用于加工制造的酸性硫酸盐镀铜主要是指可用于电铸或图形电镀的镀铜工艺。它具有成分简单、镀液稳定和可以在高电流密度下工作的优点。由于电镀添加剂技术的进步,在酸性铜电镀中使用光亮剂也多起来。在没有专业电镀添加剂以前,是靠在镀液中加蜜糖来细化镀层结晶。现在则有专业电镀添加剂,可以获得高速和整平性好的光亮镀层,这种镀层的结晶细致,并且镀层的内应力和硬度都可以得到一定程度的控制。
(1)工艺配方和操作条件
阴极移动或镀液搅拌、循环过滤
专用磷铜阳极是指含磷量在0.02%左右的阳极。
阴极移动是为了保证镀液可以在较大电流密度下正常工作。当然,能采用循环过滤更好。因为这不仅可以保证在大电流密度下工作,而且可以保证镀液的干净,将铜粉等机械杂质随时滤掉,镀层的物理性能得以保证。
(2)镀液的配制
先将计量的硫酸在不断搅拌下加入到2/3体积的水中,因为这是放热反应,所以要小心,边加边充分搅拌。利用加入硫酸所获得的热量再将计量的硫酸铜溶入其中,也需要充分搅拌直到硫酸铜完全溶解。如果是工业级材料,还要加人2mL/L双氧水和l9/L活性炭,进行净化处理后,过滤备用。
如果是用自来水配制,可以不加氯离子。直接在配好的镀液内加入计量的光亮剂即可以试镀。如果是用纯净水配制(印制板行业流行这种方法),则需要另外加入计量的氯离子,通常是加入盐酸。最好是按下限加入,另可少了补加而千万不可加入过量。
(3)各组分的作用
①硫酸铜。硫酸铜是电铸铜液中提供铜金属离子的主盐。在高电流密度-Fm作时需要高的主盐浓度,但是硫酸铜的溶解度与镀液中硫酸的含量有关。当硫酸含量高或者因为镀液水分蒸发而使硫酸铜的浓度超过其溶解度时,镀液中将会有蓝色硫酸铜的结晶析出,有时会附着在阳极上而影响阳极的导电和正常工作。
正常情况下,镀液中铜离子的补给要依靠阳极的正常工作,但是定期对镀液进行分析,以确认镀液中硫酸铜的含量在正常的工艺范围是非常重要的,并且应当根据分析化验报告,及时补充或调整镀液中铜离子的浓度。
②硫酸。硫酸在电铸铜镀液中的主要作用是增加镀液的导电性和分散能力。同时可以防止碱式铜盐的产生和降低阴极、阳极的极化。对改善镀层性能也是肴作用的。但是过高的硫酸用量会降低硫酸铜的溶解度,同时会使阳极的溶解速度过快和阴极电流效率下降。
③氯离子。氯离子是酸性光亮镀铜中不可缺少的一种无机阴离子。没有氯离子的存在,光亮剂不可能发挥出最佳的效果,但是如果过量,镀层也会产生麻点等,镀层的光亮度和整平性都会下降。研究表明,氯离子和某些光亮剂如苯基聚二硫丙烷磺酸钠和2-四氢噻唑硫酮一起作用于阴极过程时,可以使镀层的内应力减至最小,甚至几乎完全消失。可见氯离子是铜电沉积的一种很好的应力消减剂。
④添加剂。对硫酸盐镀铜来说,添加剂是关键成分。没有添加剂的镀液所镀得的镀层是暗红色的,并且只能在非常低的电流密度下工作,否则镀层马上就会变得粗糙,甚至于出现粉状颗粒样镀层。只有加了添加剂的酸性镀铜液,才能获得光亮细致的镀层。
添加剂主要是在阴极区内起作用,并且是以分子级的水平参与电极反应,所以添加量都非常少,通常只有0.1~2mL/L。因此在使用和管理中要注意不要一次过量,并严格按资料报告的以通过的电量(A·h)来补加光亮剂或添加剂。
(4)工艺条件的影响
①阴极电流密度。阴极电流密度的大小与镀液组分的含量和所采取的搅拌措施有很大关系。静止的镀液几乎不能正常地工作。随着阴极移动速度的提高,可以允许在较大电流密度下工作。
硫酸盐镀铜层的抗拉强度随着电流密度的升高而升高,但是延伸率则会随着电流密度的升高而下降。过高的阴极电流密度将导致镀层粗糙和与基体的结合力不良,并且镀层的外观也急剧变差,出现暗红色或条纹状镀层。电流密度偏低,也得不到光亮细致的镀层,并且使生产效率下降。
②温度。温度对酸性硫酸盐镀液也是很敏感的因素,特别是对于光亮酸性镀铜。现代光亮剂都要求在30℃以内才能发挥出最好的光亮效果。
③搅拌。阴极移动或搅拌被作为酸性光亮镀铜的必备条件。这是因为搅拌可以有效地消除浓差极化,大大地提高阴极电流密度的上限,加快沉积速度。
④阳极。酸性硫酸盐镀铜要采用专用的含磷铜阳极,以防止产生大量铜粉,影响镀层质量。含磷量可以在0.1%~0.3%左右。 阳极的面积应该是阴极面积的一倍。在硫酸含量正常和无其他因素影响的条件下,阳极不会钝化。为了防止铜阳极中的不溶性杂质落入镀槽,要为阳极套上阳极套。可用两层l?2_k的涤纶布制作阳极套。最好是采用阳极钛篮,再在钛篮外加套。这样方便向阳极篮内添加铜块或铜球。
⑤杂质影响。酸性硫酸盐镀铜对杂质的允许浓度比其他镀种高一些。这是因为铜的电极电位较正,而在强酸性环境中,其他金属离子不容易与其共沉积。因此影响就较小。但是砷和锑杂质会使镀层变脆和粗糙。有机杂质过量也会导致镀层发脆。 |