MID是英文“Three-dimensional moulded interconnect device or electronic assemblies”的缩写，中文直译为三维模塑互连器件或电子组件。

    这是一种曾被誉为电子制造发展过程中的里程碑的技术，出现于20世纪80年代，但得到蓬勃发展则是近几年的事，特别是采用了激光直接成型技术，使过程大为简化，使得这项技术倍受青睐，市场需求正以20%的速度在增长。这一技术的特点是在三D异型结构材料上通过激光处理，在需要的部位直接以电镀方式获得金属线路和功能组件，从而省去另外配置印制板或安装金属组件的步骤。目前手机结构壳体内的天线线路就是由这种技术制作的。更多的应用仍在开发中。预期这种技术在微电子产品、穿戴电子产品、智能机器人产品等诸多个性化电子产品中将大量采用，从而成为功能性电镀的一个重要领域。

    功能性电镀的另一个应用领域是纳米材料的制造和纳米镀层的应用。包括在分子组装技术中的应用。还有各种泡沫金属电极材料的制造，分子模板的制造等，都要用到电镀技术。而这些应用都正在从实验室走向工业化，有些已经成功转化为生产力。

    除了上述各个领域的应用，电镀技术还在新材料开发和产品创新中有着广泛的应用前景，包括生物材料、医学材料、和一些可以借助电成型、电解制造的过程中的应用，以及与其他表面技术和过程相配合的应用，都极具创新要素，可以是一些创意的支持技术。

   显然，电镀技术的进步和发展，使之已经不只是表面装饰技术或者表面改性技术，而是一项涉及现代制造特别是电子制造的核心加工技术，成为现代制造中不可或缺的工艺技术。

                                                                       3 微观精细与控制

    伴随着电镀技术由表及里发展的另一个趋势，是电镀过程的控制精细化。电镀过程从原理上看，是金属离子获得电子还原为金属的过程，这是一个涉及电子和离子交互作用的微观过程。以往都只能通过宏观上工艺条年的控制来影响微观过程的变化，并通过对结果的考核来修正控制参数，以获得所需要的结果。显然，这种宏观控制过程难以做到精细化，带有较大盲目性。随着微电子技术的发展和微型制造的需要，对电镀过程进行微观控制已经是一种新趋势。通过电子显微技术观察表面过程在技术开发和理论研究中都已经有较多应用，目前普遍使用的是过程的静态图像，以判断各种因素对电结晶过程的影响。

   静态微观观测设备已经在替代传统的电镀监测手段，X萤光镀层测式设备等在电镀技术研发和质量管理中已经有较多应用。实验室规模的电化学过程的微观测试也已经有非常专业的装备可供应用。但工业过程的微观直接观测则限于成本和技术上是否需要而尚有待时日。

   但是微电子技术的发展使这种需要成为现实。芯片金线引线的互联早已经是在显微镜下的操作。电镀在微电子互联中的应用也随着对可靠性要求的提高而进入微观控制阶段。发展趋势是将这种微观过程观测由静态向动态转变，从而可以更加准确地了解电镀的微观过程，并且最终实现过程的即时干预。

对微观表面过程的观测是上世纪90年代发展起来的微电子技术，是与电子显微技术的发展相同步的技术。将这一技术应用到表面过程，主要是表面技术特别是电沉积技术本身发展的需要。对电沉积技术的直接观察涉及在各种pH条件下可以正常工作的光电子摄录传感器的研制，这是极有挑战性的课题，其技术突破将引发电镀过程控制的革命。

   今后，通过显示屏适时观察电镀制造中的表面过程，将是电镀制造装备的标准配置。就如在显微镜下实施芯片引线互联一样，通过电子屏幕观察电镀过程将成为流行模式。

                                                              4 向环境友好转变

   无可否认，目前电镀生产是属于受到严格管控的高污染行业。这使得电镀业的公众形象不是那么友好。但是，从电镀技术和环境治理两个方面共同努力，电镀生产由污染环境的过程转变为环境友好的过程是完全可能的。这不只是电镀技术发展的趋势，也是电镀行业发展的理想。

从电镀技术的角度，开发低毒或无毒的工艺已经取得一些进展，无氰镀锌即是一个较好的例子。同时，电镀生产过程所产生的污染物主要是以废水和废气等的形式对环境造成污染的。如果控制这种排放，将治理由排放后的治量转变为过程中的控制和治理，实现电镀生产的无排放生产，对环境的影响也就降至最小，电镀生产过程也就可以由污染环境转变为环境友好的生产过程。

   首先，通过电镀工艺的无害化开发，在源头上就控制有害污染物的使用，使电镀过程产生的有害废弃物无害化或最小化。

   已经实施的无氰电镀只是这种努力的一个例子。更多的开发要从电镀用原材料的整体上做系统的研发，从主盐到配位剂、添加剂等都要从操作现场到环境影响等多个方面进行研究和评估，确定为真正环境无害化原料后才能进入工业化生产。对有危害的原料，不仅只研究其工艺性能，尤其要研究其对环境的影响，并且要同时拿出处理的具体措施和处理工艺，否则就不能投入使用。

    同时，对电镀生产过程的物料实行生产线上的严格管理，定量输入和输出。关键是在线上就实现排放物的治理或回收，这样可以将最终排放物控制在极少范围，便于收集和再处理，从而使电镀生产过程实现事实上的无有害物排放。

    当电镀生产实现了无污染物排放，也就实现了从环境污染型向环境友好型的转变。在这种技术支持下，电镀企业就不会再是不受欢迎的企业。这也是所有电镀从业者向社会做出的郑重的承诺。

    现代工业发展的历史已经证明，创新是发展的重要标志，无论是材料的创新还是生产工具的创新，都具有划时代的意义。以此观之，电镀工业的发展，同样需要创新思维。因此，以创新意识研判的电镀发展，就一定能够把握发展趋势的大方向。