一种肼还原剂无氰一价镀铜的电镀液及电镀方法

文档序号:9448070阅读:1025来源:国知局
一种肼还原剂无氰一价镀铜的电镀液及电镀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电镀铜工艺的技术领域,尤其涉及一种肼还原剂无氰一价镀铜的电镀 液及电镀方法。
【背景技术】
[0002] 铜具有良好的导电性和导热性,较为柔软,容易抛光,易溶于硝酸,也易溶于加热 的浓硫酸中,在盐酸和稀硫酸中作用很慢。在空气中易于氧化(尤其在加热条件下),氧 化后将失掉本身的颜色和光泽,在潮湿空气中与二氧化碳或氧化物作用生成一层碱式碳酸 铜,当受到硫化物作用时,将生成棕色或黑色薄膜。
[0003] 由于铜电位较正,因而它很容易在其它金属上沉积。以铜作为底层,连同光亮镍 和微裂纹铬一起使用时,能得到非常良好的抗蚀性镀层。铜镀层能有效地保护锌压铸件不 受酸性镀镍溶液的浸蚀而溶解,并由此防止了置换镀,当电镀锌压铸件时,铜作为底层是必 不可少的。同样,钢件镀镍铬之前镀铜,容易被抛光到很高的表面光度,从而可以降低某些 钢件的磨光及抛光成本。所以,铜镀层通常用来作为金、银、镍及铬镀层的底层。另外,由于 具有良好的导电性,铜镀层也广泛的应用于印刷线路板上。铜能有效地阻止碳、氮的扩散渗 透,低孔隙率的铜镀层作为一种阻挡层,也广泛应用于钢基体零件的渗氮和渗碳工艺。
[0004] 氰化镀铜镀液的均镀能力及整平能力好,镀层结晶细致、与基体的结合力好,技术 成熟,工艺操作简单,长期以来已广泛应用于各种金属基体材料的打底镀层。但是氰化物的 毒性大,致死量仅为50mg,我国已经出台相关法令政策禁止使用氰化物电镀。因而,无氰镀 铜成为未来电镀铜发展的一个趋势。
[0005] 现有无氰镀铜普遍存在镀液的性能不够理想,镀层质量不强的技术缺陷,这些严 重制约了无氰镀铜在工业上完全取代有氰镀铜。

