化学镀铜技术34页PPT

价格比化学镀低得多，工艺成熟，镀液简单易于控制。
在化学镀镍溶液质量提高的基础上，化学镀镍生产线 的装备和技术发展很快，逐渐从小槽到大槽，从手工操 作、断续过滤、人工测定施镀过程中各种参数到自动控 温、槽液循环过滤和搅拌。
完整最新ppt5化学镀 Nhomakorabea展化学镀镍发展中最值得注意的是镀液本身的进步。 在1960年代之前由于镀液化学知识贫乏，只有中磷镀 液配方，镀液不稳定，往往只能稳定数小时，因此为 了避免镀液分解只有间接加热，在溶液配制、镀液管 理及施镀操作方面必须十分小心，为此制定了许多操 作规程予以限制。此外，还存在沉积速度慢、镀液寿 命短（使用的循环周期少）等缺点。为了降低成本， 延长镀液使用周期，只好使镀液“再生”，再生的实 质就是除去镀液中还原剂的反应产物，次磷酸根氧化 产生的亚磷酸根。70年代以后多种络合剂、稳定剂等 添加剂的出现，经过大量的试验研究、筛选、复配以 后，镀液寿命大大延长，一般均能达到4～6个周期， 甚至10～12个周期，镀速达17～25 μm/h 。这样，无论 从产品质量和经济效益角度考虑，镀液已不值得进行 “再生”，而直接做废液处理。
• 镀层经低温热处理可弥散强化，获得不同 的硬度，提高耐磨性，根据需要，从硬度 与硬铬层硬度一样，并具同样的耐蚀能力。
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化学镀与电镀工艺相比
具有以下特点
1.镀层厚度非常均匀，化学镀液的分散力接近100%，无 明显的边缘效应，几乎是基材（工件）形状的复制，因此 特别适合形状复杂工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件 内壁等表面施镀。电镀法因受电力线分布不均匀的限制是 很难做到的。由于化学镀层厚度均匀、又易于控制，表面 光洁平整，一般均不需要镀后加工，适宜做加工件超差的 修复及选择性施镀； 2.通过敏化、活化等前处理，化学镀可以在非金属（非导 体）如塑料、玻璃、陶瓷及半导体材料表面上进行，而电 镀法只能在导体表面上施镀，所以化学镀工艺是非金属表 面金属化的常用方法，也是非导体材料电镀前做导电底层 的方法；

《电镀铜技术》PPT课件
目录
CONTENTS
• 电镀铜技术概述 • 电镀铜的工艺流程 • 电镀铜的设备与材料 • 电镀铜的环保与安全 • 电镀铜的发展趋势与未来展望
01 电镀铜技术概述
CHAPTER
电镀铜的定义
电镀铜是一种通过电解方法在金属表面沉积一层铜的过程。
电镀铜技术广泛应用于电子、航空航天、汽车、建筑等领域 。
分类处理
电镀铜废弃物应按照危险废物和一般废物的分类原则进行 分类处理。危险废物应交由有资质的单位进行处置，一般 废物可按照当地有关规定进行处置。
合理利用
对于可回收利用的电镀铜废弃物，应进行合理利用，减少 资源浪费。
规范处置
对于不能回收利用的电镀铜废弃物，应按照国家和地方有 关规定进行规范处置，防止对环境造成二次污染。 Nhomakorabea调整pH值
通过加入酸或碱调整溶液 的pH值，保持电镀液的稳 定性。
电镀铜的操作步骤
挂具准备
根据工件形状和大小，选择合适 的挂具，确保工件在电镀过程中 稳定悬挂。
电镀液的加热
将电镀液加热至适宜的温度，以 提高电镀效率和镀层质量。
通电电镀
将工件浸入电镀液中，通过直流 电源通电进行电镀。控制电流密 度、电镀时间和温度等参数，以 获得良好的镀层质量。
03
汽车行业
电镀铜被用于汽车零部件的制造 ，以提高耐腐蚀性和外观质量。
02
航空航天
电镀铜被用于制造高性能的航空 航天材料，以提高耐腐蚀性和导
电性。
04
建筑行业
电镀铜被用于建筑装饰和结构件 的制造，以提高耐腐蚀性和美观
度。
02 电镀铜的工艺流程
CHAPTER
前处理
表面清洁

