第八章酸性镀铜及表面镀(涂)覆工艺.

1、第八章 酸性镀铜及表面镀（涂）覆工艺第一节酸性镀铜1. 概述铜镀层呈粉红色，具有良好的延展性，导电性和导热性铜镀层在空气中极易被氧化而失 去光泽铜镀层容易活化，实践表明，在铜镀层上电沉积其它金属能够获得良好的结构合力,因此铜可以作为很多金属电沉积的底层镀铜在印制线路板生产中占有很重要的位置1. 1铜镀层的作用在双面或多层板的生产过程中，铜镀层的作用有两方面：作为化学沉铜的加厚镀层和作为图形电镀的底镀层.化学沉铜层一般0。52微米，必须经过电镀铜后才可进行下一步加工，加厚铜是全板电镀，厚度58微米。图形电镀以铜作为 Sn-Pb镀层和低应力镍镀层的底层，其厚度2025微米。1. 2对铜镀层的基本要

2、求1）镀层均匀、细致、整平、无麻点、无针孔，有良好外观的光亮或半光亮镀 层。2） 镀层厚度均匀，板面镀层厚度Ts与孔壁镀层厚度之比接近1: 1。这需要镀液有良好的分散能力和深镀能力。3） 镀层与铜基体结合牢固， 在镀后和后续工序的加工过程中，不会出现起泡、 起皮等现象。4）镀层导电性好，这就要求镀层纯度要高。25） 镀层柔软性好，延伸率不低于10%，抗张强度 2050Kg/mm，以保证在后工序波峰焊（260270°C）和热风整平（通常 2320C）时，不至于因环氧 树脂基材上铜镀层的膨胀系数不同导致铜镀层产生纵向断裂（环氧树脂膨胀系数12。8X10-5/°C,铜的膨胀系数0

3、。68X10-5/°C）。1. 3对镀铜液的基体要求1） 有良好的分散能力和深镀能力，即使在很低的电流密度下，也能得到均匀细致的镀层，经保证印制板的板厚孔径比比较大时，仍能达到Ts:Th接近1: 1。2） 电流密度范围宽，如在赫尔槽2A下，全板镀层均匀一致。3）镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍性高，对温度的容忍性高。4）镀液对覆铜箔板无伤害，这就要求镀液只能是酸性镀液。1. 4镀铜液的选择镀铜液有多种类型，如氰化物型、焦磷酸盐型、氟硼酸盐型、柠檬酸盐型和硫酸盐型。 随着印制板电镀的发展，人们选择了硫酸盐型镀液，目前印制板生产厂家几乎全部采用 硫酸盐镀液。因为它能基本上达到印制板对镀铜

4、液的要求。硫酸盐镀铜液分为两种：一种是用于电镀零件的镀液，它硫酸铜浓度高；一种是用于电镀印制板的镀液，它硫酸铜浓度低，硫酸浓度高。它们所用的添加剂也不同。两种硫酸盐镀液的基本成分比较列于表8-1。这两种镀液也分别称为普通镀液和高分散能力镀液，笔者认为这种划分不够确切，其实两种镀液都需要有很高的分散力。表8-1硫酸盐型镀铜液基本成分比较镀液基本成份高铜镀液低铜镀液硫酸铜（g/l）19025070110硫酸（g/l）5065190220氯离子（mg/l）4010040100低铜镀液适用于印制板电镀，因为它是硫酸浓度高，镀液导电率高，有合适的添加剂配 合，低电流较容易得到理想的镀层，且不易出现针孔、

5、麻点。镀铜添加剂由载体、光亮剂、整平剂等组成，载体主要是非离子表面活性剂和阴离 子表面活性剂，它们作为光亮剂、整平剂的载体，提高了光亮剂、整平剂的溶液解度， 它自已还可以作为润湿剂，降低表面能力，消除镀层针孔麻点，并能提高镀层的整体亮 度。载体要选择得当，它与光亮剂和整平剂搭配，会得到很好的效果，如果材料选择欠 佳或数量应用太多，会在阴极上产生一层肉眼看不到的憎水膜，影响与后续工序镀层的 结合力，为此还需要加上除膜工序，从而延长生产线，降低了效率。光亮剂和整平剂如 M、N、SP、SH-110、TPS等，它们相互配合，能得到均匀、细致、光亮并且电流密度 范围广阔，温度范围宽（如 4O0C）的镀层

