《表面处理技术教程》电子课件 第3章第2节电化学基础(3)

一、电镀溶液
1、主盐：
溶液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐。

主盐浓度：都有一个适宜的范围
或与其他成分维持适当的浓度比值。

主盐浓度高，可以使电流密度的上限值提高。

影响电镀层质量的基本因素
2、导电盐：
在溶液中提高溶液导电能力，对放电金属不起配合作用的盐。

3、缓冲剂
能够调节溶液的pH值，在一定范围内使pH值的变化幅度减小。

4、阳极去极化剂
是在电镀时阳极电位变负，促进阳极溶解。

5、配合剂（络合剂）
能配合主盐中金属离子、形成配合物的物质。

配合剂能使镀层的结晶变细致，同时能促进阳极正常溶解。

游离配合剂：配合剂的含量高于所需配合的金属离子，这些多余的配合剂称为游离配合剂。

6、添加剂—不会明显改变电性，但能显著改善镀层性能的物质
（1）光亮剂
它是能使镀层光亮的物质。

（2）整平剂
它是能使镀件的微观谷处比微观峰处镀得更厚镀层的能力的物质。

（3）润湿剂
能使溶液易于在电极表面铺展的物质。

（4）应力消除剂
它是能降低镀层内应力，提高镀层韧性的物质。

（5）镀层细化剂
能使镀层结晶细致的物质。

二、工艺条件
1、电流密度（D K ）
电流密度是电流强度除以镀件的面积
D K = I/S （单位A/dm 2 ）
它表示要完成这次的电镀需要在电极上加多大的电流。

例如：光亮镀镍配方中D K = 2~4 A/dm 2
这说明：在工件上镀镍需要在每平方分米的面积上加上2~4安培的电流才能完成电镀镍的过程。

任何镀液都有一个获得良好镀层的电流密度范围，如：2~4 A/dm3 。

电流密度的最小值（即获得良好镀层的电小电流密度）称为电流密度的下限。

而最大值（即获得良好镀层的最大电流密度）称为电流密度的上限。

电流密度的范围大小，通常是由镀液的性质、主盐浓度、镀液温度、搅拌和pH值等决定的。

一般规律是：
提高主盐浓度、升高温度、加速搅拌镀液及降低镀液的pH值（在弱酸性或弱碱性镀液不同），可以提高电流密度的上限，有时向镀液中加入适量的盐或添加剂，也能提高电流密度的上限。

2、温度
升高温度有利于镀取良好的镀层，升高温度还具有提高溶液的电导性，促进阳极溶解，提高电流效率，减少针孔降低内应力等效果。

镀层针孔
电流效率
电流效率高，说明实际获得的金属多，电流效率低，说明实际获得的金属少。

3、pH值
每一种镀液都对溶液的酸碱性有要求的，所以在镀液的配制时以及在镀液的维护时都要考虑溶液的pH 值，不同的镀液要求的pH值是不同
要维持配制要求的酸碱性才能使电镀的镀层质量有保证。

4、搅拌
搅拌是强制镀液对流，使电镀时阴极表面放电金属离子得到迅速地补充。

如果有搅拌可以提高电流密度的上限，加快沉积速度或提高镀层的整平性。

5、周期换向电流
6、脉冲电流
三、阳极
电镀时发生氧化反应的电极为阳极。

1、不溶性阳极作用是：导电和控制电流在阴极表面的分布（本身不溶解）
2、可溶性阳极的作用：同上两种作用，并补充镀液中在阴极析出的金属离子。

☐一、镀液成分
☐1、主盐
☐2、导电盐
☐3、缓冲剂
☐4、配合剂
☐5、添加剂
☐6、阳极去极化剂
☐二、工艺条件
☐ 1 、电流密度2、电流波形
☐3、温度4、搅拌5、pH值☐三、阳极
☐四、基体材料性质和表面状态
☐五、析氢
电镀原理
原理示意图
第五节电镀铜
一、概述—铜镀层的性质（PCB板）（1）具有良好的导电性能
（2）具有良好的延展性能
（3）具有良好导热性能
（4）在干燥的空气中具有一定的耐腐
蚀性
（一）铜镀层的作用
１、加厚镀铜层（全板镀铜）——一次铜
在孔金属化后的化学铜层上加厚镀
厚度：５～８微米
２、图形镀铜——二次铜
是作为图形镀Pb/Sn（或镀镍层）的底层
厚度：20~25微米
图形电镀工艺
覆铜箔板→开料→NC钻孔→孔金属化→全板预镀铜→正相图形转移→电镀铜→电镀锡→去保护膜→蚀刻→退锡→插头镀镍/金→印阻焊及字符→防氧化处理（热风整平）→铣外形→检验→成品
图形电镀
对印制电路板的导电图形（包括金属化孔）进行选择电镀。