晶核的生长速度受控于原子的扩散步骤，而 扩散与其原子浓度直接相关，后者又决定于过电 位的大小。 晶体生长起初以外延的方式进行，但沉积金 属与基体金属的晶格常数相差较大时，外延生长 很快停止。因此外延生长一般发生在镀层形成的 初始阶段。随着沉积的进行，由于各个晶面上的 生长速度不同，这样就会改变原有的晶体结构， 出现新的晶面。 镀层的结晶形态大致为层状、块状、棱锥状 等基本类型。在特定条件下，也会出现择优取 向，形成织构。
1.1.2 电镀装置 图1-1为电镀装置示意图,它由三部分 组成: （1）外电路 供给电能的直流电源和联 结电极的导线。
（2） 电镀溶ห้องสมุดไป่ตู้及电镀槽 （3） 电极
进行电镀时，电流在电镀槽的内外部流通， 构成回路（图1-2）可是这种回路和一般回路 不同，它存着两种不同的导体： （1）电子导体— 导线 （2）离子导体— 电解液
因而体系的平衡电位变得更负，这显然使得金属离 子析出更为困难，例如，在氰化物溶液中，只有铜 分族元素及其右方的金属元素才能在电极上析出， 即分界线的位置右移。
（2）金属电沉积过程[1-3] 金属电沉积过程包括以下几个步骤： a) 液相传质步骤 b) 电化学还原步骤 c) 电结晶步骤
电沉积的速度是由以上三步骤中最迟缓的一 步决定的，但实践证明第三步几乎与第二步同时 进行，因此前两个过程决定着整个电沉积过程的 速度。 因此，电沉积过程可能产生两种结果： a) 浓差极化 b) 电化学极化 为了保证电镀质量，要设法使电化学极化起 主导作用。在镀液中加入络合剂、添加剂、进行 搅拌等就是要提高阴极的电化学极化、降低浓差 极化。
在不同的电解液中，通过相同的电荷量 时，在电极上析出（或溶解）物的物质的 “量”相等，并且析出（或溶解）1克当量的 任何物质所需的电荷量都是96500（库）。 这一常数称为法拉第常数，用F表示。 c. （2）电流效率 d. 电镀时，阴极上实际析出的物质的质量 并不等于根据法拉第定律计算得到的结果。 这是由于电解过程中还有副反应发生的缘故， 如H+可以在电极上还原，消耗了部分电荷。 因此存在一个电流效率问题，它定义为： η= m′/m × 100% b.

• 在化学镀过程中应不断搅拌，使磨料悬浮 起来； • 镀铜容器最好用憎水性材料，器壁应保持 光滑；
• 被镀料不可过多，否则反应过于激烈，会 促使溶液分解； • 不合格的镀层，可用铬酐（400g/L)加硫酸 （50g/L)，在室温下反应，至镀层退尽为止。
ห้องสมุดไป่ตู้
没 有 了
谢 谢 欣 赏
化学镀铜
材料 1302 晋凯
•
镀铜层具有良好的导电性、导热性、 以及良好的延展性和润滑性。有化学镀和 电镀两种方法。化学镀层有时单独用作镀 层，但一般是作为非导电镀层前的底层。 作底层时，Cu层只需要有1微米厚度，即可 象在导电基体上那样进行电镀。
工艺规范
溶液配制
• 分为两组，因为镀铜溶液有自动催化作用， 本身不稳定，容易分解。 • 混合时，将A液缓缓加入B液，并不断搅拌。 • 混合后的溶液，在使用前用NaOH溶液调整 pH值，使其符合规定范围。
反应机理
• 经过敏华和活化处理的磨料表面已有催化 剂钯存在，以钯为活性中心使铜离子还原。 这样表面就能很快沉积上一层铜，并且在 铜本身的自动催化下，继续沉积加厚。 • 反应在185页
溶液成分和工艺条件
• 铜含量会逐渐降低，深蓝色溶液变淡； • 甲醛含量和溶液的PH值逐渐降低，甲醛不 足的象征是镀槽边甲醛气味变淡； • 生产中配位剂消耗甚微，不需要经常补充； • 溶液不稳定是化学镀铜的最大缺点； • 化学镀铜溶液大都在室温下工作，，一般 在十五到二十五度；

