表面活性剂在化学镀中的应用

关于表面活性剂在化学镀中的应用第1页第2页10.1镀概述1.定义化学镀是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应，在镀件表面沉积上一层金属镀层。与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少，不需电流设备、能在非导体上沉积镀层等优点。但是成本较高，镀层厚度不如电镀易控制。第2页,共27页，星期六，2024年，5月第3页10.1镀概述2化学镀液组成一般化学镀液包括金属盐、还原剂、络合剂、缓蚀剂、pH值调节剂、稳定剂、润湿剂、加速剂和光亮剂。表面活性剂在化学镀工艺中的应用远不如电镀中那样普遍，但在一此化学镀液中也含有表面活性剂，尤其在化学镀制复合镀层中应用较多。第3页,共27页，星期六，2024年，5月第4页10.2单金属化学镀1.化学镀铜化学镀铜液按稳定性划分，可分为低稳定性的化学镀铜和高稳定性的化学镀铜；从沉积速度来分，又可分为低速率和高速率的化学镀铜。化学镀铜液一般由铜盐、络合剂、还原剂和稳定剂组成。在一些配方中加入非离子型或阴离子型表面活性剂，可以增加镀液的润湿能力，有利于氢气的排出，防止镀层氢脆。化学镀铜中使用的表面活性剂有烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、胺乙氧基化物、全氟烷基磺酸钾、聚乙二醇、聚乙烯醇、明胶等。第4页,共27页，星期六，2024年，5月第5页10.2单金属化学镀1.化学镀铜第5页,共27页，星期六，2024年，5月第6页10.2单金属化学镀2.化学镀镍(1)镀液化学镀镍是化学镀中应用最广泛的镀种。化学镀镍溶液由主盐（镍盐）、还原剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、表面活性剂、加速剂及光亮剂等组成。主盐就是各种镍盐，如硫酸镍、氯化镍、乙酸镍、氨基磺酸镍及次磷酸镍等。目前使用最多的是硫酸镍。第6页,共27页，星期六，2024年，5月第7页10.2单金属化学镀2.化学镀镍(2)表面活性剂一方面可以提高镀液的润湿能力，加速气体(H2)的逸出，降低镀层的孔隙率另一方面，由于使用的表面活性剂兼有发泡剂作用，施镀过程中在逸出大量气体搅拌情况下，镀液表面形成一层白色泡沫，它不仅可以保温，降低镀液的蒸发损失，减少酸味，还使许多悬浮的脏物夹在泡沫中而易于清除，保持了镀件和镀液的清洁。第7页,共27页，星期六，2024年，5月第8页10.2单金属化学镀2.化学镀镍第8页,共27页，星期六，2024年，5月第9页10.2单金属化学镀3.化学镀金化学镀金液有置换型和还原型两类，表面活性剂在化学镀金液中起着重要的作用。印制板化学镀金时，导线铜箔周边的绝缘基体上往往会析出金，容易发生镀金层溢出现象。含有阴离子型表面活性剂的置换型化学镀金液和还原型化学镀金液，可以抑制镀液中的微细金粒子静电吸附到绝缘基材上，从而可以抑制镀金层外溢，特别适用于印制板，尤其是高密度卬制板的化学镀金，大大提高了印制板的可靠性。第9页,共27页，星期六，2024年，5月第10页10.2单金属化学镀3.化学镀金第10页,共27页，星期六，2024年，5月第11页10.2单金属化学镀3.化学镀金第11页,共27页，星期六，2024年，5月第12页10.3化学镀合金1.化学镀Sn-Pb合金Sn-Pb合金镀层具有优良的抗蚀性和可焊性等特性，得到广泛应用。化学镀Sn-Pb合金具有设备投资小、适宜于电学上孤立的非连续导体部分的镀覆、镀层厚度均一等优点，应用领域不断扩大。Sn-Pb合金化学镀液中含有Sn2+和Pb2+的可溶性盐、有机酸、硫脲及其衍生物、含氮化合物、还原剂等组分。镀液中添加的咪唑啉甜菜碱、羧基甜菜碱、烷基氢氧化铵等含氮化合物，都是阳离子表面活性剂，旨在提高镀液的高温时效稳定性。第12页,共27页，星期六，2024年，5月第13页10.3化学镀合金1.化学镀Sn-Pb合金第13页,共27页，星期六，2024年，5月第14页10.3化学镀合金2.化学镀其他Sn合金(1)概述虽然Sn-Pb合金镀层具有很多优点，但镀层中含有影响人们身体和环境的Pb。随着人们对环保要求的提高，许多无Pb的Sn合金镀层应运而生。与Sn生成合金的金属有Bi、In、Sb、Zn等，它们在镀液中以Bi2+

