硫酸盐镀铜光亮剂的改进研究

陈少华，曹林峰

(安徽建筑工业学院材料与化学工程学院，合肥安徽 230022)

硫酸盐镀铜光亮剂的改进研究

陈少华，曹林峰

(安徽建筑工业学院材料与化学工程学院，合肥安徽 230022)

酸性镀铜溶液中添加现行硫酸盐镀铜光亮剂会导致低电流区域镀层光亮度不足，通过调整光亮剂中SP用量和添加甲基紫来改善这一缺点。通过甲基紫与硫酸盐镀铜光亮剂的复配，研究镀铜所得试片镀层的效果，确定了甲基紫的最佳添加量，得到了一种适用于低酸高铜体系的硫酸盐镀铜光亮剂。

硫酸盐镀铜液;光亮剂;甲基紫

引 言

硫酸盐镀铜虽然具有成分简单、成本低、维护方便等优点，但电解液存在分散能力差、镀层结晶粗糙、没有光亮度等缺点。从20世纪30年代起国外对硫酸盐镀铜进行了大量的添加剂研究工作，到70年代发达国家开发了很多新型的镀铜光亮剂，使硫酸盐镀铜获得高整平性能并且达到了镜面光泽度的良好镀铜层。我国也于1978年研制成功MN型酸性镀铜光亮剂。近年来，关于酸铜光亮剂的研制及在实际使用中遇到的问题的研究已多有报道［1-5］，硫酸盐镀铜光亮剂和有机染料(主要是甲基紫)的复配可以改善硫酸盐镀铜光亮剂系列在中低电位光亮度和整平性差等现象［6］，但其中甲基紫的具体添加用量还需要试验研究。本研究目的就是通过甲基紫与硫酸盐镀铜光亮剂的复配，分析研究所得霍尔槽试片镀层的效果，来确定试验条件下的甲基紫的最佳添加量。

1 实验部分

1.1 实验方法

实验所用电解液基本组成为180g/L硫酸铜、73g/L硫酸，采用267mL的霍尔槽进行试验，通过研究添加不同量的硫酸盐镀铜光亮剂得到的霍尔槽试片，以确定最佳的光亮剂含量，试验中所用的试剂均为分析纯，水均为去离子水。

1.2 硫酸盐镀铜光亮剂各组分的配制

1)M(2-巯基苯骈咪唑)溶液的配制

M是一种整平剂。称取0.054 5g M，于50ml的烧杯中，加入约25ml去离子水，加热至90℃时，加入少量NaOH，搅拌下，固体慢慢溶解。冷却溶液至室温，移入250mL容量瓶中定容备用。实验时每次用移液管移取1mL溶液，ρ(M)为0.872 mg/L。

2)N(乙撑硫脲)溶液的配制

N也是一种整平剂。称取0.037 1g N，常温下搅拌溶解，移入250mL容量瓶中定容备用。实验时每次取1mL 溶液，ρ(N)为0.594 mg/L。

3)SP(聚二硫二丙烷磺酸钠)溶液的配制

称取 0.115 8g SP，常温下搅拌溶解，移入250mL容量瓶中定容备用。实验时每次取10mL溶液，ρ(SP)为18.53mg/L。

4)P聚乙二醇(M=20 000)溶液的配制

P是表面活性剂，主要作用是减少镀层针孔和麻点。称取0.456 7g P于50mL的烧杯中，加入25mL的去离子水，在常温下搅拌溶解，移入250mL容量瓶中定容备用。实验时每次取10mL溶液，ρ(P)为 0.073 1g/L。

1.3 霍尔槽试片的前处理

霍尔槽试片为磷铜片。用粗砂纸和细砂纸将表面打磨光亮，再用丙酮除油，去离子水冲洗，入槽前用稀硫酸活化。

2 实验结果与讨论

2.1 硫酸盐镀铜光亮剂的霍尔槽试验

镀液组成为:180g/L CuSO4·5H2O、40mL/L H2SO4、40mg/L Cl－。添加 ρ(M)为 0.872mg/L、ρ(N)为 0.594mg/L、ρ(SP)为 18.53mg/L、ρ(P)为0.073 1g/L，所得霍尔槽试片，结果见图1。图1中各试片试验条件分别为:1、搅拌，I=0.5A;2、不搅拌，I=0.5A;3、搅拌，I=2A;4、不搅拌，I=2A。t电镀均为5min，θ槽液为22℃。

图1 霍尔槽试片

由图1可以得出以下结论:添加硫酸盐镀铜光亮剂镀液的低电流密度区光亮性差。试片1与2，3与4表明，搅拌可以使低电流密度区的光亮度有所改善，并且能够减小烧焦区域;试片1与3表明，在搅拌的条件下，增大电流可以改善低电流密度区的镀层光亮度，并且能增大试片的光亮镀层的范围。总之，在上述组合光亮剂镀液中霍尔槽试片能获得光亮的镀层，但是在低电流密度区的走位不良与高电流密度区易烧焦的问题还需要改进。

