第八章酸性鍍銅及表面鍍(涂)覆工藝

1、第八章 酸性鍍銅及表面鍍（涂）覆工藝第一節(jié) 酸性鍍銅1. 概述銅鍍層呈粉紅色,具有良好的延展性,導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性.銅鍍層在空氣中極易被氧化而失去光澤.銅鍍層容易活化,實(shí)踐表明,在銅鍍層上電沉積其它金屬能夠獲得良好的結(jié)構(gòu)合力,因此銅可以作為很多金屬電沉積的底層.鍍銅在印制線路板生產(chǎn)中占有很重要的位置.1. 1銅鍍層的作用 在雙面或多層板的生產(chǎn)過(guò)程中,銅鍍層的作用有兩方面:作為化學(xué)沉銅的加厚鍍層和作為圖形電鍍的底鍍層.化學(xué)沉銅層一般0。52微米，必須經(jīng)過(guò)電鍍銅后才可進(jìn)行下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度58微米。圖形電鍍以銅作為Sn-Pb鍍層和低應(yīng)力鎳鍍層的底層，其厚度2025微米。1 2對(duì)銅鍍層的

2、基本要求1） 鍍層均勻、細(xì)致、整平、無(wú)麻點(diǎn)、無(wú)針孔，有良好外觀的光亮或半光亮鍍層。2） 鍍層厚度均勻，板面鍍層厚度Ts與孔壁鍍層厚度之比接近1：1。這需要鍍液有良好的分散能力和深鍍能力。3） 鍍層與銅基體結(jié)合牢固，在鍍后和后續(xù)工序的加工過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象。4） 鍍層導(dǎo)電性好，這就要求鍍層純度要高。5） 鍍層柔軟性好，延伸率不低于10%，抗張強(qiáng)度2050Kg/mm2,以保證在后工序波峰焊（2602700C）和熱風(fēng)整平（通常2320C）時(shí)，不至于因環(huán)氧樹(shù)脂基材上銅鍍層的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致銅鍍層產(chǎn)生縱向斷裂（環(huán)氧樹(shù)脂膨脹系數(shù)12。8X10-5/0C，銅的膨脹系數(shù)0。68X10-5/0C）

3、。1 3對(duì)鍍銅液的基體要求1） 有良好的分散能力 和深鍍能力，即使在很低的電流密度下，也能得到均勻細(xì)致的鍍層，經(jīng)保證印制板的板厚孔徑比比較大時(shí)，仍能達(dá)到Ts:Th接近1：1。2） 電流密度范圍寬，如在赫爾槽2A下，全板鍍層均勻一致。3） 鍍液穩(wěn)定，便于維護(hù)，對(duì)雜質(zhì)的容忍性高，對(duì)溫度的容忍性高。4） 鍍液對(duì)覆銅箔板無(wú)傷害，這就要求鍍液只能是酸性鍍液。1 4鍍銅液的選擇鍍銅液有多種類(lèi)型，如氰化物型、焦磷酸鹽型、氟硼酸鹽型、檸檬酸鹽型和硫酸鹽型。隨著印制板電鍍的發(fā)展，人們選擇了硫酸鹽型鍍液，目前印制板生產(chǎn)廠家?guī)缀跞坎捎昧蛩猁}鍍液。因?yàn)樗芑旧线_(dá)到印制板對(duì)鍍銅液的要求。 硫酸鹽鍍銅液分為兩種：一種

4、是用于電鍍零件的鍍液，它硫酸銅濃度高；一種是用于電鍍印制板的鍍液，它硫酸銅濃度低，硫酸濃度高。它們所用的添加劑也不同。兩種硫酸鹽鍍液的基本成分比較列于表8-1。這兩種鍍液也分別稱(chēng)為普通鍍液和高分散能力鍍液，筆者認(rèn)為這種劃分不夠確切，其實(shí)兩種鍍液都需要有很高的分散力。表8-1 硫酸鹽型鍍銅液基本成分比較鍍液基本成份高銅鍍液低銅鍍液硫酸銅（g/l）硫酸（g/l）氯離子（mg/l）1902505065401007011019022040100低銅鍍液適用于印制板電鍍，因?yàn)樗橇蛩釢舛雀?，鍍液?dǎo)電率高，有合適的添加劑配合，低電流較容易得到理想的鍍層，且不易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)。 鍍銅添加劑由載體、光亮劑、整

5、平劑等組成，載體主要是非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，它們作為光亮劑、整平劑的載體，提高了光亮劑、整平劑的溶液解度，它自已還可以作為潤(rùn)濕劑，降低表面能力，消除鍍層針孔麻點(diǎn)，并能提高鍍層的整體亮度。載體要選擇得當(dāng)，它與光亮劑和整平劑搭配，會(huì)得到很好的效果，如果材料選擇欠佳或數(shù)量應(yīng)用太多，會(huì)在陰極上產(chǎn)生一層肉眼看不到的憎水膜，影響與后續(xù)工序鍍層的結(jié)合力，為此還需要加上除膜工序，從而延長(zhǎng)生產(chǎn)線，降低了效率。光亮劑和整平劑如M、N、SP、SH-110、TPS等，它們相互配合，能得到均勻、細(xì)致、光亮并且電流密度范圍廣闊，溫度范圍寬（如400C）的鍍層。因?yàn)樘砑觿┏煞直容^多，材料來(lái)源不同，搭配各有所長(zhǎng)

