一种二苯甲烷染料体系酸性镀铜的电镀液及电镀方法_2

文档序号:9519727阅读:来源:国知局
3Ah.m2),所述阴极移动的速率为20~30次/min。
[0026] 其中,所述步骤(2)中阴极与阳极的面积比为(1/3~2) :1。
[0027] 以上电镀方法的技术方案中,单脉冲方波电流定义为在h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ty(1^+1:2),频率 为1八〖#2),平均电流定义为jp。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:(1)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。
[0028] 以含磷的铜板为阳极,优选为含有4wt%磷元素的铜板。酸铜电镀中阳极的反应中 一价铜还原为单质铜的速率比二价铜离子还原为一价铜离子的速率要慢,所以,来不及反 应的Cu+就会发生歧化反应生成铜粉形成"阳极泥"。由于本发明中电镀过程的搅拌使得这 些铜粉就很容易移动到阴极并进入到镀层之中,从而导致毛刺的出现。使用含磷的铜作为 阳极,电镀时,阳极的表面会形成一层致密的黑色膜状物Cu3P,阻止了铜粉的生成,其原理 是:P与Cu+结合在一起,生成了Cu3P,而Cu3P对Cu+的氧化反应有催化作用,它使Cu+迅速 氧化变为Cu2+,从而有效地抑制了铜粉的产生,又因Cu3P具有优良的导电性能,因此阳极虽 然被一层膜覆盖,但不会钝化。不过含磷量并非越多越好,当含磷太时,黑色膜自然会变厚, 导致膜与阳极的结合力降低,以致脱落到溶液中,使电镀液被污染。
[0029] 以低碳的钢板作为阴极。对阴极的预处理由先之后依次包括对阴极用砂纸打磨、 除油、浸酸、预浸铜。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:50~80g/L Na0H、15~20g/L Na3P04、15~20g/L似20)3和5g/L似23丨03和1~2g/L OP-10。化学除油具体过程为经待 除油阴极在化学碱液中15~40°C浸渍30s。浸酸时间为1~2min,浸酸的目的是活化,具 体地说是,去除被镀件表层的氧化物膜,使基体的晶格完全裸露,处于活化状态。浸酸所用 的溶液组成为:l〇〇g/L硫酸和0.15~0.20g/L硫脲。预浸铜时间为1~2min,所用的溶液 组成为:l〇〇g/L硫酸、50g/L无水硫酸铜和0.20g/L硫脲。
[0030] 步骤(2)中阴极与阳极的面积比优选为1 :1. 5。阴阳极面积比过大会使得其较易 发生钝化,甚至会产生铜盐或亚铜氧化物;反之,则会导致阴极铜沉积速率过小,从而降低 电流效率。
[0031] 本发明中电镀液在通电电镀过程中进行空气搅拌,电镀在空气搅拌和阴极移动的 条件下进行,空气搅拌的气体流量密度为12~15m3Ah.m2),这里可以理解的是,气体流量 密度指在单位时间内流过单位面积气体的体积。空气搅拌所需的空气由设有过滤器的低 压无油气泵供应,打气管离槽底的距离为30~80mm,其与阴极铜棒同一方向。气管需钻 有两排内径约为3mm的小孔,与槽底的倾角为45角,两排小孔应相对交错,每边间距80~ 100mm(小孔交错间距40~50mm)。锻槽安装有2支或2支以上的打气管,气管可以为聚氯 乙烯或聚乙烯材料,内径20~40mm,两管距离为150~250mm。阴极移动可以为横向移动, 也可以为坚向移动。以一个来回作为一次,横向移动的行程为100mm,速率为20~25次/ min;坚向移动的行程为60mm,速率为25~30次/min。空气搅拌和阴极移动都能使得镀液 实现搅拌。搅动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。
[0032] 本发明镀液以二苯甲烷染料为整平剂,以噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠作为光亮 剂,以醇硫基丙烷磺酸钠作为晶粒细化剂,复配聚乙烯亚胺烷基盐和脂肪胺乙氧基磺化物 作为延展剂,复配聚乙二醇和琥珀酸酯钠盐为润湿剂,由此使得镀液具有较好的稳定性,采 用该镀液在酸性条件下电镀获得的镀层的整平性良好和走光能力较高。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0034] 按照实施例1~6所述配方配制电镀液,具体如下:根据配方用电子天平称取各原 料组分的质量。将各原料组分分别溶解于适量的去离子水后充分混合均匀然后,加水调至 预定体积。