6、。因为添加剂成分比较多，材料来源不同，搭 配各有所长，所以市场上供应的商品添加剂种类很多，选择应用时要经过比较，慎重选 用。选择了低铜基础液，选择了适合镀层质要求的添加剂，再加上精心使用和维护镀液， 就一定能获得满意的铜镀层。含有硫酸铜、硫酸的镀铜液，在直流电压作用下，发生如下电极反应: 阴极：Cu2+2eCuCu2+ e k Cu+Cu + e * Cu02+ Cu2 / Cu=+0。34V2、硫酸盐酸性镀铜的机理0+ Cu / Cu=+0。51V在阴极上，Cu2+获得电子被还原成金属铜，它的标准电极电位比 H+的标准电位 O要正 得多，因此在阴极上不会发生析氢，但当Cu2+还原不充分时会出

7、现 Cu+，从标准电极电位来看，Cu+还原成Cu的反应更容易发生。Cu+的还原会导致镀层粗糙是我们要设法避 免的。Cu2+阳极： 铜阳极在硫酸溶液中，发生阳极溶解，提供了镀液中所需要的2+Cu - e * Cu与Cu2+生成的同时，不可避免的生成Cu+:+Cu - e k CuCu+的出现并进入溶液，会带来如下问题： 当溶液中有足够量硫酸及空气时，可以被氧化成Cu2+Cu2+1/2O2+2H+k 2Cu2+H2O当溶液中硫酸浓度不足时，会水解：+ 亠 +Cu +2 H2O 2CuOH+2HCU2O+ H 2OCU2O以电泳方式沉积在阴极上，产生毛刺。Cu+不稳定，还可以发生歧化反应：+2+2C

8、u = Cu + Cu生成的Cu也会以电泳的方式沉积于镀层，产生铜粉、毛刺、粗糙。因此，在电镀过程中应尽量避免Cu+的出现，采用含 P的铜阴极，较好地解决了。3、光亮酸性镀铜工艺2. 1镀液配方及操作条件印制板镀铜的通用工艺如下：硫酸铜 60120 g/l硫酸 170230 g/l（ 98130 m l /l）氯离子 40100 m g/l添加剂适量（按供应商要求）阴极电流密度 13A/dm2温度与添加剂适应阳极（含 P%）0。040。07搅拌连续过滤，空气搅拌或加阴极移动S阳：S阴 2: 1或更高这里需要说明的是：对应于某种添加剂，就有某种专用的工艺，其中硫酸铜和硫酸的比例及硫酸铜的浓度以及

9、操作温度也就规定了。一般进口添加剂，温度范围比较窄，多在21320C左右，而国产添加剂，操作温度可在15400C,目前市场上添加剂品种繁多，这里不再一一叙述2. 2镀液配制1） 将镀槽擦洗干净，注入 10%NaOH溶液，开启过滤机（无滤芯）和空气搅 拌，将此液加温到600C，保持48小时，然后用水冲洗。再注入5%H2SO4， 同样开启过滤机和空气搅拌48小时，用水冲洗干净，同时检查过滤系统 和搅拌系统是否配置得当。备用槽也同样清洗干净。2）在备用槽内，注入 1/4容积的工业纯水，在搅拌下缓缓加入计量的硫酸， 借助于所释放的热量，加入计量的硫酸铜，搅拌使全部溶解。3）加入 出。212 m l /

10、l，搅拌1小时，升温至 650C，保温1小时，以赶走多 余的H2O2。4） 加活性炭3 g/l，搅拌1小时，静置半小时后过滤， 直至溶液中无炭粉为止。 将溶液转入镀槽中。5）加入计量的盐酸（比重 1。19,含量37%的浓盐酸，加入 0。1 m l /l，相 当增加CL- m g /I）加入计量的添加剂，加纯水至所需体积。挂入预先备 好的阳极。6）以阳极电流密11。5A/dm2,电解处理，约3小时，使用极形成一层致密的 黑色薄膜。镀液可进行试镀。2. 3镀液中各成分的作用1）硫酸铜和硫酸：在镀铜液中，硫酸铜与硫酸是镀液的主要成分，它们都参与电极过程。在镀液中它们有互相依存的关系。硫酸铜在硫酸溶液