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印制板在电子设备中的功能如下：
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提供集成电路 等各种电子元 器件固定、组 装和机械支撑 的载体
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实现集成电路 等各种电子元 器件之间的电 器连接或电绝 缘。提供所要 求的电气特性， 如特性阻抗等
为自动锡焊提 供阻焊图形。 为元器件安装 （包括插装及 表面贴装）、 检查、维修提 供识别字符和 图形
Back Fang
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(2) PCB实用期：1960年代（新材料：GE基材登场）
在1960年前后，印制电路的“双面板”、 “孔金属化双面板”相继投入生产。同时， 多层板也开发出来
大约在1968年前后， “孔金属化双面板“逐 渐取代了单面板。而且柔软、能折叠、弯曲 的“挠性印制电路”也开发出来了。
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在二次世界大战中，美国人应用制造印制板，用 于军事电子装置中，并获得巨大成功。
到了上世纪50年代初，铜箔腐蚀法成为了最为实 用的印制板制造技术，开始广泛应用，因此， Eisler博士也被人们称为“印制电路之父”。
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印制线路板（PCB）技术50年间的发展
下料→钻孔→孔金属化→全板电镀铜→贴光 敏掩蔽干膜→图形转移→蚀刻→去膜→电镀 插头→外形加工→检测→网印阻焊剂→焊料 涂敷→网印文字符号
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5．超薄铜箔快速蚀刻工艺
主要工艺与 “图形电镀蚀刻工 艺“相似。只是在图形电镀铜 后，电路图形部分和孔壁金属 铜的厚度约30μm以上，而非 电路图形部分的铜箔仍为超薄 铜箔仍为超薄铜箔的厚度 （5μm）。

1) 镀液添加剂失调 2) 镀液太脏 3) Cl-含量太少 4) 电流过大 5) 有机物分解过多
纠正方法
1) 补充硫酸铜到规定量 2) 适当降低电流密度 3) 适当提高液温 4) 稀释镀液，使酸含量到规定值 5) 如用空气搅拌，增加空气流量，如用阴极移动
，应 保持在15-20次/分 6) 赫尔槽实验来确定 7）阳极比阴极短7-8cm，使阳极面积/阴极面积为
电镀液
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名称成分
硫酸铜（克/升） 硫酸（克/升） 氯离子(毫克/升)
添加剂
普通硫酸盐镀液
180-240 45-60 20-100 适量
表6-1 硫酸盐型镀液
高分散能力镀液
60-100 180-220 20-100
适量
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❖ 没有添加剂的硫酸盐镀铜液，不可能达到使用的 要求。
❖ 我国对光亮酸性镀铜添加剂的研制始于七十年代， 具有代表性的添加剂产品有电子部15所的LC153 和SH-110等。
❖ 改革开放以来，从国外引进了大量印制板生产线， 同时也引进了很多先进的电镀添加剂，用于高分 散能力的镀铜液的添加剂及其工艺见表6-3
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6-2
名称配方及工艺条件
硫酸铜（克/升）
表 硫酸（克/升）
氯离子（毫克/升）
国 SH-110（毫克/升）
产 镀
HB（毫克/升）
铜 OP-21（克/升） 添
加 LC153起始（毫克/升）
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❖3. 对镀铜液的基本要求
(1).镀液具有良好的分散能力和深镀能力，以保证 在印制板比较厚和孔径比较小时，仍能达到 Ts:Th接近1：1.
(2).镀液在宽的电流密度范围内，都能得到均匀， 细致，平整的镀层。
(3).镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍度高。

