极化曲线在电镀中的应用 PPT

极化曲线在电化学腐蚀中的应用娄浩(班级：材料化学13-1 学号：9)关键词：电化学腐蚀；极化；极化曲线；极化腐蚀图据工业发达国家统计，每年由于腐蚀造成的损失约占国民生产总值的l～4％，世界钢铁年产量约有十分之一因腐蚀而报废，因此研究金属腐蚀对于国民经济发展和能源的合理利用具有重大意义。

其中电化学腐蚀是金属腐蚀的一种最普遍的形式。

论文分析了电化学腐蚀的机理以及极化曲线的理论基础。

利用测量极化曲线的方法，研究金属腐蚀过程，已经得到广泛的应用。

1.金属腐蚀的电化学原理金属腐蚀学是研究金属材料在其周围环境作用下发生破坏以及如何减缓或防止这种破坏的一门科学[1]。

通常把金属腐蚀定义为：金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学而引起的破坏或变质。

所以，可将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀[2]。

化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。

其反应的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物[3]。

腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。

电化学腐蚀是指金属表面与电子导电的介质(电解质)发生电化学反应而引起的破坏。

任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属部的电子流和介质中的离子流形成回路[4]。

阳极反应是氧化过程，即金属离子从金属转移到介质中并放出电子；阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程。

例如，碳钢[5]在酸中腐蚀，在阳极区Fe被氧化成Fe2+所放出的电子自阳极Fe流至钢表面的阴极区(如Fe3C)上，与H+作用而还原成氢气，即阳极反应：Fe - 2e →Fe2+阴极反应：2H+ + 2e →H2总反应：Fe + 2H+ →Fe2+ + H2与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀历程可分为两个相对独立并可同时进行的过程。

由于在被腐蚀的金属表面上存在着在空间或时间上分开的阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中电子的传递可通过金属从阳极区流向阴极区，其结果必有电流产生[6]。

稳态极化曲线测量在电镀中的应用稳态极化曲线在电镀工艺实验研究及电镀工艺的筛选等方面应用归纳如下:1选择适宜的J K、J A和S K/S A通常在现场不具备测量极化曲线的条件，往往都是采用赫尔槽试验及小槽试验来确定镀液组成及工艺条件。

如果在实验室研究新的电镀工艺，除了进行赫尔槽试验、小槽试验及正交试验外，还应配合阴极极化曲线的测量，从极化曲线上确定电化学极化较大，极化度也较大的阴极电流密度上限和下限的数值，上限值一定要小于极限电流密度。

另外还需测量阳极极化曲线，如果电镀工艺中采用可溶性阳极，在阳极极化曲线的正常溶解阶段(图1阳极极化曲线的a b段)确定阳极电流密度J A的上限值一定要低于b点的电流密度值(b点的J A称做临界钝化电流密度)，若E A比b点的数值稍正，则阳极开始进入钝化状态，阳极钝化是电镀过程出现故障的原因之一。

由J K和J A上下限的数值可以做为确定S K与S A的比例的依据之一。

另外，为了保证阴极上电力线分布均匀，阳极面积一定要大于阴极面积。

图1阳极极化曲线2选择各种添加剂1)选择改变控制步骤的添加剂有些金属电沉积过程受浓度极化控制，可通过加入某些添加剂的措施，使之变成电化学极化控制。

以碱性镀Zn为例，[Zn(OH)4]2-离子还原为金属Zn受浓度极化控制，极限电流密度较小，在极限电流密度下析出Zn的同时，伴随着大量氢气的析出，形成海绵状沉积物，常用来制取Zn粉。

为了取代氰化物镀Zn，20世纪60年代通过阴极极化曲线的测量，找到了变浓度极化控制为电化学极化控制的有机合成添加剂，获得了结晶细致有光泽的Zn镀层。

目前我国电镀行业应用的镀锌添加剂是有机胺与环氧氯丙烷的缩合产物、二甲氨基丙胺、乙二胺、盐酸羟胺及四乙烯五胺。

2)选择晶粒细化剂为了获得结晶细小、致密的镀层，可以通过阴极极化曲线的测量，选择能增大电化学极化的添加剂，增加电化学极化，为形成数目众多、尺寸小的晶核创造了条件，使金属晶核形成的速度大于晶核长大的速度。

PC B电镀中极化曲线的应用Application of Polarization Curves in PCB Plating罗 斌1, 安茂忠1, 王成勇2, 刘金峰2(1.哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨150001;2.深圳市深南电路有限公司,广东深圳518053)LUO Bin1, AN Mao zhong1, WANG Cheng yong2, LIU Jin feng2(1.Department of Applied Chemistry,H arbin Institute of T echno logy,H arbin150001,China;2.Shenzhen Shennan Circuits Co.,Ltd.,Shenzhen518053,China)摘要: 通过对PCB镀铜液的阴极极化曲线的测量,研究了添加剂的作用及其影响规律;分析了极化曲线与镀层质量的关系。

通过极化曲线,可以分析镀液是否受污染,若已被污染,则可以确认污染源;确定适宜的工作电流密度,从而保证镀层质量。

关键词: P CB;电镀;极化曲线;添加剂Abstract: T he ro le of the addit ive and its affecting law wer e inv est igated,and the r elation betw een po lar ization cur ves and co ating quality was analy zed thro ug h measuring the cathodic polar izatio n curv es of co pper bath fo r PCB plating.By using the po lar ization curves,w hether the bath is contaminated can be analy zed;and if contaminated,the contaminating source can be identif ied and fo r determining a suitable wo rking curr ent density,thus coating quality can be g uaranteed.Key words: PCB;electro plating;pola rizatio n curv e;addit ive中图分类号:T Q153 文献标识码:A 文章编号:1000 4742(2009)01 0013 040 前言随着现代通讯领域对高性能PCB产品品质要求的不断提高,PCB制造面临着诸多工艺技术方面的挑战,其中深孔电镀技术就是其关键技术之一。