6、，所以市場(chǎng)上供應(yīng)的商品添加劑種類(lèi)很多，選擇應(yīng)用時(shí)要經(jīng)過(guò)比較，慎重選用。 選擇了低銅基礎(chǔ)液，選擇了適合鍍層質(zhì)要求的添加劑，再加上精心使用和維護(hù)鍍液，就一定能獲得滿意的銅鍍層。2、硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理含有硫酸銅、硫酸的鍍銅液，在直流電壓作用下，發(fā)生如下電極反應(yīng)：陰極： Cu2+2eCu 0 Cu2+/ Cu=+0。34VCu2+ eCuCu+ eCu 0 Cu+/ Cu=+0。51V在陰極上，Cu2+獲得電子被還原成金屬銅，它的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比H+的標(biāo)準(zhǔn)電位O要正得多，因此在陰極上不會(huì)發(fā)生析氫，但當(dāng)Cu2+還原不充分時(shí)會(huì)出現(xiàn)Cu+，從標(biāo)準(zhǔn)電極電位來(lái)看，Cu+還原成Cu的反應(yīng)更容易發(fā)生。Cu+的還原會(huì)

7、導(dǎo)致鍍層粗糙是我們要設(shè)法避免的。陽(yáng)極：銅陽(yáng)極在硫酸溶液中，發(fā)生陽(yáng)極溶解，提供了鍍液中所需要的Cu2+：Cu - eCu2+與Cu2+生成的同時(shí)，不可避免的生成Cu+：Cu - eCu+Cu+的出現(xiàn)并進(jìn)入溶液，會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：當(dāng)溶液中有足夠量硫酸及空氣時(shí)，可以被氧化成Cu2+Cu2+1/2O2+2H+ 2Cu2+H2O當(dāng)溶液中硫酸濃度不足時(shí)，會(huì)水解：Cu+2 H2O 2CuOH+2H+ Cu2O+ H2OCu2O以電泳方式沉積在陰極上，產(chǎn)生毛刺。Cu+不穩(wěn)定，還可以發(fā)生歧化反應(yīng)：2Cu+= Cu2+ Cu生成的Cu也會(huì)以電泳的方式沉積于鍍層，產(chǎn)生銅粉、毛刺、粗糙。因此，在電鍍過(guò)程中應(yīng)盡量避免Cu

8、+的出現(xiàn)，采用含P的銅陰極，較好地解決了。3、光亮酸性鍍銅工藝2 1鍍液配方及操作條件印制板鍍銅的通用工藝如下：硫酸銅 60120 g/l硫酸 170230 g/l（98130 m l /l）氯離子 40100 m g/l添加劑 適量（按供應(yīng)商要求）陰極電流密度 13A/dm2溫度 與添加劑適應(yīng)陽(yáng)極（含P%） 0。040。07攪拌 連續(xù)過(guò)濾，空氣攪拌或加陰極移動(dòng)S陽(yáng)：S陰 2：1或更高 這里需要說(shuō)明的是：對(duì)應(yīng)于某種添加劑，就有某種專(zhuān)用的工藝，其中硫酸銅和硫酸的比例及硫酸銅的濃度以及操作溫度也就規(guī)定了。一般進(jìn)口添加劑，溫度范圍比較窄，多在21320C左右，而國(guó)產(chǎn)添加劑，操作溫度可在15400C，

9、目前市場(chǎng)上添加劑品種繁多，這里不再一一敘述2. 2鍍液配制1） 將鍍槽擦洗干凈，注入10%NaOH溶液，開(kāi)啟過(guò)濾機(jī)（無(wú)濾芯）和空氣攪拌，將此液加溫到600C，保持48小時(shí)，然后用水沖洗。再注入5%H2SO4，同樣開(kāi)啟過(guò)濾機(jī)和空氣攪拌48小時(shí)，用水沖洗干凈，同時(shí)檢查過(guò)濾系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)是否配置得當(dāng)。備用槽也同樣清洗干凈。2） 在備用槽內(nèi)，注入1/4容積的工業(yè)純水，在攪拌下緩緩加入計(jì)量的硫酸，借助于所釋放的熱量，加入計(jì)量的硫酸銅，攪拌使全部溶解。3） 加入H2O212 m l /l，攪拌1小時(shí)，升溫至650C，保溫1小時(shí)，以趕走多余的H2O2。4） 加活性炭3 g/l，攪拌1小時(shí)，靜置半小時(shí)后過(guò)濾，

10、直至溶液中無(wú)炭粉為止。將溶液轉(zhuǎn)入鍍槽中。5） 加入計(jì)量的鹽酸（比重1。19，含量37%的濃鹽酸，加入0。1 m l /l，相當(dāng)增加CL- m g /l）加入計(jì)量的添加劑，加純水至所需體積。掛入預(yù)先備好的陽(yáng)極。6） 以陽(yáng)極電流密11。5A/dm2,電解處理，約3小時(shí)，使用極形成一層致密的黑色薄膜。鍍液可進(jìn)行試鍍。2 3鍍液中各成分的作用1） 硫酸銅和硫酸：在鍍銅液中，硫酸銅與硫酸是鍍液的主要成分，它們都參與電極過(guò)程。在鍍液中它們有互相依存的關(guān)系。硫酸銅在硫酸溶液中的溶解度和硫酸銅的硫酸溶液的比電阻分別見(jiàn)表8-2和表8-3。 表8-2硫酸銅在硫酸中的溶解度H2SO4（g/l）CuSO4溶解度（g/