11、中的溶解度和硫酸铜的硫酸溶液的比电阻分别见表8-2和表8-3。表8-2硫酸铜在硫酸中的溶解度H2SO4 (g/l)CUSO4 溶解度（g/l）035224. 532649. 030472. 528598. 1267122. 6250表8-3硫酸铜的硫酸溶液的比电阻（ Q o Cm） 25°CJH2SO4 (g/l)CuSO4 (0501001502000-4.82.441.771.4650654.92.581.881.55100455.12.862.001.67150295.33.642.181.79200245.33.142.31-从表8-2和表8-3看到，随着溶液中硫酸浓度的提高

12、，硫酸铜的溶解度会降低，但溶液 的电导会显著提高。镀液中硫酸铜浓度太低，高电流区镀层易烧焦； 硫酸铜浓度太高，镀液分散能力会降低。在低铜镀液中，可控制在60120 g/l，具体范围的数据要与所选添加剂相匹配。硫酸浓度以170230g/l为宜，浓度太低，溶液导电性差，镀液分散能力差；浓度太高 会降低Cu2+的迁移率，效率反而会降低，而且对铜镀层的延伸率不利。硫酸铜和硫酸的重 量比可维持在 1 : 22o 5o2）氯离子：氯离子是阳极活化剂，又是镀层的应力消除剂，氯离子可以帮助阳极正常溶解，并且和添加剂同作用使镀层光亮、整平；还可以降低镀层的张应力。氯离子浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙镀层，易出现

13、针孔和烧焦； 氯离子浓度过高导致阳极钝化，镀层失去光泽。氯离子 可控制在40100 mg/l。正常操作时，开缸液无需补加氯离子，因为自来水中的氯离子经过 工件的携带入缸，基本上可以弥补氯离子带出的损失。如果不慎使溶液中氯离子过量，可用如下方法处理：A、沉淀法：Ag2CO3+2CI-+2H+2AgCl 卄 +H2O+CO2 T向溶液中加入碳酸银（3g Ag2CO3对1g Cl-），使生成AgCl沉淀除去，用这种方法，在处理 前应先分析Cl-的浓度，同时AgCl沉淀很细，应该用1卩m的滤芯滤除。B，电解法以钛或石墨为阳极，以瓦楞形不锈钢板为阴极，在4050°C下，阳极电流密度 34A/d

14、m2,电解处理，使Cl-被氧化生成氯气除去。2Cl - 2e Cl2 f也曾用过Zn粉处理法，利用 Zn粉还原Cu2+成Cu+, Cu+与Cl-生成CU2CI2沉淀，用活性炭 粉吸附过滤除去，但留在溶液中的Zn 2+会成为镀液中的杂质，易引起镀层出现麻沙点，因此，此法不宜推荐使用。3）添加剂当前生产上所使用的添加剂以商品添加剂为主，不同添加剂带来的镀层质量，镀液稳定性和生产效率也有所不同，选择添加剂时，需注意以下方面：A、 加剂带给镀层的低区表现如何？优秀的添加剂在2A的赫尔槽试 片下，可以达到全板均匀一致，允许低电流区高度要低些，但全 板镀层均匀，色差很小。B、添加剂对镀液操作温度的承受能力

15、如何？当镀槽没有配备冷水机致冷时，最好选用温度范围宽的添加剂，如1540°C，这样虽然夏季由于气温比较高而导致添加剂消耗增多，但镀液仍可正常工作。在这方面，国产添加剂有明显优势。C、镀液的稳定性如何？添加剂分解产物的多少决定了镀液大处理 的周期，添加剂分解产物少，镀液大处理周期长，这对提高生产 效率是有益的。另外，添加剂配比合理，持续添加后不会带来某 种成分的严重失衡，溶液操作也就会稳定进行。D、镀液维护是否方便？比如是单一添加剂还是几种添加剂？如果 是几种添加剂，添加经例如何把握？E、价格是否合理？在技术指标达到的前提下，价格要尽可低些，以 利于市场竞争。添加剂的补充一般都是根据安