极化度和过电位在电镀工艺中的应用浙江义乌森美电镀刘强图中红色曲线由于抑制剂、络合剂不足，金属沉积速度太快，极化度太小，过电位不容易获得，需要打非常高的电流密度才勉强获得，中低电位过点位严重不足，细晶光亮度很差，镀层分布极不均匀，走位很差。

图中红色曲线由于抑制剂、络合剂严重过量，金属沉积速度太低，极化度太大，过电位很容易获得，很小的电流密度就能获得必要的过电位，细晶光亮度很好，镀层分布非常均匀，走位很好，但沉积速度很慢且电流不能开大，甚至烧焦（平台烧焦），耐镀性很低，仅遮盖均匀鲜亮的颜色尚能很好满足，延长时间则会损失光亮度。

需要适当增加金属含量、光亮剂、温度、搅拌来将极化度去极化至能够必要的沉积速度，切勿大量使用去极化手段，免得极化度丧失，均匀度、细晶光亮度、走位深度全面恶化。

轻度去极化也称“微调”，轻度去极化“微调”，能够在不明显损失极化度、过电位前提下明显改善慢沉积速度产生的“氢雾”死板，获得鲜亮度。

图中黄色曲线为正常曲线，具体应根据产品工艺要求的重点或、或低一些，若要求较快的沉积速度以获得足够的厚度，应去极化抬高曲线；s若均匀度、细晶光亮度、走位深度要求愈高，厚度是次要的，应提高络合剂、抑制性添加剂，甚至适当降低快金属的含量、温度、搅拌速度等以获得最佳均匀度、细晶光亮度、走位深度。

分散能力按照宏观分散能力公式Tp=1+∆LρΔE+LΔE/ΔD━极化度ρ━电导率ΔL━货差L━扩散时程（阴阳极距离乘以扩散时间）由于阴极电极电位E为负值ΔE/ΔD也为负值，所以+仅代表取ΔE/ΔD的绝对值。

应趋于0，货差要使宏观分散能力Tp最大为100%，∆LρΔE+LΔL一旦产品给定，只能通过稀下减小，贡献非常有限，切降低生产效率。

增大改善分母三项为电镀工艺操作重点考虑的三项，扩散时程L由于阴阳极距离一旦定型，只能改变扩散时间，一般开缸剂中的大分子抑制组分，络合剂络合配体都能减慢扩散速度，延长扩散时间，从而增大扩散时程L。

电化学电极过程动力学复习、难点、习题传质过程（扩散极限电流）j d 影响传（电）荷过程传质过程（扩散极限电流）j d 影响传（电）荷过程电极过程动力学电极过程动力学控制电化学过程加快或减缓电化学反应速度（电流）控制电化学过程加快或减缓电化学反应速度（电流）超电势（电化学、浓差）极化现象三(二)电极体系j 0 ,η，α，B-V 方程,Tafel 公式极化曲线超电势--电流曲线jja =j= 10-3Acm-2’b =j= 10-6Acm-2’c =j= 10-9Acm-2’交换电流密度对i-η曲线的影响电荷传递系数对i-η曲线的影响Tafel曲线阳极超电势阴极超电势E＝ϕa-ϕcI/A电解电池I-V曲线液相中的三种传质过程注意其所传输的物种及发生在溶液体相或在固/液界面电极界面溶液层的几部分反应物浓度体相电极溶液δ氢电极的极化曲线示意图H+ 离子的还原和析出氢气过程H3O+H3O+ H3O+adH adH2H2H3O+ + M + e M-H + H2O 迟缓放电机理Volmer反应氢超电势Hydrogen OverpotentialH 3O ++ M + e M-H + H 2O迟缓放电机理Volmer 反应(a) H 3O ++M-H+e M+H 2O+H 2Heyrovsky 反应(b) M-H + M-H 2M + H2Tafel反应4.(a) H 3O ++M-H+e M+H2O+H 2电化学脱附机理Heyrovsky 反应(b) M-H + M-H 2M + H 2Tafel 反应3. H 3O + + M + e M-H + H 2O 迟缓放电机理Volmer 反应3, 4(a), 4(b) 皆可能为速度控制步骤2H ++ 2e 2H ad (2M-H) M-H + M-H 2M + H （2][2irad Fk j Η=(忽略逆过程)][][ln '+ΗΗ−=r ad o r F RT ϕϕ][][ln '+ΗΗ−=ir ad o ir F RT ϕϕ][][ln '+ΗΗ−=ir ad o ir F RT ϕϕ⎭⎬⎫⎩⎨⎧−Η=ΗRT F c r ad ir ad ηexp ][][2][2irad Fk j Η=⎭⎬⎫⎩⎨⎧−Η=RT F Fk j c r ad η2exp ][22⎭⎬⎫⎩⎨⎧−=RT F j c η2exp 0jzF RT j zFRT c lg 303.2lg 303.20−=η注意: 没有α!21=α电化学方法的主要优点1. 通过方便调节电极电势显著地改变反应速度2. 较易控制电极反应方向3. 电极反应一般在常温常压下进行4. 反应所用氧化剂或还原剂为电子，环境污染少电化学学习重点物理化学固态电化学光电化学生物电化学量子化学统计热力学溶液电化学(电解质溶液)平衡态电化学热力学。