酸性光亮铜镀层不亮因素

2011-04-02奚兵

电镀与环保 2011年6期

关键词：镀铜镀液镀层

奚兵

(常州市荆川里小区12丙201,江苏常州 213015）

酸性光亮铜镀层不亮因素

奚兵

(常州市荆川里小区12丙201,江苏常州 213015）

0 前言

酸性光亮镀铜是以硫酸铜和硫酸作为基本成分,引入适量添加剂或其他光亮剂,使镀液的工艺特性得以改善和提高,并直接获得镜面光亮铜层[1]。其广泛用于装饰性多层电镀中间层及印刷线路板镀铜层,省去机械抛光。但是,生产中有时会出现镀层不亮现象。造成这种情况的因素较多,本文将其归纳为如下几点进行分析。

1 电解质不纯

在新配镀液时所用的普通硫酸铜、硫酸是不纯的,如工业硫酸的质量分数≥92.5%,含有很多的铁和有机杂质,若不进行处理,电镀时会使镀层不亮。即便是用试剂级硫酸,如果不处理也会出现这种情况,因为硫酸铜或多或少也有杂质。可在尚未添加硫酸之前,在已溶解的硫酸铜溶液中(p H值为4）加入质量分数为30%的 H2O21～2 mL/L和活性炭0.5～1.0 g/L联合处理。利用三价铁的氢氧化物容易沉淀的性质除去铁杂质;加入活性炭吸附,可以同时消除有机杂质的影响[1]。这样开始电镀,就能镀得光亮铜层。

镀液经长期使用所产生的金属杂质和有机杂质将越积越多,显然,该镀液是不纯的。如果不按工艺要求做定期处理,当铁杂质的质量浓度达到10 g/L以上时,电流效率和镀层亮度明显下降。例如:某厂一镀槽电流开不大,镀层薄而不亮,镀件边角易烧焦,曾一度无法正常生产。在笔者建议下取样分析,但由于溶液中铁的质量浓度高,对分析硫酸铜、硫酸终点产生干扰而无法显示数据,于是分析铁离子竟高达40 g/L。根据观察,镀液颜色浅,在确认镀液中各成分的质量浓度偏低的情况下,补充40 g/L硫酸铜和15 g/L硫酸,以降低铁杂质的影响;然后按常规进行处理,使镀槽恢复了正常,镀出了全光亮铜层。

2 光亮剂消耗

酸性光亮镀铜液中光亮剂的消耗情况与很多因素有关,如工件种类、形状、表面状态以及镀液中无机、有机杂质和硫酸铜的质量浓度等。特别是Cl-不足,即便是光亮剂在正常范围内也难以获得整平性好的光亮镀层;当Cl-的质量浓度过高时,将加快光亮剂的消耗。

长期使用的镀液,一部分光亮剂随着工件的带出和镀层的夹杂作用而消耗掉;一部分将分解成有机杂质;还有一部分留在镀液中而使光亮剂本身的组分发生变化。这些情况都有可能影响镀层的光亮性,造成镀层缺陷。在生产中除了按所用光亮剂的使用说明书使用之外,还要力求准确地掌握光亮剂的消耗情况,并注意经验的积累和细心的观察,采用少加勤加的办法及时补充光亮剂,以保持光亮剂在镀液中恒定。

此外,镀液温度的高低和通电量的多少对光亮剂的消耗影响较大。电流大、时间长,光亮剂消耗量就大;反之,光亮剂消耗减少。大多数酸性镀铜所用的光亮剂,其最佳温度范围为在10～35℃之间,需根据镀液温度和电解液的质量浓度来选择适当的阴极电流密度,否则往往使镀层不亮。如某种光亮剂,当镀液温度超过38℃时,光亮剂消耗很快,镀层光亮范围变窄。只有采用宽温酸性镀铜光亮剂,才可以将镀液温度提高到40℃左右,低电流密度区域仍可获得光亮铜镀层。

3 Cl-的质量浓度

在酸性光亮镀铜液中,Cl-是一种不可缺少的阴离子,其质量浓度的高低对镀层的光亮度也有影响。若镀液中没有Cl-或较少时,则整平能力很低,镀层就会发花、无光泽;当其质量浓度过高,整个镀层亮度降低,并有树枝状条纹出现,且光亮剂消耗量也增大。

新配镀液中Cl-不足时,可加少许盐酸或氯化钠,但不能用一般井水或河水来补充镀槽水位和进行工件镀前的清洗,避免带入过多的Cl-。当Cl-的质量浓度过高时,可加锌粉,搅拌、过滤。用锌粉1 g/L能除去15～20 mg/L的Cl-。也可用去氯剂在搅拌下慢慢加入镀液中,继续搅拌30 min,静置过滤。Cl-的质量浓度控制在20～40 mg/L最为理想,不要超过80～100 mg/L。

4 一价铜存在

酸性光亮镀铜液中只要有一价铜存在将造成镀层不亮。因为电沉积时,由于一价铜总是比二价铜优先析出,所以很容易使镀层出现粗糙、毛刺,特别是在低电流密度区域镀不亮,整平能力差。另外,如果镀液中Cl-过量时,一价铜与Cl-还会生成氯化亚铜沉淀,使镀液混浊不清而恶化镀层质量。一价铜是因为某些还原剂带入而产生的,有时铜阳极钝化也会产生一价铜。

为了消除一价铜的影响,可在每天班前用H2O2按0.25 mL/L的体积分数稀释后加入镀液中;有时可根据阳极溶解的情况加入适量的硫酸,也能消除一价铜的影响。最好是采用连续过滤生产的办法,使镀液更清洁,保持镀层细致光亮。

5 铜阳极钝化

阳极铜粉及一价铜的存在,通常是由于所用的阳极电流密度太大或铜阳极含磷量不适合,而使阳极钝化,造成镀层不亮。酸性光亮镀铜阳极中磷的质量分数应在0.02%～0.07%的范围内,电解时有利于阳极表面被一层柔和的黑色膜覆盖,以减少阳极泥渣的生成,避免镀液与阳极金属表面直接接触。这样,不仅可以防止镀层产生麻点,而且可以避免光亮剂在阳极泥上吸附和氧化分解。

如果阳极中磷的质量分数低于0.02%,电解中所形成的黑色膜就难以阻止一价铜的产生,使镀液中铜粉增加。若磷的质量分数超过0.1%,将会严重影响阳极的溶解,造成阳极钝化,使镀液中二价铜的质量浓度下降,并生成大量阳极泥,影响镀层光亮性。因此,最好是使用经过拉毛处理的聚丙烯布料作为阳极袋,以防止阳极泥污染镀液。