11、l）02454907259811226352326304285267250表8-3 硫酸銅的硫酸溶液的比電阻（。Cm）250C H2SO4（g/l）CuSO4（g/l）0501001502000-4.82.441.771.4650654.92.581.881.55100455.12.862.001.67150295.33.642.181.79200245.33.142.31-從表8-2和表8-3看到，隨著溶液中硫酸濃度的提高，硫酸銅的溶解度會(huì)降低，但溶液的電導(dǎo)會(huì)顯著提高。鍍液中硫酸銅濃度太低，高電流區(qū)鍍層易燒焦；硫酸銅濃度太高，鍍液分散能力會(huì)降低。在低銅鍍液中，可控制在60120 g/l，具體

12、范圍的數(shù)據(jù)要與所選添加劑相匹配。硫酸濃度以170230g/l為宜，濃度太低，溶液導(dǎo)電性差，鍍液分散能力差；濃度太高會(huì)降低Cu2+的遷移率，效率反而會(huì)降低，而且對(duì)銅鍍層的延伸率不利。硫酸銅和硫酸的重量比可維持在1：22。5。2） 氯離子： 氯離子是陽(yáng)極活化劑，又是鍍層的應(yīng)力消除劑，氯離子可以幫助陽(yáng)極正常溶解，并且和添加劑同作用使鍍層光亮、整平；還可以降低鍍層的張應(yīng)力。氯離子濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺(tái)階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦；氯離子濃度過(guò)高導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化，鍍層失去光澤。氯離子可控制在40100 mg/l。正常操作時(shí)，開(kāi)缸液無(wú)需補(bǔ)加氯離子，因?yàn)樽詠?lái)水中的氯離子經(jīng)過(guò)工件的攜帶入缸，基本上可以彌補(bǔ)氯離子

13、帶出的損失。如果不慎使溶液中氯離子過(guò)量，可用如下方法處理：A、 沉淀法：Ag2CO3+2Cl-+2H+ 2AgCl +H2O+CO2 向溶液中加入碳酸銀（3g Ag2CO3對(duì)1g Cl-），使生成AgCl沉淀除去，用這種方法，在處理前應(yīng)先分析Cl-的濃度，同時(shí)AgCl沉淀很細(xì)，應(yīng)該用1m的濾芯濾除。B，電解法以鈦或石墨為陽(yáng)極，以瓦楞形不銹鋼板為陰極，在40500C下，陽(yáng)極電流密度34A/dm2，電解處理，使Cl-被氧化生成氯氣除去。2Cl- 2e Cl2也曾用過(guò)Zn粉處理法，利用Zn粉還原Cu2+成Cu+，Cu+與Cl-生成Cu2Cl2沉淀，用活性炭粉吸附過(guò)濾除去，但留在溶液中的Zn2+會(huì)成為

14、鍍液中的雜質(zhì)，易引起鍍層出現(xiàn)麻沙點(diǎn)，因此，此法不宜推薦使用。3） 添加劑當(dāng)前生產(chǎn)上所使用的添加劑以商品添加劑為主，不同添加劑帶來(lái)的鍍層質(zhì)量，鍍液穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率也有所不同，選擇添加劑時(shí)，需注意以下方面：A、 加劑帶給鍍層的低區(qū)表現(xiàn)如何？?jī)?yōu)秀的添加劑在2A的赫爾槽試片下，可以達(dá)到全板均勻一致，允許低電流區(qū)高度要低些，但全板鍍層均勻，色差很小。B、 添加劑對(duì)鍍液操作溫度的承受能力如何？當(dāng)鍍槽沒(méi)有配備冷水機(jī)致冷時(shí)，最好選用溫度范圍寬的添加劑，如15400C，這樣雖然夏季由于氣溫比較高而導(dǎo)致添加劑消耗增多，但鍍液仍可正常工作。在這方面，國(guó)產(chǎn)添加劑有明顯優(yōu)勢(shì)。C、 鍍液的穩(wěn)定性如何？添加劑分解產(chǎn)物的多少

15、決定了鍍液大處理的周期，添加劑分解產(chǎn)物少，鍍液大處理周期長(zhǎng)，這對(duì)提高生產(chǎn)效率是有益的。另外，添加劑配比合理，持續(xù)添加后不會(huì)帶來(lái)某種成分的嚴(yán)重失衡，溶液操作也就會(huì)穩(wěn)定進(jìn)行。D、 鍍液維護(hù)是否方便？比如是單一添加劑還是幾種添加劑？如果是幾種添加劑，添加經(jīng)例如何把握？E、 價(jià)格是否合理？在技術(shù)指標(biāo)達(dá)到的前提下，價(jià)格要盡可低些，以利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。添加劑的補(bǔ)充一般都是根據(jù)安時(shí)數(shù)來(lái)補(bǔ)充或與赫爾槽試驗(yàn)相配合。至于用高效液相色譜法和循環(huán)伏安掃描來(lái)測(cè)定鍍液中添加劑的濃度，多用于科研方面。 溶液中添加劑濃度太低將導(dǎo)致鍍層粗糙、整平度光亮度差；當(dāng)添加劑過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)結(jié)瘤，孔周?chē)l(fā)霧，孔口拐角處易開(kāi)裂，鍍層柔軟度差

