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巧用赫尔槽试验调整电镀液

放大字体  缩小字体发布日期:2013-12-18  浏览次数:3012
核心提示:用赫尔槽试验调整电镀液是行之有效的简捷的方法。本文针对光亮酸性镀铜、光亮镀镍、镀铬、氯化钾微酸性镀锌、锌酸盐镀锌等几种最常用的镀种,总结了笔者几十年来在这方面的实践经验和体会。作者:袁诗璞

1 前言

电镀溶液的性能总会随着使用而不断变化,其影响因素甚多。要想使镀液性能指标保持在最佳或良好状态,就应及时进行调整。调整依据可来自三个方面:其一,凭经验,依据镀层状况得出结论;其二,凭化验结果;其三,凭试验结果。

经验往往具有局限性,经验的积累要有相当的实践经历和总结能力;而对一项新工艺,刚开始使用,则谈不上经验。

分析化验结果的准确性受多方面因素影响,如分析人员的素质、水平与熟练程度、分析手段、分析方法等。而现代电镀广泛采用的多种复配的有机添加剂、光亮剂等几乎无法分析。分析化验有时是必不可少的,如合金电镀时镀液及镀层中合金组分的比例,难以用其它方法判定。但若凭一个不准确化验结果来调整镀液,有时也会搞得一塌糊涂。

镀液性能变化后必然要从镀层上反映出来,要想从一张试验试片上反映出宽电流密度范围内的镀层状况,最简单的办法还是赫尔槽试验。利用250mL赫尔槽试验,是笔者几十年搞新工艺、添加剂开发及日常维护镀液的最主要手段。

本文就最常用镀种如何利用赫尔槽试验来调整镀液加以小结,供同行参考。

2 光亮酸性镀铜

该镀种镀液成分简单,但却是很难维护好的镀种。笔者考虑生产成本,一直采用国产MN型光亮剂,并不断对其配比、光亮剂组分加以完善改进。采用“中酸、中铜”工艺装饰性电镀,调整得当时,赫尔槽试片1A搅拌镀5min,试片能达到全光亮且具有较好整平性,生产中允许DK可达5A/dm²。电源应是低纹波的。

2.1铜含量判定

光亮酸性镀铜,应有足够的阴极浓差极化,才能有好的分散能力和宽的光亮范围,硫酸铜的含量以150g/L一170g/L为宜。

2.1.12A静镀3min,高端应有1cm左右烧焦。用细玻棒在试片表面大约1s来回搅拌一次,则无烧焦,铜含量基本正常。冬季气温低时,搅拌情况下允许约3mm左右烧焦。

2.1.2若2A静镀无烧焦,则铜含量过高,应稀释镀液,补加硫酸和开缸剂。液温低于10℃时,镀液中铜含量过高,阳极溶解不良,阳极极化过大,铜阳极还易钝化。

2.1.3若静镀烧焦大于1.5cm,则铜含量不足,应试验补加硫酸铜至烧焦约1cm。

2.2硫酸含量判定

新配镀液时,硫酸以50g/L一60g/L为宜。过多,光亮整平性差;过少,电导率低,低DK区光亮范围变窄,阳极易钝化,在正常镀液作赫尔槽试验时,应对所用电源及直流导线,记录不同液温时电流与电压的对应数据,以便作为日后的判断依据。

2.2.1使用相同的小整流电源(应是低纹波的)和相同截面与长度的直流输出线(保证电压降基本一致),若电压高于正常值0.3V以上,则可能硫酸偏少,补加3mL/L一5mL/L浓硫酸再试。

2.2.2若铜含量正常,生产中阳极面积足够(SA:SK≥2:1),却出现电压升高,电流减小现象,先检查阳极板导电是否良好(清洗接触处),若仍有此现象,则阳极已钝化,可能硫酸过少,补加8mL/L一10mL/L浓硫酸。

2.2.3若加足光亮剂,高中Dk区光亮性仍不足,低DK区光亮范围窄,而试验时电压又低于正常值0.5V以上,则可能硫酸过多(正常生产时因带出损耗,硫酸应呈减少趋势。硫酸过多,或是镀前采用硫酸活化时清洗不良带人或不慎一次加入过多),应试验稀释镀液,补加硫酸铜及光亮剂。

2.3氯离子判定及处理

2.3.1若镀层亮度很差,补加混合光亮剂或分别补加光亮剂组分试验,均改善不大,高DK区镀层有发花现象,磷铜阳极上不易生成黑膜,则可能氯离子含量低于20mg/L(正常为40mg/L一80mg/L),可按0.08mL/L一0.1mL/L量加入盐酸(冲稀20倍便于计算)后再试。若补加后光亮整平性明显提高,则可确认Cl-过少,再仔细试验最佳加入量。

