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铜电铸工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-23  浏览次数:909

铜电铸的典型工艺流程如下:原型表面处理(对于非金属材料,则需要在表面修整后进行表面金属化)一清洗(常规除油一弱蚀活化)一小电流预镀一正常电流电铸一出槽清洗一原型脱出一检验。

 

原型如果是导电性材料,检验造型和表面质量符合设计或用户的要求后,即可以进行清洗。这里说的是清洗,不同于电镀过程中的除油和酸蚀。因为电铸不要求镀层与基材有良好的结合力,但是也不能有油污。否则在电铸过程中起泡的话,模具表面质量就破坏了。所以要有常规除油和弱酸活化。

 

在完成清洗后,即可以在镀槽内进行小电流电镀,确定整个表面有镀层沉积以后,就可以调整到正常电铸的工作电流进行电铸加工。预镀和电铸可以在一个槽子内完成,也可以分槽完成,但通常采用同一个镀液。只是对电镀电流密度进行调整就行了。电铸过程中最好不要经常取出观察,以免不小心发生镀层分层现象。如果需要检查沉积状况,取出后不用清洗表面进行观察。然后带电下槽,这样可以避免镀层分层现象。当然,在必要的时候还是需要取出清洗并进行镀面的整理。比如发现镀层上起瘤,如果不清除,会越镀越大和变多,这样会额外消耗金属镀层,对电铸质量有影响。这时就需要将起瘤清除掉,用水砂纸打磨粗糙面,重新经除油和酸蚀后再带电下槽继续电铸。

 

①酸性硫酸铜镀液。酸性硫酸盐镀铜电铸液是电铸工业中广泛采用的电解液。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,在酸性铜电铸中使用光亮剂的也多起来。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。

 

   a.工艺配方和操作条件

 

硫酸铜

220~300g/L

温度

20~30℃

硫酸

60~70g/L

电流密度

5~20A/dm2

氯离子

0.02~0.08g/L

阳极

专用磷铜阳极

添加剂

0.5~2mL/L

 

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。关于这种阳极的电化学行为,我们将在下一节铜电铸的阳极中专门加以讨论。

 

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。

 

b.镀液的配制。首先,配制者要穿戴好防护眼镜和工作服,戴胶皮手套。

 

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人其中,也需要充分搅拌直到硫酸铜完全溶解。如果是工业级材料,还要加入2mL/L双氧水和lg/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人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,但对于电镀,特别是电铸,完全可以用自来水),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。

 

c.各组分的作用

 

   (a)硫酸铜。硫酸铜是电铸铜液中提供铜金属离子的主盐。在高电流密度下工作时,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,并且应当即时根据分析化验报告,补充或调整镀液中铜离子的浓度。

 

(b)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并降低阴极和阳极的极化,对改善镀层性能也是有作用的,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。

 

(c)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2一四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。

 

(d)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。

 

早期的添加剂多数是天然有机物或某些有机化合物。比如蜜糖、明胶、糊精、硫脲、甘油、萘二磺酸等。随着电镀添加剂技术的进步,开始出现组合的有机光亮剂、整平剂、走位剂等多种商业化的酸性镀铜添加剂。对于电铸生产企业来说,主要是选用合适的商品添加剂并根据供应商提供的管理技术资料对添加剂的使用进行管理。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。

 

②焦磷酸盐镀铜。焦磷酸盐镀铜在电铸中的应用不是很普遍,对于分散能力有要求的则会用到。其工艺配方和操作条件如下:

 

焦磷酸铜

l05g/L

添加剂

适量

焦磷酸钾

335g/L

pH值

8.1~8.6

硝酸钾

15g/L

温度

55~60℃

氨水

2.5mL/L

电流密度

l.1~6.8A/dm2

 

焦磷酸盐镀铜的分散能力好,镀层结晶细致,适合于镀形状复杂的模具,但是镀层的沉积效率比较低。可以加适当的导电盐和降低镀液pH值以提高效率,但是在低pH时镀层比较粗糙,所以有时要用到商业添加剂,以提高镀层质量。

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