16、，光澤不均勻等。最好根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求控制。3 4操作條件的影響341溫度 溫度對(duì)鍍液性能影響很大，溫度提高，電極反應(yīng)速度加快，允許電流密度提高，鍍層沉積速度加快，但溫度過(guò)高，加速添加劑分解會(huì)增加添加劑消耗，鍍層結(jié)晶粗糙，亮度降低。溫度太低，允許電流密度降低，高電流區(qū)容易燒焦。最好控制在20300C左右。 為防止鍍液溫升過(guò)高，應(yīng)根據(jù)加工量合理選擇鍍槽體積，使鍍液負(fù)荷一般不大于0。2A/L，同時(shí)選擇導(dǎo)電優(yōu)良的掛具，減少電能損耗。必要時(shí)需配備冷水機(jī)，以控制鍍液溫度。342電流密度 當(dāng)鍍液組成、添加劑、溫度、攪拌等因素一定時(shí)，鍍液所允許的電流密度范圍也就一定了。提高電流密度，可以提高鍍層沉積速度，因此在

17、保證鍍層質(zhì)量的前提下，盡量使用較高的電流密度。一般操作時(shí)平均電流密度1。53 A/dm2。不同電流密度下的沉積速度（以電流效率100%計(jì)）見(jiàn)表8-4。表8-4 電流密度與沉積速度 鍍層厚度m時(shí)間min電流密度A/dm269122436128415410882214212856391419375547105142842 當(dāng)電流密度選定后，在給出電流值時(shí)，需要一個(gè)準(zhǔn)確的施鍍面積值。但印制板圖形多種多樣，怎樣才能得到準(zhǔn)確的施鍍面積值？下面介紹四種方法：5） 計(jì)算機(jī)計(jì)算圖形面積在自動(dòng)化程度高的印制板制造廠，已經(jīng)使用CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。它建有CAM工作站，設(shè)有專(zhuān)門(mén)計(jì)算電鍍圖形面積功能的軟

18、件包，通過(guò)正確設(shè)定參數(shù)，如：掃描精度、板厚等，選擇好需計(jì)算的元件面和焊接面，對(duì)線路部分進(jìn)行掃描，可自動(dòng)把掃描的面積疊加，并自動(dòng)減去鉆孔部分的面積，得出真實(shí)的圖形表面積和孔內(nèi)壁表面積。這種方法測(cè)算面積準(zhǔn)確可靠。 應(yīng)該指出的是，在同一塊印制扳上，電流密度分布是不均勻的，邊緣部分要比中心部分的電流大，電流分布受多種因素的影響，當(dāng)鍍液組成，操作溫度，攪拌情況、電源等因素確定以后，幾何因素不容忽視，如：陰陽(yáng)極間距離，掛具設(shè)計(jì)，板厚與孔徑的比值，雙面板兩面圖形面積的差別等因素需考慮。為了達(dá)到電流分布均勻，可以采取一些措施如用計(jì)算機(jī)分別控制印制板兩面電流，或用電位器分別調(diào)節(jié)兩面電流，或在鍍槽內(nèi)施加擋板等，還

19、有在電鍍10分鐘后抽查鍍層質(zhì)量，調(diào)節(jié)電流，以達(dá)最佳。在這方面，操作人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是很重要。343攪拌 攪拌可以消除濃度極化，提高允許電流密度，從而提高生產(chǎn)效率。攪拌可以通過(guò)陰極移動(dòng)或空氣攪拌來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以兩者結(jié)合。還可以用機(jī)械振動(dòng)或超聲波。1） 陰極移動(dòng)：陰極移動(dòng)是通過(guò)陰極桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的移動(dòng)。陰極移動(dòng)方向最好與陽(yáng)極表面成一定角度如450，這樣有利于孔內(nèi)溶液流動(dòng)，孔內(nèi)氣泡也能及時(shí)被趕走。以陰極移動(dòng)振幅2550MM，移動(dòng)頻率1520次/分為佳。2） 空氣攪拌：用無(wú)油壓縮空氣，給溶液帶來(lái)中度到強(qiáng)烈的攪拌，同時(shí)它還給溶液提供了足夠的氧氣，促進(jìn)溶液中少量的Cu+氧化成Cu2+，消除Cu+對(duì)電

20、極過(guò)程的干擾。壓縮空氣由無(wú)油壓縮空氣泵供給，在泵的氣體進(jìn)口處，應(yīng)該有氣體凈化裝置。對(duì)中等程度攪拌，壓縮空氣流量一般0。30。8M3/min.m2,空氣出口布局要合理，避免死角。壓縮空氣通過(guò)距槽底38cm的管釋出，此管最好與陰極桿平行，氣孔直徑3MM，孔間距80130MM，孔中心線與豎直方向成450角，氣體向槽底沖出再升出液面。出氣孔總面積約等于空氣管截面積的80%，壓縮空氣壓力可按每米液深度0。016Mpa，壓縮空氣流量應(yīng)是可調(diào)的?？諝鈹嚢杞Y(jié)溶液的翻動(dòng)較大，這就是對(duì)溶液的清潔程度提出了高要求，因此，有空氣攪拌的鍍槽需配備連續(xù)過(guò)續(xù)裝置。也可以將陰極移動(dòng)，空氣攪拌、連續(xù)過(guò)濾聯(lián)合使用。344過(guò)濾過(guò)濾