16、时数来补充或与赫 尔槽试验相配合。至于用高效液相色谱法和循环伏安扫描来测定 镀液中添加剂的浓度，多用于科研方面。溶液中添加剂浓度太低将导致镀层粗糙、整平度光亮度差；当添加剂过多时，会导致孔内结瘤，孔周围发雾，孔口拐角处易开裂，镀层柔软度差，光泽不均匀等。最好根据说明书要 求控制。3. 4操作条件的影响3. 4. 1温度温度对镀液性能影响很大，温度提高，电极反应速度加快， 允许电流密度提高， 镀层沉积速度加快，但温度过高，加速添加剂分解会增加添加剂消耗，镀层结晶粗糙，亮度降低。温 度太低，允许电流密度降低，高电流区容易烧焦。最好控制在2030°C左右。为防止镀液温升过高， 应根据加工量

17、合理选择镀槽体积，使镀液负荷一般不大于 0。2A/L ,同时选择导电优良的挂具，减少电能损耗。必要时需配备冷水机，以控制镀液温度。3. 4. 2电流密度当镀液组成、添加剂、温度、搅拌等因素一定时，镀液所允许的电流密度范围也就一定 了。提高电流密度，可以提高镀层沉积速度，因此在保证镀层质量的前提下，尽量使用较高的电流密度。一般操作时平均电流密度1。53 A/dm2。不同电流密度下的沉积速度（以电流效率100%计）见表8-4。表8-4电流密度与沉积速度镀层厚度卩m 时间+min_ 电流密度A/dm6912243612841541088221421285639141937554710. 514284

18、2当电流密度选定后， 在给出电流值时，需要一个准确的施镀面积值。 但印制板图形多种多样，怎样才能得到准确的施镀面积值？下面介绍四种方法：5）计算机计算图形面积在自动化程度高的印制板制造厂，已经使用CAM （计算机辅助制造）来进行生产。它建有CAM工作站，设有专门计算电镀图形面积功能的软件包，通过正确设定参 数，如：扫描精度、板厚等，选择好需计算的元件面和焊接面，对线路部分进行扫 描，可自动把扫描的面积叠加，并自动减去钻孔部分的面积，得出真实的图形表面 积和孔内壁表面积。这种方法测算面积准确可靠。应该指出的是，在同一块印制扳上，电流密度分布是不均匀的，边缘部分要比中心部分的电流大，电流分布受多种

19、因素的影响，当镀液组成，操作温度，搅拌情况、电源等因素确定以后，几何因素不容忽视，如：阴阳极间距离，挂具设计，板厚与 孔径的比值，双面板两面图形面积的差别等因素需考虑。为了达到电流分布均匀，可以采取一些措施如用计算机分别控制印制板两面电流，或用电位器分别调节两面电流，或在镀槽内施加挡板等，还有在电镀10分钟后抽查镀层质量，调节电流，以达最佳。在这方面，操作人员的知识和经验是很重要。3. 4. 3搅拌搅拌可以消除浓度极化，提高允许电流密度，从而提高生产效率。搅拌可以通过阴极移动或空气搅拌来实现，也可以两者结合。还可以用机械振动或超声波。1）阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的往复运动来实现工件的移动

20、。阴极移动方向最好与阳极表面成一定角度如450，这样有利于孔内溶液流动，孔内气泡也能及时被赶走。以阴极移动振幅25'50MM，移动频率1520次/分为佳。2）空气搅拌：用无油压缩空气，给溶液带来中度到强烈的搅拌，同时它还给溶液提供了足够的氧气，促进溶液中少量的8+氧化成Cu2+，消除Cu+对电极过程的干扰。压缩空气由无油压缩空气泵供给，在泵的气体进口处，应该有气体净化装置。对中等程度搅拌，压缩空气流量一般0。30。8M 3/min.m2,空气出口布局要合理，避免死角。压缩空气通过距槽底 38cm的管释出，此管最好与阴极杆平行， 气孔直 径3MM，孔间距80130MM，孔中心线与竖直方向