【发明内容】

[0006] 有鉴于此,本发明一方面提供一种肼还原剂无氰一价镀铜的电镀液,该电镀液的 性能良好,由镀液获得的镀层质量优异。
[0007] -种肼还原剂无氰一价锻铜的电锻液,包括含量为10~25g/L的Cu20、含量为 59~99g/L的琥珀酰亚胺、含量为20~40g/L的肼化合物、含量为0. 15~0. 5g/L的四甲 基二丙撑三胺和含量为10~20g/L的磷酸盐。
[0008] 其中,包括含量为14. 4g/L的Cu20、含量为78g/L的琥珀酰亚胺、含量为27g/L的 肼化合物、含量为〇. 35g/L的四甲基二丙撑三胺和含量为14g/L的磷酸盐。
[0009] 其中,所述肼化合物为苯乙肼或水合肼。
[0010] 以上电镀液的技术方案中,选用Cu2O为铜主盐。相比于二价铜,亚铜离子由于电 位较低,更容易还原沉积出铜单质,并且在相同的电量下,一价铜析出的单质铜更多。
[0011] 选用琥珀酰亚胺为配位剂。琥珀酰亚胺又名丁二酰亚胺,分子结构为包括两个羰 基及两者之间的亚氨基的碳氮五元杂环。琥珀酰亚胺在镀液中的作用具体为:二价铜的标 准电极电位为+0. 340V,简单铜离子镀液的极化程度较低,铜的放电速度很快。若采用简单 盐镀液进行电镀得到的镀层粗糙、结合力不好。加入琥珀酰亚胺,其含有的酰亚胺基能与二 价铜离子配位形成稳定的络合离子,络合离子在阴极沉积时的放电电位较简单的二价铜离 子更负,即极化程度更大。因而,络合离子放电更为平稳,使得镀层的更为细致平整。
[0012] 选用肼化合物作为还原剂,肼化合物含有肼基团,肼化合物可以为苯乙肼或水合 肼。肼化合物对镀液中的亚铜离子具有稳定作用,可防止一价铜离子被氧化成二价铜离子。
[0013] 选用磷酸盐作为导电盐。磷酸盐优选为碱金属的磷酸盐,如磷酸钠或磷酸钾。
[0014] 选用四甲基二丙撑三胺作为光亮剂,可提高镀层的光亮度。
[0015] 本发明另一方面提供一种电镀方法,该方法可以使由性能良好的镀液电镀获得的 镀层质量优异。
[0016] -种使用上述电镀液进行电镀的方法,包括以下步骤:
[0017] (1)配制电镀液:在水中溶解各原料组分形成电镀液,所述每升电镀液含有10~ 25g Cu20、59~99g琥珀酰亚胺、20~40g肼化合物、0. 15~0. 5g四甲基二丙撑三胺和10~ 20g磷酸盐;
[0018] (2)以预处理过的阴极和阳极置入所述电镀液中通入电流进行电镀。
[0019] 其中,所述电流为单脉冲方波电流;所述单脉冲方波电流的脉宽为0. 4~0. 9ms, 占空比为5~30%,平均电流密度为0. 5~lA/dm2。
[0020] 其中,所述步骤⑵中电镀液的pH为8~9。
[0021] 其中,电镀液的温度为40~55°C。
[0022] 其中,电镀的时间为15~40min。
[0023] 其中,所述步骤(2)中阴极与阳极的面积比为(1/2~2) :1。
[0024] 以上电镀方法的技术方案中,单脉冲方波电流定义为在L时间内通入电流密度为 Jp的电流,在t2时间内无通入电流,是一种间歇脉冲电流。占空比定义为h/ UAt2),频率 为IAtjt2),平均电流定义为jp Vajt2)。同直流电沉积相比,双电层的厚度和离子浓度 分布均有改变;在增加了电化学极化的同时,降低了浓差极化,产生的直接作用是,脉冲电 镀获得的镀层比直流电沉积镀层更均匀、结晶更细密。不仅如此,脉冲电镀还具有:a)镀 层的硬度和耐磨性均高;(2)镀液分散能力和深镀能力好;(3)减少了零件边角处的超镀, 镀层分布均匀性好,可节约镀液用量。
[0025] 以低碳的钢板作为阴极,以紫铜板为阳极。对阴极的预处理包括对阴极用砂纸打 磨及其后的除油。该用砂纸打磨可以打磨两次,第一次可以用粗砂纸例如200目的砂纸打 磨,第二次可以用细砂纸,例如可以用WC28金相砂纸。该除油可以先采用化学碱液除油而 后采用95%的无水乙醇除油。其中,化学碱液组成为:40~60g/L Na0H、50~70g/L Na3P04、 20 ~30g/L Na2CO3 和 3· 5 ~10g/LNa2Si03。
[0026] 本发明中电镀液在通电电镀过程中进行搅拌,搅拌的转速控制在低速搅拌,为 100~250rpm。搅拌能减小了电极表面附近铜络合离子和浓度梯度、扩散层厚度以及大量 析氢造成阴极区PH值的增加,有利于金属离子的沉积;又可以促进镀层连续增厚和镀层的 成分均匀;还可以使电解初期产生的铜络合离子迅速移出阴极区,从而改善镀层质量。
[0027] 本发明的镀液以Cu2O为铜源,以肼化合物为一价铜离子的稳定剂,以琥珀酰亚胺 为亚铜离子的配位剂,以四甲基二丙撑三胺为光亮剂,以磷酸盐为导电盐,由此使得镀液具 有较好的分散力和深镀能力,阴极电流效率高,镀液性能优异。采用在镀液在碱性条件下电 镀获得的镀层的孔隙率低,采用该镀液获得的镀层质量良好。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0029] 按照实施例1~6所述配方配制电镀液,具体为:
[0030] 根据配方用电子天平称取其他原料组分的质量。用适量水分别溶解该组分原料并 将其混合均匀倒入烧杯中,然后,加水调至预定体积,加烧碱调节PH至8~9。
[0031] 使用实施例1~6及对比例所述配方配制的电镀液进行电镀的方法:
[0032] (1)阴极采用IOmmX IOmmXO. 2mm规格的Q235钢板。将钢板先用200目水砂纸 初步打磨后再用WC28金相砂纸打磨至表面露出金属光泽。依次经温度为50~70°C的化 学碱液除油、蒸馏水冲洗、95%无水乙醇除油、蒸馏水冲洗。化学碱液的配方为40~60g/L Na0H、50 ~70g/L Na3P04、20 ~30g/L Na2CO3 和 3. 5 ~10g/L Na2Si03。
[0033] (2)以IOmmX lOmmXO. 2mm规格的紫铜板为阳极,电镀前将砂纸打磨平滑、去离子 水冲洗及烘干。
[0034] (3)将预处理后的阳极和阴极浸入电镀槽中的电镀液中,将将电镀槽置于恒温水 浴锅中,并为电镀槽安装电动搅拌机,将电动搅拌机的搅拌棒插于电镀液中。待调节水浴温 度使得电镀液温度维持在40~55 °C,机械搅拌转速调为100~250rpm后,接通脉冲电源, 脉冲电流的脉宽为〇. 4~0. 9ms,占空比为5~30%,平均电流密度为0. 5~lA/dm2。待通 电15~40min后,切断电镀装置的电源。取出钢板,用蒸馏水清洗烘干。
[0035] 实施例1
[0036] 电镀液的配方如下:
[0039] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 4ms,占空比为30%,平均电流密度为 0. 5A/dm2 ;pH为8,温度为55°C,电镀时间为40min。
[0040] 实施例2
[0041] 电镀液的配方如下:
[0043] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 5ms,占空比为25%,平均电流密度为 0. 7A/dm2 ;pH为8. 5,温度为50°C,电镀时间为30min。
[0044] 实施例3
[0045] 电镀液的配方如下:
[0047] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 7ms,占空比为20%,平均电流密度为 0. 9A/dm2 ;
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