21、使溶液得到凈化，連續(xù)過(guò)濾能及時(shí)除去鍍液中的機(jī)械雜質(zhì)，防止毛刺的出現(xiàn)。不論采用聚丙烯（PP）濾芯，還是過(guò)濾介質(zhì)，其過(guò)濾精度為510m，最好是5m，溶液每小時(shí)交換量25次，過(guò)濾液出口安排在槽底，進(jìn)口安排在注面下100MM處，進(jìn)出口管應(yīng)對(duì)應(yīng)在槽子的對(duì)角線上，以達(dá)到最佳的過(guò)濾效果。345陽(yáng)極 硫酸鹽光亮、半光亮鍍銅，要使用含磷的銅陽(yáng)極，磷含量0。0350。07%，銅含量不小于99。9%，其它雜質(zhì)的允許含量見(jiàn)表8-5，磷銅可以做成銅角、銅球或銅板，將銅角、銅球或銅板，將銅角、銅球裝入鈦籃，鈦籃外套以聚丙烯布制成的陽(yáng)極袋，袋長(zhǎng)比鈦籃長(zhǎng)34CM。用鈦籃的優(yōu)點(diǎn)是能及時(shí)補(bǔ)充所消耗的銅陽(yáng)極材料，保持陽(yáng)極面積足夠大

22、，一般維持陽(yáng)極與陰極面積比為1。52：1。 表8-5磷銅陽(yáng)極材料主要成分%雜質(zhì)%CuPSnPbZnNiFeSbAgMnO>99.90.0350.070.00060.0010.00040.00250.00350.0010.00250.00010.001為什么要使用含磷銅陽(yáng)極？從電極過(guò)程的機(jī)理中，我們看到，在銅陽(yáng)極上，會(huì)有Cu+生成，若Cu+不能及時(shí)變成Cu2+，它就會(huì)嚴(yán)重干擾電極過(guò)程的進(jìn)行，生成銅粉或Cu 2O粉，它們通過(guò)電泳進(jìn)入鍍層，造成鍍層粗糙，表面掛一層銅粉等，產(chǎn)生不合格的銅鍍層。如果陽(yáng)極銅中含有少量的磷，在陽(yáng)極表面會(huì)生成一層黑色膜，它的成分是Cu 3P，這層黑膜具有金屬的導(dǎo)電性（電

23、導(dǎo)率1。5X104-1。Cm-1），它覆蓋在銅陽(yáng)極表面，加速Cu+的氧化，減少了Cu+的積累和產(chǎn)生，大減少了Cu+進(jìn)入溶液的機(jī)會(huì)。同時(shí)也減少了陽(yáng)極泥的生成量。 資料表明，磷銅比純銅的陽(yáng)極極化小，對(duì)含P0。020。05%的磷銅陽(yáng)極，在陽(yáng)極電流密度1 A/dm2下，其陽(yáng)極電位比無(wú)氧銅低5080MV，所以磷銅的黑色膜不會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化。同時(shí)黑色膜保護(hù)了陽(yáng)極表面，使微小晶粒從陽(yáng)極脫落的現(xiàn)象大大減少，陽(yáng)極利用率提高。當(dāng)陽(yáng)極電流密度0。41。2 A/dm2時(shí)，陽(yáng)極磷含量與黑膜生成量成線性關(guān)系，當(dāng)含量P0。03%0。075%時(shí)，陽(yáng)極銅的利用率最高，泥渣生成量最少。當(dāng)黑膜覆蓋下的銅球（角）溶解消耗完后，黑膜就成

24、了黑色泥渣留在陽(yáng)極袋中。磷銅陽(yáng)極中，當(dāng)P含量太低時(shí)如0。005%以下，雖有黑膜生成，但太薄，不足以保護(hù)銅陽(yáng)極：當(dāng)P含量太高時(shí)，黑膜太厚，陽(yáng)極溶解不好，陽(yáng)極泥渣太多，鍍液中銅濃度下降，添加劑消耗增加。實(shí)踐證明磷含量以0。0350。07%最佳。銅陽(yáng)極中除磷以外，其它雜質(zhì)越少越好，以保證電極過(guò)程正常進(jìn)行，延長(zhǎng)鍍液的使用壽命。2 5鍍液的保護(hù)1) 定期分析調(diào)整鍍液中的硫酸銅、硫酸的濃度，使之處于最佳范圍。鍍液的分析周期依生產(chǎn)量大小而定，可以一周一次，也可以每天一次。鍍液中的氯離子可以進(jìn)行分析測(cè)定，也可以視鍍層狀況憑經(jīng)驗(yàn)確定，欲增加Cl-10mg/l,可以加入0。023 m l /l試劑級(jí)鹽酸。2) 添

25、加劑的補(bǔ)充本著少加勤加的原則，可以根據(jù)安時(shí)數(shù)按工藝要求補(bǔ)充或結(jié)合赫爾槽試驗(yàn)進(jìn)和行補(bǔ)充更佳。3) 鍍液大處理：電鍍過(guò)程中，添加劑的分解產(chǎn)物、干膜或抗電鍍油墨溶出物及板材溶出物的累積，會(huì)構(gòu)成鍍液的有機(jī)污染，少量的有機(jī)污染用活性炭吸附過(guò)濾除去。隨著時(shí)間的持續(xù)，需要用雙氧水活性炭處理以取得比較徹底的處理效果，這種處理一般每年至少一次。其處理步驟如下：1） 將鍍液轉(zhuǎn)入已清洗好的備用槽中。2） 邊攪拌邊加入12m l /LH2O2，充分?jǐn)嚢?2小時(shí)。3） 升溫至650C，繼續(xù)攪拌12小時(shí)。4） 加優(yōu)質(zhì)活性炭粉35g/l，攪拌2小時(shí)，此時(shí)溶液溫度逐漸降至室溫?？扇⌒幼龊諣柌墼囼?yàn)，2A全板鍍層無(wú)光澤，可進(jìn)行

