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焦磷酸盐镀铜:正磷酸根对镀铜液和镀层的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-02  浏览次数:1083

   正磷酸根是焦磷酸盐镀铜槽中不可避免的成分,它既影响镀层性能,也影响溶液的工作特性。在低浓度时(低于l5g/L),正磷酸根作为缓冲剂有助于阳极的溶解,而在高浓度时(75~225g/L),则对镀层性能和溶液产生有害的影响。焦磷酸铜专用于EP制线路板电镀中时,高可靠性的多层与单双面板要求溶液沉积效率高、分散能力好以及镀层应有足够的延展性以确保在焊接和其他工序中受冲击时不至于开裂。正磷酸根的增加降低了分散能力、沉积效率和镀层延展性。由于正磷酸根是焦磷酸根水解的产物,因此在焦磷酸溶液中它是必然会出现的:

   P2074一+H20——2HPO42-

正磷酸根浓度增加是由于:

①焦磷酸根浓度增加;

②P2074一/Cu2+比值高;

③pH值低于7;

   ④溶液温度过高(60℃以上)或局部过热。

   正磷酸根往往由于不小心而带入到溶液中。用于降低pH值的焦磷酸往往含有显著数量的正磷酸,在使用前应进行分析。正磷酸根不能用化学方法从溶液中去除,浓度降低只能采取带出溶液、倒掉溶液全部或其一部分,并重新配制。在经常使用的小型镀槽中,工件带出的溶液足以使正磷酸根维持在合理的浓度。当工件带出的溶液少或不带出溶液时,正磷酸根的浓度就会增加。目前,当带出的溶液维持在低水平而且要倒回到镀槽中使用,以减少对铜和焦磷酸根废液的化学处理时,就会发生正磷酸根浓度增加的情况。

   试验表明,随着正磷酸根浓度的增加,分散能力略下降,在30g/L和75g/I。时,正磷酸根分散能力分别减少3%和8%左右,但随着正磷酸根浓度与电流密度的增加,其阴极效率急剧下降。

   正磷酸根杂质最影响镀层延展性。随着正磷酸根浓度的增加,镀层的金相组织呈现明显的带状而镀层延展性下降。这一金相组织与高浓度光亮剂所造成的情况一样。这样,就往往将延展性下降不恰当地归罪于光亮剂。在标准配方和正常工作条件下,正磷酸根浓度应维持在低于60g/L才能得到足够的镀层延展性,但是当印制板厚度越厚和板周围的温度越高时,正磷酸根浓度必须保持得越低,以取得铜有足够的延展性。印制板在温度变化的情况下,延展性下降,造成铜层开裂而随之导致报废和零部件损坏。受热过程有温和的,例如204℃焊锡热熔,或者是更急剧的,例如在260℃或287℃浸焊。更复杂的是,印制板可能在一54~+177℃情况下进行热冲击或热循环。此外,实际的温度起伏会形成热膨胀,造成铜层应力变大或开裂。但作为一般规律,铜层延展性(伸长率)大于6%即足以避免此类开裂问题。此数值是用溶液和使用光亮剂来增加镀层延展性获得的。

   各种浓度的正磷酸根都会影响焦磷酸铜溶液的镀层性能。增加正磷酸根浓度会减少溶液的分散能力和沉积效率并造成铜层延展性下降。由于正磷酸根在镀槽中总是存在,必须进行预防性的措施使其生成物减少到最低量,避免过热,保持一个低的焦磷酸根浓度和低的P2074一/Cu2+比值,以及pH值在8以上将会减少正磷酸根的生成速度。除去部分正磷酸根只能通过倒掉部分老化液和补充新溶液来完成。而南京有线电厂工艺科和三车间一起找到了_种较节约的处理方法,即取出一部分溶液加入硫酸铜,生成焦磷酸铜,同时调pH值除去一部分正磷酸根,然后把制得的焦磷酸铜配成新溶液加入电镀槽,借以达到降低镀槽中正磷酸根的含量。

用CuSO4间接法除去部分正磷酸根的反应如下:

K4P207+2CuS04一—Cu2P207↓+2K2S04

2 P043一+3Cu2+——Cu3(P04)2↓

   当pH=4时,Cu3(P04)2能够溶解,但Cu2P207不溶解,所以通过控制pH可达到分离目的。

   具体步骤操作如下:

   ①当P043一大于60g/L时,取出部分溶液,室温下加入CuS04生成沉淀;

   ②用H2S04溶液调节pH=4时,不断搅拌;

③过滤[滤液为Cu3(P04)2,滤渣为Cu2P207;

④水洗数次[彻底洗去Cu3(P04)2溶液;

   ⑤烘干Cu2P207或即供配制用。

   如果以焦磷酸铜溶液成本约为3元/L记,若每槽为500L,则达l500元。若全部倒掉,就等于倒掉1500元,若采用该改进方法,只需要加入适量硫酸铜就得到了回收,而工业级硫酸铜仅2元/kg。

   上述处理方法也被顾福林所采用,为克服锡磷青铜配套镀银脆铜、起泡故障的一项措施。

 

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