[0035] 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:
[0036] (1)阴极采用10mmX10mmX0· 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、浸酸1~2min、预浸铜1~2min、二 次蒸馏水冲洗。其中,化学碱液的配方为50~80g/LNaOH、15~20g/LNa3P04、15~20g/L 似20)3和5g/L似23103和1~2g/L0P-10。浸酸所用的溶液组成为:100g/L硫酸和0. 15~ 0. 20g/L硫脲。预浸铜所用溶液组成为:100g/L硫酸、50g/L无水硫酸铜和0. 20g/L硫脲。
[0037] (2)以15mmX lOmmXO. 2mm规格的含磷铜板为阳极,电镀前将砂纸打磨平滑、去离 子水冲洗及烘干。
[0038] (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,并为电镀槽安装空气搅拌装置和阴极移动的动力装置,空气搅拌装置的结构参数 及安装参数已在
【发明内容】
中所述。调节阴极移动为横向(即左右)摆动,摆动速率为20~ 25次/min,摆动单向行程为60mm。待调节水浴温度使得电镀液温度维持在15~30°C,打 开气泵开关,接通脉冲电源,脉冲电流的脉宽为〇. 5~lms,占空比为5~30%,平均电流密 度为2~4A/dm2。待通电20~60min后,切断电镀装置的电源。取出钢板,用蒸馏水清洗 烘干。
[0039] 实施例1
[0040] 电镀液的配方如下:
[0042] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 5ms,占空比为30%,平均电流密度为 2A/dm2 ;温度为35°C,电镀时间为60min。
[0043] 实施例2
[0044] 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. 6ms,占空比为25%,平均电流密度为 4A/dm2 ;温度为15°C,电镀时间为50min。
[0048] 实施例3
[0049] 电镀液的配方如下:
[0051] 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 3A/dm2 ;温度为25°C,电镀时间为30min。
[0052] 实施例4
[0053] 电镀液的配方如下:
[0056] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 9ms,占空比为15%,平均电流密度为 2. 5A/dm2 ;温度为20°C,电镀时间为40min。
[0057] 实施例5
[0058] 电镀液的配方如下:
[0060] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为1ms,占空比为5%,平均电流密度为 3. 5A/dm2 ;温度为30°C,电镀时间为35min。
[0061] 实施例6
[0062] 电镀液的配方如下:
[0065] 施镀工艺条件:单脉冲方波电流的脉宽为0. 8ms,占空比为10%,平均电流密度为 3A/dm2 ;温度为25°C,电镀时间为40min。
[0066] 参照以下方法对实施例1~6的镀液进行稳定性测试:
[0067] 以连续电镀次数的能力来反映镀液的稳定性。采用美国Kocour公司的Hull Cell267ml型号的赫尔槽在3A/dm2直流电流密度于25°C温度下进行电镀。被镀工件为规 格为l〇cmX6. 5cm的金属片,,将这些金属片置入电锻液中连续电锻,每个金属片电锻5min 结束。记录直至镀层出现发雾的金属片所发生电镀的次数,最终结果以电镀时间表示,即电 锻时间=电锻次数X5 (单位为min)。
[0068] 参照以下方法对实施例1~6的镀液进行分散能力测试:
[0069] 锻液的分散能力采用远近阴极法(Haring-Blue法)测定。测定槽采用美国Kocour 公司的Hull Cell267ml型号的赫尔槽,内部尺寸为150mmX50mmX70mm。阴极选用厚度为 0· 5mm的铜片,工作面尺寸为50mmX50mm ;阳极为带孔电镀用镍板;施镀电流1A,电镀时间 30min〇
[0070] 镀液的分散能力计算公式为:
[0071] 镀液的分散能力=[K- (
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