21、成45°角，气体向槽底冲出再升出液面。出气孔总面积约等于空气管截面积的80%,压缩空气压力可按每米液深度0。016Mpa，压缩空气流量应是可调的。空气搅拌结溶液的翻动较大，这就是对溶液的清洁程度提出了高要求，因此，有空气搅拌的镀槽需配备连续过续装置。也可以将阴极移动，空气搅拌、连续过滤 联合使用。3. 4. 4过滤过滤使溶液得到净化，连续过滤能及时除去镀液中的机械杂质，防止毛刺的出现。不论采用聚丙烯（PP）滤芯，还是过滤介质，其过滤精度为 510 1 m,最好是5 1 m溶液每 小时交换量25次，过滤液出口安排在槽底， 进口安排在注面下100MM处，进出口管应对应 在槽子的对角线上，

22、以达到最佳的过滤效果。3. 4. 5阳极硫酸盐光亮、半光亮镀铜，要使用含磷的铜阳极，磷含量 0。0350。07%铜含量不 小于99。9%其它杂质的允许含量见表8-5，磷铜可以做成铜角、铜球或铜板，将铜角、铜球或铜板，将铜角、铜球装入钛篮，钛篮外套以聚丙烯布制成的阳极袋，袋长比钛篮长34CM用钛篮的优点是能及时补充所消耗的铜阳极材料，保持阳极面积足够大， 一般维持阳极与阴极面积比为1。52: 1。表8-5磷铜阳极材料主要成分%杂质%CuPSnPbZnNiFeSbAgMnO>99.90.0350.070.00060.0010.00040.00250.00350.0010.00250.0001

23、0.001为什么要使用含磷铜阳极？从电极过程的机理中，我们看到，在铜阳极上，会有Cu+生成，若Cu+不能及时变成Cu2+,它就会严重干扰电极过程的进行，生成铜粉或Cu 2O粉，它们通过电泳进入镀层， 造成镀层粗糙，表面挂一层铜粉等， 产生不合格的铜镀层。如果阳极铜中含有少量的磷，在阳极表面会生成一层黑色膜，它的成分是Cu 3P,这层黑膜具有金属的导电性（电导率 1。5X104 Q-1。Cm-1）,它覆盖在铜阳极表面，加速 Cu+的氧化，减少 了 Cu+的积累和产生，大减少了 Cu+进入溶液的机会。同时也减少了阳极泥的生成量。资料表明，磷铜比纯铜的阳极极化小，对含P0。020。05%的磷铜阳极，

24、在阳极电流密度1 A/dm2下，其阳极电位比无氧铜低5080MV，所以磷铜的黑色膜不会导致阳极钝化。同时黑色膜保护了阳极表面，使微小晶粒从阳极脱落的现象大大减少，阳极利用率提高。当阳极电流密度0。41。2 A/dm2时，阳极磷含量与黑膜生成量成线性关系，当含量P0。03%0。075%时，阳极铜的利用率最高，泥渣生成量最少。当黑膜覆盖下的铜球（角）溶解消耗完 后，黑膜就成了黑色泥渣留在阳极袋中。磷铜阳极中，当P含量太低时如0。005%以下，虽有黑膜生成，但太薄，不足以保护铜阳极：当P含量太高时，黑膜太厚，阳极溶解不好，阳极泥渣太多，镀液中铜浓度下降，添加剂消耗增加。实践证明磷含量以0。0350。

25、07%最佳。铜阳极中除磷以外，其它杂质越少越好，以保证电极过程正常进行，延长镀液的使用 寿命。2. 5镀液的保护1）定期分析调整镀液中的硫酸铜、硫酸的浓度，使之处于最佳范围。镀液的 分析周期依生产量大小而定，可以一周一次，也可以每天一次。镀液中的 氯离子可以进行分析测定，也可以视镀层状况凭经验确定，欲增加 Cl-10mg/l,可以加入0。023 m I /I试剂级盐酸。2）添加剂的补充本着少加勤加的原则，可以根据安时数按工艺要求补充或结合赫尔槽试验进和行补充更佳。3）镀液大处理：电镀过程中，添加剂的分解产物、干膜或抗电镀油墨溶出物 及板材溶出物的累积，会构成镀液的有机污染，少量的有机污染用活性

