电镀铜和化学镀铜的性能分析和影响因素

电镀铜的性能分析及影响因素

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0 绪论

●电镀和化学镀概述

在国民经济的各个生产和科学发展领域里，如机械、无线电、仪表、交通、航空及船舶工业中，在日用品的生产和医疗器械等设备的制造中，金属镀层都有极为广泛而应用。

世界各国由于钢铁所造成的损失数据是相当惊人的，几乎每年钢铁产量的，三分之一由于腐蚀而报废，当然电镀层不可能完全解决这个问题，但是良好的金属镀层还是能在这方面做出较大贡献的。电镀和化学镀则是获得金属防护层的有效方法。化学镀方法所得到的金属镀层，结晶细致紧密，结合力良好，它不但具有良好的防腐性能，而且满足工业某些特殊用途。

●化学镀与电镀的优缺点

化学镀与电镀比较具有以下优点：

（1）镀层厚度比较均匀，化学镀液的分散力接近百分之百，无明显的边缘效应，几乎是基材形状的复制因此特适合形状复杂工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。电镀法因受力线分布不均匀的限制是很难做到的。

（2）通过敏化、活化等前处理化学镀可以在非金属（非导体）如塑料、玻璃、陶瓷及半导体材料表面上进行，而电镀发只能在导体表面上进行。因此，化学镀工艺是非金属表面金属化的常用方法。也是非导体材料电镀前作导电底层的方法。

（3）工艺设备简单，不需要电源、输电系统及辅助电极，操作时只需要把工件正确的悬挂在镀液中即可。

（4）化学镀是靠基体材料的自催化活性才能起镀，其结合力一般优于电镀。镀层有光亮或半光亮的外观。晶粒细、致密、孔隙率低。某些化学镀层还具有特殊的物理性能。

电镀也具有其不能为化学镀代替的优点：

（1）可以沉积的金属及合金品种远多于化学镀。

（2）价格比化学镀低得多。

（3）工艺成熟，镀液简单、易于控制。

化学镀铜的应用领域及进展

铜具有良好的导电、导热性能，质软而韧，有良好的压延性和抛光性能。为了提高表面镀层和基体金属的结合力，铜镀层常用作防护、装饰性镀层的底层，对局部渗碳工件，常用镀铜来保护不需要渗碳的部位。

1）印刷线路板通孔金属化处理

目前化学镀铜在工业上最重要的应用是印刷线路板(PrintedCircuit Board，简称PCB)的通孔金属化过程，使各层印刷导线的绝缘孔壁内沉积上一层铜，从而使两面的电路导通，成为一个整体。这种双面孔金属化的PCB可以大大提高可焊性，便于有大量插脚的集成电路元件的安装，提高元件密度，缩小体积。随着微电子工业和计算机工业的迅猛发展，对电子线路和器件而言，都要求其结构尽可能微型化，这就使得化学镀铜在计算机和仪器仪表等微处理机上得到了广泛使用。

印刷线路板通孔金属化处理常分为两大类，即镀薄铜层和镀厚铜层。薄铜层的厚度必须在0．5 um以上，且内壁镀铜层应无孔洞、厚度均匀。这种化学镀铜液不添加还原促进剂，在镀铜液中浸3 min即可获得0.1 pan厚的镀铜层，然后再在硫酸铜电镀液中以1的微电流电镀铜，就可获得0。5 um以上的镀铜层。镀厚铜层是在化学镀薄铜层的基础上继续电沉积铜，达到需要的厚度。

2）内层铜箔处理

制作多层印刷线路板时，为确保内层铜与绝缘树脂的结合力，通常要进行黑化处理。所谓黑化处理，就是在以亚氯酸钠为主要试剂的强碱性溶液中，浸泡内层铜箔后即可获得黑色的氧化铜。黑色氧化铜虽然与环氧树脂具有良好的结合力，但与耐热性和介电性优良的聚酰亚胺、BT树脂、PPE树脂的亲和力不好。

此外，黑化处理形成的氧化铜，在含有盐酸和螫合剂处理液中易被溶解形成孔洞。为了解决上述问题，采用以次磷酸盐作还原剂的化学镀铜工艺，获得针状结晶镀铜层来替代传统内层铜的黑化处理，其镀层的耐蚀性、电可靠性及耐热性等均优于黑化处理后形成的氧化铜膜。

3）电磁波屏蔽

化学镀铜的一个重要应用是作为电子元件的电磁干扰屏蔽罩。为减少电磁干扰，一

些电子元件内外都需要电磁干扰屏蔽罩。由于价格、重量等原因，电子元件的外壳大多采用塑料制成，塑料的电磁干扰屏蔽效果不佳，因此，在塑料外壳的表面通过化学镀铜使其沉积一层金属铜层，可以有效的屏蔽电磁波的干扰。从1966年Lordi首次建议采用化学镀铜屏蔽电磁干扰，到80年代初期已经得到了广泛应用并一直沿用至今。

4）电子封装技术

铝作为复杂电路和焊垫金属化的首选材料一直持续了30多年，但是，随着微电子制造向精细化方向发展，铝电阻较大和散热差的弊端就显现出来，而铜恰好具有这方面的优势。因此，化学镀铜广泛应用于电子封装技术中，其中最突出的就是陶瓷电路衬底的金属化。陶瓷表面金属化不仅解决了陶瓷微粒与金属基体的浸润问题，而且通过焊接可使陶瓷与电子元件相连接。采用化学镀铜技术制备电路基板，导电性好、导热好、键合性能(铜导体上电镀镍／金)及软焊接性能好、工艺稳定、制作方便、成本低廉，是一种对微波和混合集成电路衬底金属化实用有效的工艺。

5）玻璃工业中的应用

模具是玻璃容器成形过程的直接执行者，模具成形过程对模具材料有高光洁度、高导热性、高比热等几个方面的要求。为了改善模具的性能，目前采用铁合金材质的模具表面化学镀铜技术，用以提高模具表面的导热性，改善模具的光洁度，同时降低费用。在装饰玻璃行业，通过化学镀铜的方法在玻璃表面镀一层均匀、致密、光亮的铜膜，既可使其表面具有良好的导电性，为玻璃电镀提供了良好的基底材料，又使其具有较好的金属光泽，大大丰富其表面装饰效果。

6）其他领域的应用

如今，化学镀铜技术已广泛应用于卫星通讯天线超轻波纹波导、雷达反射器、同轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽等制造中。化学镀铜作为装饰性的塑料镀也得到了迅速的发展。由于化学镀铜较镍、铬对环境的污染更小，因此化学镀作为厚的、装饰性的电镀膜的基底在塑料镀方面的应用越来越广泛。铜作为能提供高性能要求的主要材料，在汽车工业和航空工业都得到了应用。近几年来，人们对导电高分子材料的研究相当活跃，在高分子材料表面化学镀铜可获得电导率与铜相近的高分子填充复合材料。

电镀铜的应用领域及进展

1）铜箔粗化处理

铜箔是制造印制板的关键导电材料，但是印制板外层铜箔毛面在与绝缘基板压合制造覆铜板之前必须经过电镀铜粗化处理，使之具有一定的表面粗糙度，才能保证与基板有足够的粘合力。铜箔的粗化处理通常分 2 步：一是在较低铜离子浓度高电流密度下的粗化处理，二是在高铜离子浓度低电流密度下的固化处理。粗化处理过程中必须使用