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添加剂对镀层性能的影响:电镀层的内应力—添加剂对镀层内应力的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:1201

添加剂对镀层内应力的影响

有机或无机添加剂对镀层内应力有很大影响,可以使内应力提高许多倍,也可使内应力降为零,甚至改变符号。在瓦茨镀镍液中加入第一类和第二类光亮剂时,镀层的应力发生明显变化(见图4~5和图4~6)。

 

图4-5瓦茨镀镍液中加入第一类光亮剂时镀层内应力的变化

1-1,5一萘二磺酸;2-1,3,6-萘三磺酸;3一糖精(电流密度3A/dm2,50℃,

pH=4.0,厚度20μm)

 

图4-6瓦茨镀镍液中加入第二类光亮剂时镀层内应力的变化

1-1,4一丁炔二醇;2一甲醛(电流密度3A/dm2,50℃,

pH=4.0,   厚度20μm)

加入l,5一萘磺酸、1,3,6一萘三磺酸和糖精后,镍层由原来的张应力(正号表示)转变为压应力(负号表示),其中以糖精的作用最强。然而在瓦茨镀镍液中加入1,4一丁炔二醇和甲醛等二类光亮剂时,镍层的张应力增大,其中1,4一丁炔二醇增加张应力尤为明显。如果在含第一类光亮剂的瓦茨镀镍液中加入第二类光亮剂时镀层的应力可以相互抵消,在某一浓度下可以获得应力为零的无应力镀层。从图4-7可知当第一类光亮剂糖精的用量为2.0g/L时,第二类光亮剂丁炔二醇的浓度取0.28~O.38g/L时可以获得无应力的镀镍层。除了有添加剂外,镀镍时加入Zn2+、Cd2+等无机添加剂也会增大镀层的内应力。Zn2+在2.0g/L时内应力出现极大值。对Cd2+而言,在浓度小于l.0g/L时镀层内应力随Cd2+深度的升高而增大。

用弯曲阴极法测得的从几种典型镀锌液得到的锌镀层的内应力与镀层厚度的关系如图4-8所示。

 

图4-7在含第一类光亮剂的瓦茨镀镍液中加入第二类光亮剂时镀层内应力的变化

1-1,5一萘二磺酸7g/L;2-1,3,6一萘三磺酸20g/L,3一糖精2g/L

 

图4-8几种典型镀锌液镀锌层的内应力与镀层厚度的关系(2A/dm2,30℃)

1一氰化物镀锌液;2一铵盐镀锌液;3一不含合成添加剂的锌酸盐镀锌液;

4一含合成添加剂DE的锌酸盐镀锌液

由图4-8可见,这些锌镀层都具有压应力。标准氰化物镀锌层的内应力在一147×105N/m2左右,且随厚度增大至10μm以上几乎保持不变。铵盐镀锌层的压应力大于氰化物镀锌,约在一196×105N/m2左右,镀层厚度达到5μm以上,内应力也几乎不随厚度

 

图4-9不同DE含量时锌镀层的内应力随厚度的变化曲线(2A/dm2,30℃)

DE含量(g/L):1一O.05;2-0.10;3一O.50;4-2.00;5-4.00

而变化。不含DE添加剂时镀层的压应力随厚度的增大而减小,含DE添加剂时镀层的压应力比其他三种镀层高很多,如图4-9所示是不同DE含量时锌镀层的内应力随厚度的变化曲线(2A/dm2,30℃)。可见,DE含量低于0.5g/L时,电极初期呈现较高的压应力,随DE含量的提高,内应力减小,随着镀层厚度的增大,压应力减小,随着镀层厚度的增大,压应力很快下降,至相当厚度后保持稳定。当DE≥2g/L时,镀层开始出现张应力,随镀层的增厚,张应力下降而压应力提高,其变化规律与DE<0.5g/L时相反。

添加剂对镀层内应力的影响还表现在几种添加剂的联合作用上,这比使用单一添加剂时更加有效。例如在含有DE添加剂的锌酸盐镀锌液中再加入茴香醛和烟酰胺,可使镀层内应力在0~35μm的整个厚度范围内保持均匀。在电镀Ni-Fe合金镀液中若同时加入3g/L糖精0.4g/L丁炔二醇和lg/L萘三磺酸,此时镀层的应力比单成分和双成分添加剂的应力都低。

硫脲及其衍生物是镀铜的常用光亮剂,这对铜层的内应力也有很大影响。如图4-10所示是硫脲浓度对铜层内应力的影响。可见,硫脲浓度增大时,张应力不断减小。当硫脲浓度达0.25g/L时铜镀层的内应力从张应力变为压应力。

 

图4-10硫脲浓度对铜层内应力的影响

苯基聚二硫丙烷磺酸钠(S1)或聚二硫二丙烷磺酸钠、2一四氢噻唑硫酮(H1)、聚乙二醇(P)和Cl一是我国酸性光亮硫酸铜的主要光亮剂,它们对铜层的内应力都有明显的影响,而且单独使用与联合使用时所得的结果也大不相同(见图4-11)。单独添加Sl、H1和C-时,镀铜层均显张应力。在析出初期(小于5μm),镀层内应力随厚度变化规律较为复杂,这主要由素材的结构和表面状态所决定,即所谓诱导应力。而厚度超过5μm.尽管不同添加剂或同一添加剂而浓度不同所得镀层表现出的应力大小不一样,但随厚度增大,始终保持着张应力。Hl浓度较低时(小于0.5mg/L)铜层的内应力与未加时相当,当Hl浓度大于l.Omg/L时,应力较未加时大得多,且随Hl浓度增大而增大。在含Sl的镀液中镀层应力同样也随Sl浓度的增大而提高,但相应的数值较小些。Cl-在低浓度时可降低张应力,C-浓度大于30mg/L时,则内应力随浓度的增大而提高。

 

图4-11 Cr、Hl、Sl单独使用或联合使用时镀铜层应力随厚度的变化(2A/dm2,25℃)

添加剂(g/L):1-O;2一Hl,1.0;3一S1,10,4一Cl一,30;5一Hl,1.0+S1,10;6-H1,1.0+C1一,30;7一Sl,10+C1一,30;8一Hl,1.0+S1,10+C1一,30

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