2.3.2若高中DK区光亮整平性良好,低DK区很差,硫酸含量又正常,调整光亮剂及加人PN0.02mL/L,一0.04mL/L或AESS0.04mL/L一0.08mL/L效果均不明显,则可能Cl-过多,此时应作除氯,再试。

2.3.3怀疑Cl-过多时,实践证明用氰化亚铜除氯效果比较好。

方法为:按0.1g/L一0.2g/L量称取氰化亚铜,认真研成细粉状,用少量水调成糊状,在不断强烈搅拌下慢慢加入镀液,搅拌、静置、过滤(理论上去除1gCl-需2.5g氰化亚铜)。若除Cl-后低DK区光亮性明显提高,则可确诊为Cl-过多。若氰化亚铜加入过量,则Cl-会过少,整个试片亮度均差。

生产中难以定量时,宁可加入稍过量的氰化亚铜,将Cl-几乎全部除去,再按0.1mL/L量加入浓盐酸,重新提供所需Cl-。

用氰化亚铜除氯比用硫酸银省得多,比用锌粉效果好得多。用氰化亚铜除Cl-后应认真过滤镀液。

2.4光亮剂调整

2.4.1试验加入光亮剂后,光亮整平性提高,半光亮与全光亮区无明显分界,则光亮剂过少,根据实验结果补加光亮剂。

2.4.2若高中DK区光亮整平性异常好,而光亮与半光亮区可见明显分界,则光亮剂过多。此时若加入约0.04mL/LAESS或PN类低区走位剂,则无明显分界,可补充这类组分;但若加入后镀层发雾,则不能加入,可按0.1mL/L一0.2mL/L量将双氧水冲稀l0倍以上在不断搅拌下慢慢加入,破坏部分光亮剂。注意双氧水不宜一次加入过多,否则残存物有害。

2.4.3光亮范围窄

染料型光亮剂光亮范围较宽,但温度范围较窄,因染料“盐析”或分解易造成镀层麻砂,笔者宁可采用非染料型,加以及时精细调整,也可有较宽的光亮范围。

(1)若高中DK区光亮整平性正常,低DK区亮度不足,补加光亮剂及低区走位类组分后仍改善不大,则可确定为光亮剂质量不良或Cl-含量不正常;

(2)怀疑Cl-过多时,按2.3.3方法试验;

(3)调整Cl-含量效果不明显,则为光亮剂问题,此时:

a)若低DK区镀层侧看泛红,可试加M或N,看有无改善(液温高时,M消耗较快);

b)加入约0.04m[/LPN、AESS,看有无改善。

(4)加入M、N、AESS、PN均无明显改善,则试验是否硫酸过多,硫酸铜过少。

2.5有机杂质判定及处理

光亮剂分解产物积累过多后,应予处理。

2.5.1若试片表面有一层发灰的疏松膜层,用手可擦去,擦除后镀层仍光亮,则有机杂质过多。

2.5.2处理有机杂质可按下述办法进行:

(I)按8mL/L一10mL/L量加入双氧水(不可用高锰酸钾,因引入Mn2+有害),认真搅拌半小时以上:

(2)加温到60℃左右,保温4h以上。保温期间每隔20min搅拌3min一5min,以充分氧化有机杂质及去除残存双氧水;

(3)加入5g/L一8g/L化学纯活性碳(不可用工业级,否则会引入过多Cl-),搅拌20min以上。静置后认真过滤;

(4)冷却至室温后用赫尔槽试验,确认镀层已成暗铜后,按新配量加入开缸剂,补加少量硫酸后再试。若因加入活性碳后Cl-过量,应进行除氯处理。

2.6 MN型光亮剂的改进

2.6.1书本上经典MN型酸铜配方中,光亮剂组分含量范围太宽,其最佳组合应该根据所购材料性质,通过赫尔槽试验确定出最佳比例。聚乙二醇含量提高至1.5倍一2.5倍。P原用分子量6000的,现主张用8000—12000的,夏天P含量应比冬天高,否则整平性差,甚至镀层起麻点。

2.6.2近年不少人认为,采用BSP(苯基聚二硫二丙烷磺酸钠)代替SP,效果好得多;加入部分TPS(三甲基甲酰胺磺酸钠),光亮剂组分变化会慢些,有利于减少故障,但镀层钝化更快。

2.6.3加人PN(聚乙烯亚胺烷基盐)既有低区走位作用,又能提高镀液允许液温(有人称PN为“高温载体”)。加入AESS或GISS之类低区走位剂有利于扩展低DK区光亮范围。

但PN、AESS之类均不能加人过量,否则镀层会产生灰雾。GISS有可能降低镀层整平性。

2.6.4用H1(四氢噻唑硫酮)代替M、N,组成简单,但H1的温度特性差,必须同时加人PN、AESS之类才行。

熟悉了赫尔槽试验,可用它改进光亮剂组分及配比,再结合生产实践考核,可对光亮剂不断加以改进、提高。

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