酸性光亮鍍銅工藝中非光亮因素對鍍層質量的影響

李立清， 李 敏， 楊麗欽， 樊啟哲， 畢勝龍

（江西理工大學 冶金與化學工程學院，江西 贛州341000）

0 前言

銅因具有較好的導電性、可塑性和導熱性［1］，被廣泛應用于電子產品及家電行業中。電鍍銅是實現銅在電子產品中廣泛應用的主要方法。電鍍銅的工藝很多，其中酸性光亮鍍銅工藝具有較為明顯的優越性，已成為取代氰化物鍍銅和焦磷酸鹽鍍銅的主要鍍種［2］。近年來，許多學者在研究新型電鍍銅添加劑［3-7］方面取得了一定的成果。鍍層質量除了與光亮劑的質量有關外，還與許多非光亮因素有較大關聯。非光亮因素主要包括硫酸銅、硫酸、氯離子、溫度、攪拌和電流密度等。本文重點研究了酸性光亮鍍銅工藝中非光亮因素對鍍層質量的影響。

1 實驗

1.1 實驗儀器

酸堿滴定管，電解槽（聚氯乙烯），加溫及冷卻裝置，赫爾槽，電鍍專用整流器和基本玻璃儀器。

1.2 實驗試劑

硫酸銅（帶五份結晶水），濃硫酸，鹽酸（分析純），EDTA標準溶液，氫氧化鈉標準溶液，安美特公司生產的光亮劑和活性炭等。

1.3 工藝流程

1.4 鍍液基本組成

硫酸銅160～230g／L，硫酸50～100g／L，氯離子50～120mg／L，光亮劑A 0.6～1.0mL／L，光亮劑B 0.4～0.8mL／L，光亮劑C 8～12mL／L，1～6 A／dm2。

2 結果與討論

2.1 硫酸銅對工藝的影響

硫酸銅是提供銅離子的主鹽，其質量濃度將直接影響電流效率和鍍層質量。硫酸銅的質量濃度對鍍層質量的影響，如表1所示。

表1 硫酸銅的質量濃度對工藝的影響

由表1可知：硫酸銅的質量濃度在190～220 g／L范圍內是比較有利的。這是因為當硫酸銅的質量濃度過高時，鍍液極化度低，走位能力降低，銅離子的上鍍速率快，結晶粗糙；反之，鍍液極化度高，走位能力好，但銅離子的上鍍速率太慢，電流小，容易觸氫，致使結晶粗糙，鍍層質量差。

2.2 硫酸對工藝的影響

硫酸起潤濕的作用，有利于銅離子的穩定。硫酸的質量濃度對鍍層質量的影響，如表2所示。

表2 硫酸的質量濃度對工藝的影響

由表2可知：硫酸的質量濃度在60～80g／L范圍內是比較合理的。這是因為當硫酸的質量濃度過高時，會破壞陽極膜的形成，致使一價銅增多，產生的一價銅附著在鍍件表面使陽極鈍化封閉，停止供銅；反之，鍍液的導電性差，電流效率低，且容易析氫，進而影響鍍層質量。

2.3 氯離子對工藝的影響

氯離子的存在對鍍層是有利的，但其質量濃度也應控制在適當的范圍內。氯離子的質量濃度對鍍層質量的影響，如表3所示。

由表3可知：適量的氯離子對提高鍍層質量是有利的。這是因為適量的氯離子與光亮劑C相互作用，在陽極表面形成一層完整的黑膜以幫助銅角溶解。但當氯離子的質量濃度過高時，多余的氯離子與鍍液中的亞銅離子作用形成氯化亞銅沉淀，其附著在陽極表面，進而封閉陽極，致使陽極供銅減少，甚至停止。當氯離子的質量濃度過低時，陽極膜形成不完整，銅供應不上，鍍液極化度低，走位能力差，易觸氫，導致鍍層整體不填平，光亮清晰度差。

表3 氯離子的質量濃度對工藝的影響

2.4 溫度對工藝的影響

溫度對鍍層質量的影響，如表4所示。

表4 溫度對工藝的影響

由表4可知：當溫度為20～30℃時，對該工藝較合適。當溫度過高時，銅離子的還原速率過快，在鍍件表面被還原而成的銅原子數增多，銅原子來不及排列就快速沉積在鍍件表面，致使結晶粗糙，鍍層光亮度差。當溫度過低時，反應速率慢，所產生的銅原子的沉積速率過慢，電流效率和生產效率都較低，同樣也會導致鍍層結晶粗糙。

2.5 攪拌對工藝的影響

攪拌不僅有利于提高鍍液的均勻性，還有利于提高離子的移動速率。攪拌對鍍層質量的影響，如表5所示。

由表5可知：攪拌對工藝是有利的。攪拌可以提高電流效率和離子的移動速率，從而使結晶細膩，所得鍍層填平、光亮性好。但當攪拌速率過快時，會造成不必要的損失及設備的損壞。因此，應該根據實際情況控制好攪拌速率。

表5 攪拌對工藝的影響

2.6 電流密度對工藝的影響

電流是銅離子從陽極移動到陰極的推動力。電流密度對鍍層質量的影響，如表6所示。

表6 電流密度對工藝的影響

由表6可知：電流密度控制在1～5A／dm2范圍內較合適。這是因為當電流密度較大時，沉積速率快，鍍層會變得粗糙，結晶微粒增大，鍍層質量下降；當電流密度超過極限值時，鍍層會燒焦，從而導致產品報廢。當然，電流密度小時，沉積速率就小，生產效率就低。所以在保證鍍層質量的情況下，盡可能地提高電流密度。

3 結論

確定了較為理想的非光亮因素的工藝范圍：硫酸銅200～220g／L，硫酸60～80g／L，氯離子80～120mg／L，1～5A／dm2，20～30℃，施加攪拌。在上述工藝條件下進行酸性光亮鍍銅，獲得的鍍層具有較高的質量。

［1］曾華梁，吳仲達，陳均武.電鍍工藝手冊（第2版）［M］.北京：機械工業出版社，1997：170-171.

［2］高泉涌，趙國鵬，胡耀紅.酸性鍍銅添加劑研究進展［J］.電鍍與涂飾，2010，29（1）：26-29.

［3］厲小雯，唐有根，羅玉良，等.印制線路板酸性鍍銅整平劑的研究［J］.電鍍與涂飾，2011，30（7）：34-37.

［4］高斌，程良.淺談酸性鍍銅光亮劑［J］.電鍍與環保，2003，23（3）：13-14.

［5］馬幸平，馬忠信.酸性鍍銅光亮劑的發展［J］.電鍍與環保，2002，22（4）：16-19.

［6］鄧正平，鄒偉紅，趙國鵬，等.酸性鍍銅光亮劑的開發［J］.電鍍與精飾，2009，31（9）：13-17.

［7］左正勛，馬沖，王志軍，等.酸性鍍銅光亮劑的研究［J］.電鍍與精飾，2002，24（3）：5-9.