零部件和工模具的表面强化
• 15)成本低 • 16)工艺简单，操作方便，工艺过程温度低
化学镀镍磷层应用
化工设备的抗蚀镀层 复杂机械零件的耐磨镀层 电子元器件的钎焊镀层 电子仪器的电磁屏蔽镀层 非导体的金属化
电镀镍层与化学镀镍层的主要性质差别
结构与性能
电镀镍层
化学镀镍层
镀层晶体结 fcc(面心立方) 随含磷量的增加由晶态经过微晶最终转变成
生成的金属层仍 具有催化活性
还原剂被氧化 -e-
Mn+ ＋e- M
金属离子被还原
化学镀
Nm+ -e- N Mn+ ＋e- M
置换镀
几种金属沉积过程的比较
四、化学镀的最大特点及优缺点
• 化学镀最大的特点： 在同一表面上同时进行着两个过程
氧化 ＋ 还原
化学镀的优点： （1）不需要直流电源 （2）适用于种类更多的基体，金属、非金属
93 3
配方2 25 5
4g/L 70 2-3
配方3
75 3 10
室温 1-2
• 铝合金：1）选用适当的浸蚀溶液对铝合金进行 处理后直接化学镀镍，无实际应用 价值
2）制取中间镀层，然后再化学镀镍
化学镀后处理，一般包括烘烤或热处理、钝化
• 镁合金：1）浸锌→预镀氰化铜→浸稀酸→ 化学镀镍→烘烤
2）浸氢氟酸→化学镀镍→烘烤
• N. Mandich发现了一类新的生物镍源可用 于化学镀镍。其中有一种树能富集土壤中 的镍，这种树的名字叫Caledonickelum， 这种树茎中所含乳状液的组成主要为镍离 子、柠檬酸盐、乳酸盐，该乳状液的pH值 在5.5~6.8之间，经过适当处理后，可以作 为性能优良的化学镀镍液。这种树也可以 用于废水处理，富集废水中的镍离子。

H2PO2-+H2O→ HPO32-+H++2H
2）初生态原子氢吸附催化金属表面而使之活化，使镀液中的镍阳离子还 原，在催化金属表面上沉积金属镍
Ni2+ +2H → Ni+2H+
3)随着次亚磷酸根的分解，还原成磷
4）镍原子和 磷原子共同沉积而形成Ni-P固溶体 5） 则基本原理： 通过镀液中Ni+离子还原，同时伴随着次亚磷酸盐的分解而产生磷原子 进入镀层，形成饱和的Ni-P固溶体。
活化：
为了使待镀件获得充分活化的表面，以催化化学镀反应的进行。
化学镀铜基本原理
• 化学镀铜概述：
化学镀铜是电路板制造中的一种工艺，通常也叫沉铜， 是一种自身催化性氧化还原反应。首先用活化剂处理，使 绝缘基材表面吸附上一层活性的粒子通常用的是金属钯 （ba）粒子（钯是一种十分昂贵的金属），铜离子首先在 这些活性的金属钯粒子上被还原，而这些被还原的金属铜 晶核本身又成为铜离子的催化层，使铜的还原反应继续在 这些新的铜晶核表面上进行。
H2PO2-+H → H2O+OH-+P
3P+Ni → NiP3 2H理论
1959年W.Machu提出了电子还原机理（电化学理论），该理论认为次磷酸根被 氧化释放出电子，使Ni2+、 H2PO2-、 H+该吸附在镀件表面形成原电池， 电池的电动势驱动化学镀镍过程不断进行。
化学镀的条件
1. 2. 镀液中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属的电位。 镀液不产生自发分解。
3.
调节溶液PH值、温度时，可以控制金属的还原速率，
从而调节镀层覆盖率。
4.
被还原析出的金属也具有催化活性，使得氧化还原沉 积过程持续进行。