26、炭 吸附过滤除去。随着时间的持续，需要用双氧水一活性炭处理以取得比较 彻底的处理效果，这种处理一般每年至少一次。其处理步骤如下：1）将镀液转入已清洗好的备用槽中。2） 边搅拌边加入12m I /LH 2O2,充分搅拌12小时。3）升温至650C，继续搅拌12小时。4）加优质活性炭粉35g/l，搅拌2小时，此时溶液温度逐渐降至室温。可取 小样做赫尔槽试验，2A全板镀层无光泽，可进行镀液过滤。5）将无炭粉的澄清镀液转入工作槽内，挂入清洗好的钛篮（内充磷铜球或磷铜角）。通1A/dm 2电流12小时后，按新缸加入添加剂并搅拌均匀，试镀。4、挂具使用要得当，绝缘破损的挂具要及时处理，否则会带来镀液的交叉

27、污 染和消耗有效电流。 挂具要导电良好，按触导电部分不能显著发热，对不锈钢挂具，导电截面的电流密度不大于1A/mm2，对铜合金挂具，其导电截面的电流密度不大于 2。53 A/mm 2为宜。3. 6常见故障及处理光亮酸性镀铜常见故障及处理方法。表8-5酸性镀铜常见故障及处理故障可能原因纠正方法镀层与基体结合力差 镀前处理不良加强和改进镀前处理镀层烧焦1）铜浓度太低2）阴极电流密度过大3）液温太低4）阳极过长5）图形局部导线密度 过稀6）添加剂不足1）分析并补充硫酸铜2）适当降低电流密度3）适当提高液温4）阳极应比阴极短57CM5）加辅助假阴极或降 低电流6）赫尔槽试验并调整镀层粗糙有铜粉1）镀液

28、过滤不良2）硫酸浓度不够3）电流过大4）添加剂失调，1）加强过滤2）分析并补充硫酸3）适当降低4）通过赫尔槽试验调 整台阶状镀层氯离子严重不足适当补充局部无镀层1）前处理未清洗干净2）局部有残膜或有机 物1）加强镀前处理2）加强镀前检查镀层表面发雾有机物污染活性炭处理低电流区镀层发暗1）硫酸含量低2）铜浓度咼3）金属杂质污染4）光亮剂浓度不当或 选择不当!）分析补充硫酸2）分析调整铜浓度3）小电流处理4）调整光亮剂量或另 选品种镀层有麻点、针孔1）前处理不干净2）镀液有油污3）搅拌不够4）添加剂不足或润湿 剂不足1）加强镀前处理2）活性炭处理3）加强搅拌4）调正或补充镀层脆性大1）光亮剂过多2

29、）液温过低3）金属杂质或有机杂 质污染1）活性炭处理或通电 消耗2）适当提高液温3）小电流处理和活性 炭处理金属化孔内有空白点1）化学沉铜不完整2）镀液内有悬浮物3）镀前处理时间太长， 蚀掉孔内镀层1）检查化学沉铜工艺 操作2）加强过滤3）改善前处理孔周围发暗（所谓鱼眼 状镀层）1）光亮剂过量2）杂质污染引起孔周围镀层厚度不足3）搅拌不当1）调整光亮剂2）净化镀液3）调整搅拌阳极表面呈灰白色氯离子太多除去多余氯离子阳极钝化1）阳极面积太小2）阳极黑膜太厚1）增大阳极面积至阴 极的2倍2）检查阳极含P是否太 多。4、半光亮酸性镀铜半光亮镀铜的添加剂不含硫，添加剂的分解产物少，镀层的纯度高，延展性

30、好。它的镀液具有更好的分散能力，镀层的外观是半光亮的均匀细致的铜镀层。镀层耐热冲击的性能使它能顺利通过美国军用标准 MIL SPEC-P-5501C之试验，在正常操作情况下，板面镀层厚度（Ts）与孔壁镀层 厚度（Th ）之比可达1:当孔径相当板厚1/10时（孔径0。3mm）,在2。5A/dm2 下，Th; Ts可达8595%。同时该镀液可以在较高的电流密度下工作，如在6A /dm2下，对孔径0。6MM，板厚1。6MM，Th ； Ts可达8085%，更适于 作加厚铜。这种镀液分为两种使用类型，在较高的电流密度下，可以在较高的温度 下（如36400C）下工作。在较低的电流密度下（如：13。5A/

