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电镀铜知识.pdf

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镀铜 知识
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电镀铜相关知识整理电镀铜的原理 电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂) + - 离子交换 电源供应器 阴极(受镀物件) 阳极 Cu Cu 2+ + 2e - Cu 2+ + 2e - Cu 主反应: 主反应: 副反应: 副反应: Cu Cu + + e - Cu 2+ + e - Cu + Cu + + e - Cu 标准电极电位 j。 Cu2+ /Cu = +0.34V j。 Cu2+ /Cu + = +0.15V j。 Cu+ /Cu = +0.51V 2Cu+ Cu2+ + Cu ?一价铜所生成的铜会以电泳方式沉积于镀层,产生毛刺,使镀层粗糙。磷铜阳极 n 主成分:Cu:99.9% min, P:0.04~0.065% n 通电后磷铜表面形成一层黑色(或棕黑)的薄膜——Cu 3 P 又称磷铜阳极膜具有金属导电性 P4+ CuSO4+ H2O— Cu3P+ H2SO4+ H3PO4 g 磷铜阳极膜的作用 — 对(Cu + --e→Cu 2+ )反应有催化、加速作用,从而减少Cu + 的积累。 — 阳极膜形成后能抑制Cu + 的继续产生 — 阳极膜致密,使微小晶粒从阳级脱落的现象大大减少 — 阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解g 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 — pdlf /2 F p=3.14 d=钛篮直径 l=钛篮长度 f=系数 g 方形钛篮铜阳极表面积估算方法 — 1.33lwf l=钛篮长度 w=钛篮宽度 f=系数 g f与铜球直径有关: 直径=12mm f=2.2 直径=15mm f=2.0 直径=25mm f=1.7 直径=28mm f=1.6 直径=38mm f=1.2 电镀铜阳极表面积估算方法酸性镀铜液各成分及功能 成份 功能 CuSO4.5H2O 提供电镀所需Cu2+及提高导电能力 H2SO4 提高镀液导电性能,提高通孔电镀的均匀性。并可防止铜离子高浓度时所 造成铜盐结晶缺失 Cl- 1. 协助阳极保持其可溶的活性(当阳极反应进行过激,而发生过多氧气或 氧化态太强时,Cl-以其强烈的负电性与还原性协助阳极溶解减少其不良效 应的发生 2.可协助有机剂发挥其功能。对镀铜层的展性与抗拉强度有明显的影响力。 添加剂 主要作用是改善均镀和深镀性能,改善镀层结晶细密性。酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响 — CuSO 4 . 5H 2 O :浓度太低,高电流区镀层易烧焦; 浓度太高,镀液分散能力会降低。 — H 2 SO 4 :浓度太低,溶液导电性差,镀液分散能力差。 浓度太高,降低Cu 2+ 的迁移率,电流效率反而降低,并对铜 镀层的延伸率不利。 — Cl - :浓度太低,镀层出现台阶状的粗糙镀层,易出现针孔和烧焦; 浓度太高,导致阳极钝化,镀层失去光泽。 — 添加剂 :(後面专题介绍)电镀铜中的添加剂电镀铜中的添加剂对电镀铜中的添加-光泽剂的成份及作用对电镀铜中的添加-光泽剂的成份及作用对电镀铜中的添加-载运剂的成份及作用对电镀铜中的添加-载运剂的成份及作用对电镀铜中的添加-整平剂的成份及作用对电镀铜中的添加-整平剂的成份及作用?AB段:随着电位的正向偏移,电流密度逐渐 增大(金属溶解速度增大),此时为该阳极 的正常溶解过程,阳极表面处于活化状态。 ?BC段: 由活化态到钝化态的转变过程,称 作钝化过渡区,B点是金属建立钝化的临界电 位(或称致钝电位),它所对应的电流IB称 作临界电流(或称致钝电流)。 ?CD段:电流密度保持在很小数值上几乎不变。 这时阳极处于稳定的钝化状态,此电流区称 作钝化区。在此区域金属的溶解速度(腐蚀 速度)急剧下降,此区域对应的电流称作维 持钝化电流。 ?DE段: D点以后的电流范围叫过钝化区,此 时阳极的电流密度又重新随电位的正移而增 大,金属的溶解速度也增大,这种在一定电 位下使钝化了的金属又重新溶解的现象叫做 过钝化。 阳极钝化相关知识 金属阳极极化曲线 过 渡 钝 化 区 稳定钝化区 u低磷铜阳极可以在较大电流密度下使 用,可采用的极化电位更广泛阳极钝化相关知识 u生产过程中铜阳极钝化原因 1.电流密度:不超过临界钝化电流密度。需关注阳极 面积与阴极面积比,一般为1.2~2。阳极面积不易过 大。 2.Cl-浓度:高于80ppm易与Cu+形成CuCl,吸附于铜 球形成不导电层。从而增加其他地方电流密度,以至 钝化发生。极化(polarization) 极化相关知识 当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,这时的 电极电势分别称为阳极平衡电势 E(阳,平)和阴极平衡电 势E(阴,平)。 在有电流通过时,随着电极上电流密度的增加,电极 实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大,这种对平衡电 势的偏离称为电极的极化。极化的分类 根据极化产生的不同原因,通常把极化大致分为两类: 浓差极化和电化学极化。 (1)浓差极化 在电解过程中,电极附近某离子浓度由 于电极反应而发生变化,本体溶液中离子扩散的速度 又赶不上弥补这个变化,就导致电极附近溶液的浓度 与本体溶液间有一个浓度梯度,这种浓度差别引起的 电极电势的改变称为浓差极化。 (2)电化学极化 电极反应总是分若干步进行,若其中 一步反应速率较慢,需要较高的活化能,为了使电极 反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势 (亦称为活化超电势),这种极化现象称为电化学极 化。 极化相关知识u在某一电流密度下,实际发生电解的电极电势E(不可逆)与平衡电极 电势之间的差值称为超电势。超电势由极化作用引起。 u阳极上由于超电势使电极电势变大,阴极上由于超电势使电极电势变 小。 u超电势或电极电势与电流密度之 间的关系曲线称为极化曲线,极化 曲线的形状和变化规律反映了电化 学过程的动力学特征。 u随着电流密度的增大,两电极上 的超电势也增大,阳极析出电势变 大,阴极析出电势变小,使外加的 电压增加 极化相关知识扩散层与电双层相关知识 扩散层:当电极通电时,参与电极过程的物种因扩散迟缓 在电极界面近旁的浓度将发生变化 ,即在电极界面近旁形 成扩散层。 电双层:电镀槽液中在最接近阴极表面处,因槽液中的带 电体受到阴极表面强力负电的感应,而出现一层带正电的 微观离子层,其与带负电之极板表面所形成的薄夹层,称 为“电双层”
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