酸性光亮镀铜工艺中非光亮因素对镀层质量的影响

2013-01-29李立清杨丽钦樊启哲毕胜龙

电镀与环保 2013年5期

李立清，李敏，杨丽钦，樊启哲，毕胜龙

（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000）

0 前言

铜因具有较好的导电性、可塑性和导热性［1］，被广泛应用于电子产品及家电行业中。电镀铜是实现铜在电子产品中广泛应用的主要方法。电镀铜的工艺很多，其中酸性光亮镀铜工艺具有较为明显的优越性，已成为取代氰化物镀铜和焦磷酸盐镀铜的主要镀种［2］。近年来，许多学者在研究新型电镀铜添加剂［3-7］方面取得了一定的成果。镀层质量除了与光亮剂的质量有关外，还与许多非光亮因素有较大关联。非光亮因素主要包括硫酸铜、硫酸、氯离子、温度、搅拌和电流密度等。本文重点研究了酸性光亮镀铜工艺中非光亮因素对镀层质量的影响。

1 实验

1.1 实验仪器

酸碱滴定管，电解槽（聚氯乙烯），加温及冷却装置，赫尔槽，电镀专用整流器和基本玻璃仪器。

1.2 实验试剂

硫酸铜（带五份结晶水），浓硫酸，盐酸（分析纯），EDTA标准溶液，氢氧化钠标准溶液，安美特公司生产的光亮剂和活性炭等。

1.3 工艺流程

1.4 镀液基本组成

硫酸铜160～230g／L，硫酸50～100g／L，氯离子50～120mg／L，光亮剂A 0.6～1.0mL／L，光亮剂B 0.4～0.8mL／L，光亮剂C 8～12mL／L，1～6 A／dm2。

2 结果与讨论

2.1 硫酸铜对工艺的影响

硫酸铜是提供铜离子的主盐，其质量浓度将直接影响电流效率和镀层质量。硫酸铜的质量浓度对镀层质量的影响，如表1所示。

表1 硫酸铜的质量浓度对工艺的影响

由表1可知：硫酸铜的质量浓度在190～220 g／L范围内是比较有利的。这是因为当硫酸铜的质量浓度过高时，镀液极化度低，走位能力降低，铜离子的上镀速率快，结晶粗糙；反之，镀液极化度高，走位能力好，但铜离子的上镀速率太慢，电流小，容易触氢，致使结晶粗糙，镀层质量差。

2.2 硫酸对工艺的影响

硫酸起润湿的作用，有利于铜离子的稳定。硫酸的质量浓度对镀层质量的影响，如表2所示。

表2 硫酸的质量浓度对工艺的影响

由表2可知：硫酸的质量浓度在60～80g／L范围内是比较合理的。这是因为当硫酸的质量浓度过高时，会破坏阳极膜的形成，致使一价铜增多，产生的一价铜附着在镀件表面使阳极钝化封闭，停止供铜；反之，镀液的导电性差，电流效率低，且容易析氢，进而影响镀层质量。

2.3 氯离子对工艺的影响

氯离子的存在对镀层是有利的，但其质量浓度也应控制在适当的范围内。氯离子的质量浓度对镀层质量的影响，如表3所示。

由表3可知：适量的氯离子对提高镀层质量是有利的。这是因为适量的氯离子与光亮剂C相互作用，在阳极表面形成一层完整的黑膜以帮助铜角溶解。但当氯离子的质量浓度过高时，多余的氯离子与镀液中的亚铜离子作用形成氯化亚铜沉淀，其附着在阳极表面，进而封闭阳极，致使阳极供铜减少，甚至停止。当氯离子的质量浓度过低时，阳极膜形成不完整，铜供应不上，镀液极化度低，走位能力差，易触氢，导致镀层整体不填平，光亮清晰度差。