图形电镀是印制电路板制造技术中应用最广的一种工艺技术
（二）对镀铜层的要求
在PCB的制造中，由于铜的导电性能好，电阻率低，因而广泛地应用于制造导电图形和层间金属化孔互连。

因此其电气性能和机械性能的好坏，对PCB的质量和可靠性起着决定性的作用。

为了保证镀铜层具有良好的导电性，电镀铜层的纯度应在99.9%以上，其它金属元素和有机杂质不得超过0.01%,所以要尽时少加添加剂和采用高纯度的阳极。

2、优良的延伸率和抗张强度———韧性
PCB对镀铜的机械性能主要是韧性
电镀铜应具有较高的韧性
较高的韧性的镀层，可以保证PCB孔内镀铜层在受到热风整平、焊接和返工热冲击时，不致于发生树脂与镀铜层之间断裂。

没有好的金属韧性，多层板孔内是极易发生第二层和第N-1层互连断裂。

3、镀层与基体结合牢固
铜本身具有良好的导电性和机械性能。

同时，铜比较活泼易于被活化，能够与其他金属层形成金属间的健合作用，可获得良好的结合力。

因此印制板的导线与互连导体绝大多数采用铜或电镀铜来实现
铜镀层是电镀在板面的铜上或孔内的基材上的，要求铜镀层与基体牢固的结合。

避免在热冲击下等条件下发生分层、起皮和起泡等缺陷
镀层剥离示意图
裂缝示意之一
裂缝示意之二
裂缝示意之三
4、Ts:Th=1:1
板面镀层厚度和孔壁镀层厚度之比接近于1：1
只有板面及孔内镀层厚度均匀，才能保证镀层有足够的强度和导电性，这必须要求镀层有良好的分散能力与覆盖能力。

5、镀层均匀，细致、有良好的外观
（三）对镀铜液的要求
1、具有良好的分散能力和覆盖能力
保证Ts:Th=1:1
2、操作的电流密度范围宽
3、镀液稳定，便于维护，对杂质的容
忍度高
二、镀铜液的选择
常规的酸性硫酸铜镀液有两种体系，要获得高韧性的铜镀层也只有采用低二价铜、高硫酸配方和中等或偏低的电流密度才能实现
三、酸性硫酸铜镀液
1、电镀铜的原理
在电镀过程中主要有二种电极的反应，一个是阳极的电极反应，另一个是阴极的电极反应。

阴极的电极反应：
二价铜离子+ 2e→铜原子
（溶液中）（PCB板上）
Cu2++ 2e→Cu
阳极的电极反应：
铜原子—2e →二价铜离子
（磷铜球上）（溶液中）
Cu —2e→Cu2 +
在阳极会有一些副反应发生，铜原子可能不以二价铜(Cu2+ )的形式进入溶液，而以一价铜(Cu+ )的各种形式进入溶液，这对电镀质量有不良影响。

2、酸性硫酸铜镀铜液的成分及作用
配方：
CuSO 45H 2O 60~100g/L H 2SO 4 160~200g/L Cl -40~80mg/L 添加剂6~10mL/L
见书P88~91
2、酸性硫酸铜镀铜液的成分及作用
CuSO4 ：C↗，Dk上限↗，但分散能力下降，镀层粗糙，抗张强度低。

H2SO4：C↗分散能力↗镀层均匀性↗，但过高镀层脆性增加，过低，镀层粗糙，阳极钝化。

Cl-：无Cl-而单独使用光亮剂，则得不到满意的光亮镀层；可帮助阳极正常溶解，但过高会出现白色沉淀
3、工艺条件及影响
温度、搅拌、电流密度（Dk）、阳极
1）温度：影响Dk大小、机械性能、添加剂的使用寿命。

T↗Dk上限↗镀层光亮性↘添加剂使用寿命↘；
T↘………↘……………↗………………↗；
2）搅拌：使C溶液均衡，Dk上限↗，镀层细致
3）Dk：当其他条件一定时，Dk大小决定了印制板的质量
Dk↗，生产效率↗，阴极极化↗，晶格缺陷↘
机械性能。

但太高，均镀能力下降，镀层粗糙；太低，镀层不光亮，生产效率低。

4）阳极：可溶性磷铜阳极（磷铜球）详细见后
“假电镀”的作用
1、可活化镀液，并除去镀液中的微量杂质；
2、使磷铜阳极表面形成一层均匀的阳极膜，从而阻止阳极的副反应。