26、鍍液過(guò)濾。5） 將無(wú)炭粉的澄清鍍液轉(zhuǎn)入工作槽內(nèi)，掛入清洗好的鈦籃（內(nèi)充磷銅球或磷銅角）。通1A/dm2電流12小時(shí)后，按新缸加入添加劑并攪拌均勻，試鍍。4、掛具使用要得當(dāng)，絕緣破損的掛具要及時(shí)處理，否則會(huì)帶來(lái)鍍液的交叉污染和消耗有效電流。掛具要導(dǎo)電良好，按觸導(dǎo)電部分不能顯著發(fā)熱，對(duì)不銹鋼掛具，導(dǎo)電截面的電流密度不大于1A/mm2，對(duì)銅合金掛具，其導(dǎo)電截面的電流密度不大于2。53 A/mm2為宜。3. 6常見(jiàn)故障及處理光亮酸性鍍銅常見(jiàn)故障及處理方法。表8-5 酸性鍍銅常見(jiàn)故障及處理故障可能原因糾正方法鍍層與基體結(jié)合力差鍍前處理不良加強(qiáng)和改進(jìn)鍍前處理鍍層燒焦1） 銅濃度太低2） 陰極電流密度過(guò)大3

27、） 液溫太低4） 陽(yáng)極過(guò)長(zhǎng)5） 圖形局部導(dǎo)線密度過(guò)稀6） 添加劑不足1） 分析并補(bǔ)充硫酸銅2） 適當(dāng)降低電流密度3） 適當(dāng)提高液溫4） 陽(yáng)極應(yīng)比陰極短57CM5） 加輔助假陰極或降低電流6） 赫爾槽試驗(yàn)并調(diào)整鍍層粗糙有銅粉1） 鍍液過(guò)濾不良2） 硫酸濃度不夠3） 電流過(guò)大4） 添加劑失調(diào)，1） 加強(qiáng)過(guò)濾2） 分析并補(bǔ)充硫酸3） 適當(dāng)降低4） 通過(guò)赫爾槽試驗(yàn)調(diào)整臺(tái)階狀鍍層氯離子嚴(yán)重不足適當(dāng)補(bǔ)充局部無(wú)鍍層1） 前處理未清洗干凈2） 局部有殘膜或有機(jī)物1） 加強(qiáng)鍍前處理2） 加強(qiáng)鍍前檢查鍍層表面發(fā)霧有機(jī)物污染活性炭處理低電流區(qū)鍍層發(fā)暗1） 硫酸含量低2） 銅濃度高3） 金屬雜質(zhì)污染4） 光亮劑濃度不

28、當(dāng)或選擇不當(dāng)?。┓治鲅a(bǔ)充硫酸2）分析調(diào)整銅濃度3） 小電流處理4） 調(diào)整光亮劑量或另選品種鍍層有麻點(diǎn)、針孔1） 前處理不干凈2） 鍍液有油污3） 攪拌不夠4） 添加劑不足或潤(rùn)濕劑不足1） 加強(qiáng)鍍前處理2） 活性炭處理3） 加強(qiáng)攪拌4） 調(diào)正或補(bǔ)充鍍層脆性大1） 光亮劑過(guò)多2） 液溫過(guò)低3） 金屬雜質(zhì)或有機(jī)雜質(zhì)污染1） 活性炭處理或通電消耗2） 適當(dāng)提高液溫3） 小電流處理和活性炭處理金屬化孔內(nèi)有空白點(diǎn)1） 化學(xué)沉銅不完整2） 鍍液內(nèi)有懸浮物3） 鍍前處理時(shí)間太長(zhǎng)，蝕掉孔內(nèi)鍍層1） 檢查化學(xué)沉銅工藝操作2） 加強(qiáng)過(guò)濾3） 改善前處理孔周?chē)l(fā)暗（所謂魚(yú)眼狀鍍層）1） 光亮劑過(guò)量2） 雜質(zhì)污染引起孔

29、周?chē)儗雍穸炔蛔?） 攪拌不當(dāng)1） 調(diào)整光亮劑2） 凈化鍍液3） 調(diào)整攪拌陽(yáng)極表面呈灰白色氯離子太多除去多余氯離子陽(yáng)極鈍化1） 陽(yáng)極面積太小2） 陽(yáng)極黑膜太厚1） 增大陽(yáng)極面積至陰極的2倍2） 檢查陽(yáng)極含P是否太多。4、半光亮酸性鍍銅半光亮鍍銅的添加劑不含硫，添加劑的分解產(chǎn)物少，鍍層的純度高，延展性好。它的鍍液具有更好的分散能力，鍍層的外觀是半光亮的均勻細(xì)致的銅鍍層。鍍層耐熱沖擊的性能使它能順利通過(guò)美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL SPEC-P-5501C之試驗(yàn)，在正常操作情況下，板面鍍層厚度（Ts）與孔壁鍍層厚度（Th）之比可達(dá)1：當(dāng)孔徑相當(dāng)板厚1/10時(shí)（孔徑0。3mm），在2。5A/dm2下，Th；T