31、dm2），只能在20250C下工作。其配方和工作条件见表8-6。镀液的使用与维护与光亮酸性镀铜无本质区别，表8-6半光亮酸性镀铜工艺镀液组成及操作条件普通电流密度咼电流密芳硫酸铜（g/l）609890106硫酸（g/l）160200230250氯离子（mg/l）4010080120Cu-200(ml/Kah)80160温度（°C）20253640阴极电流密度（A/ dm2）13.53.58阳极电流密度（A/ dm 2）0.51.751.22.5过滤连续连续搅拌空气搅拌强烈空气搅拌沉积速度5A/ dm 下,0.45 卩 m/min4.5A/ dm 下,1 卩m/min第二节电镀锡铅合金

32、1、概述锡铅合金镀层在印制板生产中作为碱性蚀刻的保护层，此时镀层中铅的含量并不重要，当蚀刻后还需要热熔时，则必须提供含锡6063%的锡铅镀层。对镀层的要求应该是：均匀、细致、半光亮，厚度8微米。镀层无需全光亮，这是由镀层的用途所决定的。用于电镀锡铅合金的镀液，要有很好的分散能力和深镀能力，且工艺稳定、便于维护。 镀液有多种类型，但适于印制板电镀的主要是氟硼酸盐和无氟的烷基磺酸盐型。2、机理锡、铅的标准电位很接近，所以它们很容易实现共沉积。Sn和Pb的标准电极电位均比氢负，但氢在锡铅合金上析出的过电位较高，所以它们有可能从酸性镀液中以接近100%的电流效率析出合金。电镀锡铅合金在合金电镀中属正常

33、共沉积，即在较低的电流密度下， 镀液中金属离子的浓度比相当于镀层中的金属比。 所以只要保证阳极成分， 镀液中Pb2+和Sn2+浓度的比例与阴极 镀层相符合，就可以得到所需比例的合金镀层。阳极反应：2+Sn eSnPb -2ek Pb2+阴极反应：2+ .Sn +2eSnPb2+2ePb电镀过程中，阳极上不断有Sn和Pb的溶解，阴极上不断有 Sn /Pb合金的析出。但溶液中的Sn2+易被子空气中的氧所氧化生成Sn4+, Sn4+水解成氢氧化锡沉淀，使溶液混浊。Sn +O2+6H2O2 Sn( OH)4 J+4H提高溶液中氢离子浓度，有利于防止Sn2+被氧化。也可在镀液中加入还原剂，阴止Sn2+被

34、氧化。3、氟硼酸盐镀锡铅合金3. 1镀液配方及操作条件氟硼酸盐镀锡铅的溶液由氟硼酸亚锡、 氟硼酸铅，氟硼酸、硼酸和添加剂组成。添加剂目 前使用的以非蛋白胨体系为佳， 因为它比蛋的胨类的添加剂使用方便， 镀液稳定，少分解产 物，对需要热熔的镀层更显优越。3. 2镀液配制3. 2. 1配制镀液的主要原材料配制氟硼酸盐镀锡铅合金溶液最方便的方法是使用市售的氟硼酸亚锡、氟硼酸铅以及氟硼酸。3. 2. 2镀液配制方法1) 镀槽、过滤泵、阳极袋先经10%NaOH溶液浸4小时以上，清洗干净，再经510%HBF4 溶液浸4小时以上，用水清洗。2) 镀槽中注入1/3容积的纯水，并加入事先在热水中溶解的硼酸。3)

35、 在不断搅拌下依次加入计量的氟硼酸、氟硼酸亚锡、氟硼酸亚铅，至少搅拌30分钟使 混合均匀。用纯水补充至接近工作液位。此时溶液应无沉淀物，否则应过滤除去，必要时用活性炭过滤。4) 加入计量的添加剂，以 0。10。5A/dm2的阴极电流密度电解数小时。分析并调整镀液， 试镀。由于氟硼酸对硅酸盐制品和多数金属均有腐蚀作用，因此应避免玻璃、陶瓷及金属与镀液接触，以防污染镀液。3. 3镀液中各成分的作用1) Sn2+和Pb2+: Sn2+和Pb2+是镀层中Sn和Pb的来源。控制镀液中 Sn2+/Pb2+浓度 比，可以得到与镀液中浓度比相近的合金镀层。若提高Sn/Pb比值，则镀层中 的Sn比例提高。为 获