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• 第二种干法处理： • 该法是用等离子蚀刻的方法在真空筒内去除环氧
玷污，由于此方法生产效率低，只是在特殊情况 下才使用，例如制造聚酰亚胺与环氧玻璃复合的 多层板，用等离子去除钻孔孔壁上的树脂玷污。 2）孔壁的调整处理： 用H2SO4/HF进行凹蚀处理后，使用常规的清洗剂 处理，然后进行化学镀铜，在孔壁上会产生大量 的黑色斑点，剖孔检查这些黑点是玻璃纤维交叉 中间环氧树脂表面部位没有.
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• 2）胶体钯活化液反应机理 • 胶体钯活化液的活性和稳定性取决于A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值，以及溶液的配制
•
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2.3.1分步活化法
• 化学镀铜的活化方法多年来一直采用敏化-活化两步处理法。首先用5％的氯 • • • •
化亚锡水溶液进行敏化处理，然后再用1％-3％的Pdcl2,Aucl3,AgNO3的水溶 液进行活化处理。在基体表面上产生金属沉积的离子反应方程式 为:Sn+2+Pd+2=Sn+4+pd 这种分步活化的方法存在两个严重的问题， 一是孔金属化的合格率低，在化学镀铜后总是发现有个别孔沉不上铜，其主 要原因有两方面，一，Sn+2离子对环氧玻璃的基体表面湿润性不是很强，二， Sn+2很易氧化，特别是敏化后水清洗时间稍长，Sn+2被氧化为Sn+4，造成 失去敏化效果，使孔金属化后个别孔沉积不上铜。 另外一个严重的问题是活化剂采用的单盐化合物，它们和铜箔产生置换反应， 结果在铜的表面上产生一层松散的贵金属置换层，如果在上面直接化学镀铜， 会造成镀层结合不牢，特别是多层板造成金属化孔和内层导线联接不可靠。 在60年代出现多层印制板时为了解决金属化孔内层印制导线连接不可靠，曾 实验了很多种方法防止在铜上不产生置换层，最后真正用于实际生产的是一 次活化法的胶体钯活化液，和分步活化法的螯合离子钯活化法。这两种活化 法从根本上解决了Pd离子和铜之间产生置换反应的问题。

第三节 点石成金的电刷镀
强化零件表面
——在制造业，热锻模具、冷压模具、注塑 模具的用量大，制造周期长，成本高。因 此，模具的修复和延寿有重要意义。技术 人员利用刷镀能强化零件表面的优点，修 复大量的模具型腔。有些模具为了延寿， 可在模具型腔表面刷镀0.01mm~0.02mm的 非晶态镀层，可延长寿命20%~100%。
机理：
——复合电沉积是一个复杂的过第1程2页，/共在2这7页过程中，金属离子的析出、镀 层的成长和分散粒子向阴极表面的吸附是同时进行的。
第二节 合金电镀、复合电镀 及其他特殊电镀技术
三、其他特殊电镀技术
非晶态电镀
脉冲电镀
激光电镀
闪镀
机械电镀
多层电镀
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非金属电镀
第三节 点石成金的电刷镀
②要有外加电流第3页，/共27页从而能够发生氧 化还原反应，这是必要条件之一；
第一节 电镀基本知识
电镀液的组成和作用
——电镀液一般由主盐、附加盐、 缓冲剂、阳极活化剂和添加剂组 成。
——电镀液大多是水溶液，特殊情 况下使用有机溶液或熔盐镀液。
① 主盐：指能在阴极上沉积出所要 求镀层金属的盐类 ▼有单盐（镀层粗燥）和络盐 （结晶细致镀第4页层/共2）7页
第三节 点石成金的电刷镀
填补零件表面的划伤沟槽、压坑
——唐山水泥机械厂1960年由德 国进口的大型龙门双柱立式车 床，进口价格在当时相对于1吨 黄金，号称华北第一大机床。 经过20多年的使用和唐山大地 震的摧残，到1984年几近报废， 38个表面都有不同程度的划伤 和磨损，施工第18人页/共2员7页 用电刷镀技 术，修好了机床的全部划伤和
提高零件的防腐性
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氯离子
阳极活化剂，帮助阳极正常溶解。 协同添加剂使镀层光亮、平整； 降低镀层的应力； 氯离子浓度太低，镀层出现台阶状粗糙，易出现针孔和烧焦； 氯离子浓度太高，阳极钝化，镀层失去光泽。
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氯离子过高如何处理
沉淀法： Ag2CO3+2Cl-+2H+→2AgCl↓+H2O+CO2↑ 先分析Cl-浓度，按3g Ag2CO3：1g Cl-添加，然后用1um过滤
60~120g/L 90~140ml/L 40~100ppm
添加剂
适量（按供应商要求）
阳极
含0.035~0.07%磷的铜球/铜条
上述参数亦需依不同供应商光剂系列作适当调整。
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操 作 条 件（续）
其他操作条件：
温度
与添加剂相适应
搅拌
连续过滤，空气搅拌加阴极移动。
S阳:S阴
2:1或更高
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脉冲整流机
以Shidey PPR系列为例： 电镀/停机状态下，该光剂均与铜阳极产生分解副反应。 该副反应严重影响镀层可靠性，需通过与空气中的氧气 发生反应后，以活性碳过滤除去。
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六、测 试 方 法
镀液组分测试： 硫酸、硫酸铜、氯离子分析方法参见实验室工作指示。 添加剂一般采用CVS分析或哈氏槽法（IPC-TM-650.2. 3.21），不同系列添加剂由供应商提供相关应用程序。
不理想。
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硫酸铜/硫酸
电镀液中的主盐，提供阳极反应时的Cu2+，并通过阳极溶解获得 Cu2+的补充。