30、s可達(dá)8595%。同時(shí)該鍍液可以在較高的電流密度下工作，如在6A /dm2下，對(duì)孔徑0。6MM，板厚1。6MM，Th；Ts可達(dá)8085%，更適于作加厚銅。這種鍍液分為兩種使用類(lèi)型，在較高的電流密度下，可以在較高的溫度下（如36400C）下工作。在較低的電流密度下（如：13。5A/ dm2），只能在20250C下工作。其配方和工作條件見(jiàn)表8-6。鍍液的使用與維護(hù)與光亮酸性鍍銅無(wú)本質(zhì)區(qū)別，表8-6 半光亮酸性鍍銅工藝鍍液組成及操作條件普通電流密度高電流密芳硫酸銅（g/l）硫酸（g/l）氯離子（mg/l）Cu-200(ml/Kah)6098160200401008090106230250801201

31、60溫度（0C）陰極電流密度(A/ dm2)陽(yáng)極電流密度(A/ dm2)過(guò)濾攪拌沉積速度202513.50. 51.75連續(xù)空氣攪拌5A/ dm2下,0.45m/min36403.581.22.5連續(xù)強(qiáng)烈空氣攪拌4.5A/ dm2下,1m/min第二節(jié) 電鍍錫鉛合金1、 概述錫鉛合金鍍層在印制板生產(chǎn)中作為堿性蝕刻的保護(hù)層，此時(shí)鍍層中鉛的含量并不重要，當(dāng)蝕刻后還需要熱熔時(shí)，則必須提供含錫6063%的錫鉛鍍層。 對(duì)鍍層的要求應(yīng)該是：均勻、細(xì)致、半光亮，厚度8微米。鍍層無(wú)需全光亮，這是由鍍層的用途所決定的。 用于電鍍錫鉛合金的鍍液，要有很好的分散能力和深鍍能力，且工藝穩(wěn)定、便于維護(hù)。鍍液有多種類(lèi)型，

32、但適于印制板電鍍的主要是氟硼酸鹽和無(wú)氟的烷基磺酸鹽型。2、 機(jī)理 錫、鉛的標(biāo)準(zhǔn)電位很接近，所以它們很容易實(shí)現(xiàn)共沉積。Sn和Pb的標(biāo)準(zhǔn)電極電位均比氫負(fù)，但氫在錫鉛合金上析出的過(guò)電位較高，所以它們有可能從酸性鍍液中以接近100%的電流效率析出合金。 電鍍錫鉛合金在合金電鍍中屬正常共沉積，即在較低的電流密度下，鍍液中金屬離子的濃度比相當(dāng)于鍍層中的金屬比。所以只要保證陽(yáng)極成分，鍍液中Pb2+和Sn2+濃度的比例與陰極鍍層相符合，就可以得到所需比例的合金鍍層。陽(yáng)極反應(yīng)： Sn 2e Sn2+ Pb -2e Pb2+陰極反應(yīng)：Sn2+2e SnPb2+2e Pb 電鍍過(guò)程中，陽(yáng)極上不斷有Sn和Pb的溶解，

33、陰極上不斷有Sn /Pb合金的析出。但溶液中的Sn2+易被子空氣中的氧所氧化生成Sn4+，Sn4+水解成氫氧化錫沉淀，使溶液混濁。Sn2+O2+6H2O 2 Sn（OH）4 +4H+ 提高溶液中氫離子濃度，有利于防止Sn2+被氧化。也可在鍍液中加入還原劑，陰止Sn2+被氧化。3、 氟硼酸鹽鍍錫鉛合金31鍍液配方及操作條件 氟硼酸鹽鍍錫鉛的溶液由氟硼酸亞錫、氟硼酸鉛，氟硼酸、硼酸和添加劑組成。添加劑目前使用的以非蛋白胨體系為佳，因?yàn)樗鹊暗碾祟?lèi)的添加劑使用方便，鍍液穩(wěn)定，少分解產(chǎn)物，對(duì)需要熱熔的鍍層更顯優(yōu)越。32鍍液配制321配制鍍液的主要原材料配制氟硼酸鹽鍍錫鉛合金溶液最方便的方法是使用市售的

34、氟硼酸亞錫、氟硼酸鉛以及氟硼酸。322鍍液配制方法1） 鍍槽、過(guò)濾泵、陽(yáng)極袋先經(jīng)10%NaOH溶液浸4小時(shí)以上，清洗干凈，再經(jīng)510%HBF4溶液浸4小時(shí)以上，用水清洗。2） 鍍槽中注入1/3容積的純水，并加入事先在熱水中溶解的硼酸。3） 在不斷攪拌下依次加入計(jì)量的氟硼酸、氟硼酸亞錫、氟硼酸亞鉛，至少攪拌30分鐘使混合均勻。用純水補(bǔ)充至接近工作液位。此時(shí)溶液應(yīng)無(wú)沉淀物，否則應(yīng)過(guò)濾除去，必要時(shí)用活性炭過(guò)濾。4） 加入計(jì)量的添加劑，以0。10。5A/dm2的陰極電流密度電解數(shù)小時(shí)。分析并調(diào)整鍍液，試鍍。由于氟硼酸對(duì)硅酸鹽制品和多數(shù)金屬均有腐蝕作用，因此應(yīng)避免玻璃、陶瓷及金屬與鍍液接觸，以防污染鍍液