、In3+,Sb3+和Zn2+存在。无Pb的Sn合金镀液的组成与Sn-Ph合金镀液相似，包括镀层金属的可溶性盐、有机酸（主要是磺酸衍生物）、络合剂、还原剂、防氧化剂等，也加入了非离子、阳离、阴离子和两性等表面活性剂。第14页,共27页，星期六，2024年，5月第15页10.3化学镀合金2.化学镀其他Sn合金(2)适宜的表面活性剂：十四烷基二甲基羧甲基甜菜碱、十二烷基二甲胺、十八酰二甲基羧甲基甜菜碱、聚氧乙烯(E015)壬酚、聚氧乙烯（EO8)辛胺、聚氧乙烯(EO10)异苯丙酚、聚氧乙烯(EO15)β萘酚，十二烷基二甲基氧化胺等。表面活性剂有助于提高Sn合金镀层的附着性和平滑致密性。其浓度为0.01〜50g/L。镀液温度为45〜90℃。第15页,共27页，星期六，2024年，5月第16页10.3化学镀合金2.化学镀其他Sn合金第16页,共27页，星期六，2024年，5月第17页10.3化学镀合金2.化学镀其他Sn合金第17页,共27页，星期六，2024年，5月第18页10.4化学复合镀层化学复合镀起歩较晚，20世纪70年代初才开始在欧美发展并应用，最先茯得实际应用的化学复合镀层是Ni-P/SiC，至今化学复合镀技术仍有很多问题有侍解决。但其特殊的优越性却吸引人们去积极开发研究。表面活性剂是化学复合镀液的主要添加剂之一，其作用是多种多样的。在化学复合镀中加入表而活性剂，可以改变微粒分散均匀性、亲水性、电极电位等。另外，可改变镀层中微粒的复合量。复合量的增加，使镀层的特殊性质更加突出，如硬度、耐磨性、耐腐蚀性、润滑性等。第18页,共27页，星期六，2024年，5月第19页10.4化学复合镀层1.Ni-P/SiC复合镀层第19页,共27页，星期六，2024年，5月第20页10.4化学复合镀层1.Ni-P/SiC复合镀层Ni-P/SiC复合镀层不仅可以增加镀层硬度，而且可以大大改善镀层的耐磨性。化学镀Ni-P镀层硬度为HV500，而N-iP/SiC镀层为Hv700，热处理后Ni-P镀层硬度增加到HV800,而Ni-P/SiC增加到HV1300。Ni-P/SiC镀层的耐磨性比Ni-P镀层几乎可提高10倍。由于SiC粒子很细，其在化学镀液中的分散很重要，为了提高SiC粒子的分散性，常在镀液中加入表面活性剂。第20页,共27页，星期六，2024年，5月第21页10.4化学复合镀层2.Ni-P/金刚石复合镀层金刚石硬度极高，在考虑用硬粒子作复合镀层时，自然就会选用它。实验表明，天然金刚石施镀效果远不如人造多晶金刚石，而且人造金刚石价格便宜，尺寸容易控制，因此多使用人造金刚石。金刚石的粒度以1-10μm为宜，在镀液中加入表面活性剂可以有效地提高复合镀层中微粒的复合量。第21页,共27页，星期六，2024年，5月第22页10.4化学复合镀层2.Ni-P/金刚石复合镀层第22页,共27页，星期六，2024年，5月第23页10.4化学复合镀层3.Ni-P/PTFE复合镀层PTFE微粒的化学稳定性好，摩擦系数极低(0.05)，表面能也很低(只有18.6mN/m)且具有不黏性等特点，因而Ni-P/PTFE复合镀层具有自润湿、不黏性、耐磨、耐腐蚀等优点。尽管Ni-P/PTFE复合镀层比其他复合镀层发展晚，但却是应用较多的一种镀层。第23页,共27页，星期六，2024年，5月第24页10.4化学复合镀层3.Ni-P/PTFE复合镀层化学镀NiP-PTFF的关键是保证PTFE粒子在镀液中均匀地分散开，并有效地沉积到镀层中去。PTFE是一种高疏水性物质，而且颗粒度细、密度小，均匀分散在镀液中是很困难的。若在镀液中加人适当的表面活性剂，使之吸附于FTFE粒了表面，便可有效地降低水与PTFE粒子问的界面张力，使水在PTFE粒子表面能充分铺展，再借助搅拌等外界作用，可将FTFE粒子均匀分散开，形成均匀的悬浮液。第24页,共27页，星期六，2024年，5月第25页10.4化学复合镀层3.Ni-P/PTFE复合镀层闫康平等研究了非离子、阳离子、高分子类型的六种表面活性剂在Ni-P/PTFE复合镀中的作用。非离子表面活性剂为Tween20、Tw