2.2 调整硫酸盐镀铜光亮剂后的霍尔槽试验

文献［3］分析硫酸盐光亮镀层易烧焦的主要原因有:光亮剂不足;镀液温度过低;硫酸铜含量偏低;电流密度过大等。本试验中，因为硫酸铜含量在工艺范围内，温度也不太低。所以试验工作主要是通过适当提高SP的用量和适当降低电流来改善高电流密度区的镀层烧焦问题，镀液除了上述的基本组成外，还添加了 0.87mg/L M、0.594mg/L N、0.073 1g/L P。结果见图2。

图2 调整SP用量得到的霍尔槽试片

图2中各试片在搅拌下 t电镀为 5min，θ槽液为22℃，试片 1～6 分别添加了 ρ(SP)为 20.4、22.2、24.0、25.9、27.8 和27.8mg/L。1～5 采用2A 而6 为1A电流施镀。

从所得的霍尔槽试片效果可以看出，ρ(SP)可以减少高电流密度区的烧焦区域，但是效果不太显著，随着ρ(SP)的逐渐增大，低电流密度区的光亮区域也开始减少。试片 5表明，当 ρ(SP)达到27.8mg/L时，烧焦区域消失，但ρ(SP)也不能太高，否则镀层会发雾，图中可见试片5的低电流密度区已经出现了较大区域的半光亮镀层。试片6表明，可以通过减小槽电流的方法来改善高电流区域的镀层。试片6中高电流密度区域的烧焦现象已经没有，但是低电流密度区域的镀层不够光亮，同时中区的光亮度也比2A时的差，应选用稍大一点的槽电流。

2.3 添加甲基紫的硫酸盐镀铜光亮剂的霍尔槽试验

根据以上的实验得到了，在上述的基础镀液中合适的硫酸盐镀铜光亮剂为:0.872mg/L M+0.594mg/L N+27.8mg/L SP+0.073 1g/L P，又进行了添加甲基紫溶液的试验，结果见图3。

图3 添加不同量甲基紫的霍尔槽试片

图3中试验均在搅拌下进行，I=2A，电镀时间为5min，槽液温度为22℃，1～6试片甲基紫的用量分别为:1、5、10、15、20 及25mL。

由图3可以看出，甲基紫加入镀液后能显著改善霍尔槽试片的低电流密度区域的光亮性，它是一种优秀的低区走位剂，可以改善低区的光亮度。但当用量过低、即小于10mL的时候，没有明显的作用。加入15mL便能够很好地拓宽光亮区范围，使整个试片镜面光亮。但是，甲基紫加入量过大也会对镀液产生负面影响，试片6表明，当用量大于25mL的时候，会使低电流密度区发雾，出现半光亮镀层，而且过量的染料可能会分解，从而污染镀液。因此，试验表明，甲基紫的用量范围应该在10～20mL之间，结合经济和镀层效果两方面因素考虑，最佳用量选为15mL，换算成质量浓度为0.06 mg/L。

3 结论

本文通过大量的霍尔槽试验，甲基紫和传统MN体系硫酸盐镀铜光亮剂的复配，得到一种适用于低酸高铜体系的硫酸盐镀铜光亮剂。光亮剂的最佳组成为:ρ(M)为 0.872mg/L、ρ(N)为0.594mg/L、ρ(SP)为27.8mg/L、ρ(P)为 0.073 1 g/L、ρ(甲基紫)为0.06mg/L。

［1］张立伦.影响酸性电镀铜用磷铜阳极质量因素的探讨［J］.电镀与涂饰，2006，25(9):35-38.

［2］刘烈炜，郭沨，田炜，等.酸性镀铜添加剂及其工艺的发展回顾［J］.材料保护，2001，4(11):19-20.

［3］奚兵.光亮酸性镀铜故障处理［J］.电镀与环保，2007，27(1):42-44.

［4］袁诗璞.酸铜光亮剂的研制与应用［J］.材料保护，2008，40(7):58-60.

［5］迟红训.酸性光亮镀铜添加剂的作用及控制［J］.电镀与环保，2005，25(2):41-42.

［6］马幸平，马忠信.酸性镀铜光亮剂的发展［J］.电镀与环保，2002，22(4):16-18.

Study on the Improvement of a Brightening Agent for Sulfate Copper Electroplating

CHEN Shao-hua，CAO Lin-feng
(College of Materialsand Chemical Engineering，Anhui University of Architecture，Hefei 230022，China)

The use of existing copper plating brightening agent in the sulfate copper plating solution with lower acid and higher copper concentrations the coating obtained will be less shining at the low current density regions.Adjusting quantity of the SP component in and adding methyl violet into the brightening agent simultaneously can improve the quality of the copper coating.Through experimental tests a compounded brightening agent of the existing copper plating brightening agent with methyl violet suitable for use in sulfate copper plating solution containing lower acid and higher copper can be obtained.

sulfate copper plating solution;brightening agent;methyl violet

TQ153.14

A

1001-3849(2010)12-0030-04

2010-06-11

2010-07-30