35、。33鍍液中各成分的作用1） Sn2+和Pb2+：Sn2+和Pb2+是鍍層中Sn和Pb的來(lái)源。控制鍍液中Sn2+/Pb2+濃度比，可以得到與鍍液中濃度比相近的合金鍍層。若提高Sn/Pb比值，則鍍層中的Sn比例提高。為獲得Sn63%左右的Sn-Pb合金鍍層，控制鍍液中Sn2+/Pb2+=1。72。3為宜，同時(shí)控制Sn2+1825g/l, Pb2+914 g/l。鍍液中Sn2+、Pb2+的總濃度也需要控制，當(dāng)此值太高時(shí)，雖然可以提高陰極電流密度上限，但會(huì)降低鍍液的分散能力和深鍍能力。2） HBF4：鍍液中的游離氟硼酸對(duì)鍍層成分影響不大，它的作用是保證陽(yáng)極中Sn、Pb的正常溶解，同時(shí)它能抑制Sn2+

36、的水解，提高鍍液的穩(wěn)定性。 Sn（BF4）2+O2+H2O Sn（OH）BF4 +HBF4 從方程式看出，游離HBF4可以阻止Sn2+的水解反應(yīng)。同時(shí)HBF4的存在提高了溶液的電導(dǎo)率，從而有利于提高鍍液的分散能力。但太過(guò)量的HBF4會(huì)加速陽(yáng)極的溶解，造成主鹽濃度升高，反而降低了鍍液的分散能力，甚至出現(xiàn)臺(tái)階式的鍍層。 使用不同的添加劑，對(duì)鍍液中HBF4濃度要求也不同，一般可維持在130210 g/l。3） H3BO3：硼酸在溶液中的作用是穩(wěn)定HBF4，防止HBF4水解。 HBF4+3 H2O 4HF+ H3BO3從方程式看出，適量H3BO3的存在，可以抑制HBF4的水解，但硼酸的加入會(huì)降低鍍液的

37、電導(dǎo)率，因此不可過(guò)多，以2530 g/l為宜。4） 添加劑：鍍液中的添加劑能使鍍層結(jié)晶均勻、細(xì)致，并抑制樹(shù)枝狀結(jié)晶鍍層的產(chǎn)生，提高鍍液的分散能力。氟硼酸鹽錫鉛合金鍍液的添加劑分為蛋的胨體系和非蛋的胨體系兩種。早期多用蛋的胨和桃膠加劑，這類(lèi)鍍液要求HBF4的濃度高，蛋白胨易分解，其分散產(chǎn)物帶來(lái)鍍液的有機(jī)污染，使鍍液炭處理周期短，生產(chǎn)效率低。同時(shí)有機(jī)物在鍍層中夾雜，造成熱熔后的鍍層表面產(chǎn)生污斑，甚至出現(xiàn)許多微小氣孔，嚴(yán)重影響鍍層外觀和可焊性。因此這類(lèi)添加劑已逐漸被非蛋白胨添加劑所取代。 添加劑的補(bǔ)加一般可根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的規(guī)定，按安時(shí)來(lái)補(bǔ)加，也可根據(jù)赫爾槽試驗(yàn)來(lái)決定：給0。1A電流，電鍍1分鐘，如果

38、試片上鍍層復(fù)蓋面積達(dá)80%以上，說(shuō)明添加劑濃度正常，否則說(shuō)明添加劑濃度不足，需適當(dāng)補(bǔ)加。2 4操作條件的影響1） 電流密度；提高電流密度，鍍層沉積速度加快，鍍層中錫含量增加。為了維持鍍層Sn/Pb=60/40的比例，電流密度以1。52A/dm2為宜。在圖形電鍍中，為了比較準(zhǔn)確的控制電流密度，正確計(jì)算施鍍面積至關(guān)重要。2） 溫度：提高溫度，可適當(dāng)?shù)靥岣唠娏髅芏壬舷?，但溫度太高，加速了Sn2+的氧化和加速了添加劑的消耗；溫度太低，電極過(guò)程進(jìn)行太慢，高電流區(qū)容易燒焦。一般應(yīng)控制溫度在20300C。3） 攪拌：攪拌可以消除濃差極化，使電極過(guò)程順利進(jìn)行。攪拌方式可以使用極移動(dòng)，也可依靠泵的循環(huán)或兩者并用

39、，但不可使用空氣攪拌，因空氣攪拌會(huì)加速Sn2+的氧化。陰極移動(dòng)方向可以與陽(yáng)極平面垂直，也可以成角度如450，移動(dòng)頻率1520次/分，振幅2050毫米。如果依靠泵的循環(huán)，最好是與溶液的連續(xù)相結(jié)合，這樣既凈化了鍍液又實(shí)現(xiàn)了溶液的流動(dòng)。過(guò)濾機(jī)最好使用由磁力泵啟動(dòng)的濾芯式過(guò)濾機(jī)，流量為25次/時(shí)過(guò)濾溶液，濾芯為聚丙烯（PP）線繞式，過(guò)濾精度5微米。4） 陽(yáng)極電鍍錫鉛60/40合金用的陽(yáng)極，最好采用60/40或70/30的錫鉛合金做可溶性陽(yáng)極。陽(yáng)極的純度直接影響到鍍液的穩(wěn)定和鍍層的質(zhì)量。除因操作不當(dāng)外，鍍液中的金屬雜質(zhì)離子主要來(lái)自于陽(yáng)極泥渣。對(duì)陽(yáng)極用錫鉛合金中雜質(zhì)的要求見(jiàn)表8-11表8-11 錫鉛合金陽(yáng)極的技術(shù)條件元素雜質(zhì)元素含量（%）SbBi As CuAgFeZnAlAuCdS0.01 0. 01 0. 01 0.005 0.005 0.005 0.002 0.001 0.001 0.0