36、得 Sn63%左右的 Sn-Pb合金镀层， 控制镀液 中Sn /Pb =1。72。3 为宜，同时控制 Sn 1825g/l, Pb 914 g/l。镀液中 Sn、 Pb2+的总浓度也需要控制，当此值太高时，虽然可以提高阴极电流密度上限，但会降低镀液的分散能力和深镀能力。2) HBF4 :镀液中的游离氟硼酸对镀层成分影响不大，它的作用是保证阳极中 Sn、Pb的正常溶解，同时它能抑制Sn2+的水解，提高镀液的稳定性。Sn (BF4) 2+O2+H2O * Sn (OH) BF4 J+HBF4从方程式看出，游离HBF4可以阻止Sn2+的水解反应。同时HBF4的存在提高了溶液的电 导率，从而有利于提高

37、镀液的分散能力。但太过量的HBF4会加速阳极的溶解，造成主盐浓度升高，反而降低了镀液的分散能力，甚至出现台阶式的镀层。使用不同的添加剂，对镀液中HBF4浓度要求也不同，一般可维持在 130210 g/l。3) H3BO3：硼酸在溶液中的作用是稳定HBF4，防止HBF4水解。HBF 4+3 H2O4HF+ H3BO3从方程式看出，适量H3BO3的存在，可以抑制HBF4的水解，但硼酸的加入会降低 镀液的电导率，因此不可过多，以2530 g/l为宜。4) 添加剂：镀液中的添加剂能使镀层结晶均匀、细致，并抑制树枝状结晶镀层的产生，提高镀液的分散能力。氟硼酸盐锡铅合金镀液的添加剂分为蛋的胨体系和非蛋的胨

38、体系两种。早期 多用蛋的胨和桃胶加剂，这类镀液要求HBF4的浓度高，蛋白胨易分解，其分散产物带来镀液的有机污染，使镀液炭处理周期短，生产效率低。同时有机物在镀层中夹杂，造成热熔后的镀层表面产生污斑，甚至出现许多微小气孔，严重影响镀层外观和可焊性。因此这类添加剂已逐渐被非蛋白胨添加剂所取代。添加剂的补加一般可根据产品说明书的规定，按安时来补加，也可根据赫尔槽试验来决定：给0。1A电流，电镀1分钟，如果试片上镀层复盖面积达80%以上，说明添加剂浓度正常，否则说明添加剂浓度不足，需适当补加。2. 4操作条件的影响1）电流密度；提高电流密度，镀层沉积速度加快，镀层中锡含量增加。为了维持镀层Sn/Pb=

39、60/40的比例，电流密度以 1。52A/dm 2为宜。在图形电 镀中，为了比较准确的控制电流密度，正确计算施镀面积至关重要。2） 温度：提高温度，可适当地提高电流密度上限，但温度太高，加速了Sn2+ 的氧化和加速了添加剂的消耗；温度太低，电极过程进行太慢，高电流区容易烧焦。一般应控制温度在2030°C。3）搅拌：搅拌可以消除浓差极化，使电极过程顺利进行。搅拌方式可以使用 极移动，也可依靠泵的循环或两者并用，但不可使用空气搅拌，因空气搅 拌会加速5门2+的氧化。阴极移动方向可以与阳极平面垂直，也可以成角度如450,移动频率1520次/分，振幅2050毫米。如果依靠泵的循环，最好是与溶

40、液的连续相 结合，这样既净化了镀液又实现了溶液的流动。过滤机最好使用由磁力泵启动的滤芯式过滤机，流量为 25次/时过滤溶液，滤芯为聚丙烯（PP）线绕式，过滤精度5微米。4）阳极电镀锡铅60/40合金用的阳极，最好采用60/40或70/30的锡铅合金做可溶 性阳极。阳极的纯度直接影响到镀液的稳定和镀层的质量。除因操作不当 夕卜，镀液中的金属杂质离子主要来自于阳极泥渣。对阳极用锡铅合金中杂 质的要求见表8-11表8-11锡铅合金阳极的技术条件丿元糸杂质兀素含量（w %）Sb0.01Bi0. 01As0. 01Cu0.005Ag0.005Fe0.005Zn0.002Al0.001Au0.001Cd0.0