氰化物镀铜工艺培训
技术部 2009-06-10
氰化镀铜工艺规范
• • • • • • • • 氰化亚铜 ：40±10g/L 游离氰化钠：15±5g/L 酒石酸钾钠：40±10g/L 氢氧化钠 ：9±3g/L 游离氰化钠：铜：0.5－0.7：1 温 度：50±5℃； 电 流：0.4-1A/dm2（滚镀）、0.5-2A/dm2（挂镀）； 沉积速度： 0.4 A/dm2 9分钟镀1um； 1A/dm2 3.5分钟镀1um； • 时 间：根据产品厚度调整； • 液 位：标准线
镀液性能指标
• 镀液电流效率 氰化物镀铜电流效率较低，同时受铜与游 离氰化钠比例的影响，铜：游离氰化钠一 般控制在1 ：0.5-0.7，比值偏高即铜含量相 对偏高，电流效率高，反之电流效率低， 正常维护在工艺规定比值范围内，镀液的 电流效率大约在60-65%； • 镀层沉积速度(1um，电流效率60%)
0.25A 15.2 0.4A 9.5 0.5A 7.6 0.6A 6.3 0.8A 4.75 1A 3.8 1.2A 3.2 1.5A 2.5 1.8A 2.制适当的分析周期，保证各主盐浓度控制在工艺 规定范围内； • 循环过滤镀液很重要，工作中不免带入或自身产生一些对镀层不利的 杂质，可通过过滤去除，澄清的镀液是镀出良好镀层的关键，过滤机 的流量能保证1小时过滤镀液5次以上即可； • 氰化镀铜一般作为预镀工序，前处理除油、酸洗等工序物质会被工件 的盲孔或挂具的夹缝等带入到镀液中，积累到一定量会对镀层有不良 影响（镀层高低电区颜色不均匀，高区粗糙发暗），因此必须定期对 镀液进行活性炭、硫化钠处理，一般0.2g/L硫化钠、0.5g/L活性炭处 理即可，同时凡是添加氰化亚铜、氰化钠原料时也必须用活性炭、硫 化钠处理，以保证镀液性能维持恒久一致； • 镀液温度控制很重要，由于氰化钠在高温中容易分解，对环境及人体 都会造成一定危害，因此温度一定要控制在工艺规定范围50±5℃；