铜化学抛光剂配方分析

铜化学抛光剂配方分析

一.背景

化学抛光液广泛应用于金属表面处理，科标技术专业从事化学抛光液配方分析、配方检测、配方还原、成分分析，科标技术为金属表面处理企业提供整套配方改进技术方案；化学抛光与机械抛光、电化学抛光相比,它不需要通电和挂具。因此,可以抛光形状复杂的制品 ,并且生产效率高。化学抛光得到光亮表面 ,提高了铜及铜合金的装饰效果和表面性能。目前国内大多使用铬酐型和硝酸(盐)型的化学抛光液,危害人体健康 ,并污染环境。因此,近年来国内外对铜及铜合金的抛光进行大量的研究,开发了各种污染小、抛光效果好的环保型抛光液。

通过对各种化学抛光工艺如三酸型、H2O2-H2SO4型、H2O2-HNO3型、H2O2-HAc型、以及K2CrO7-H2SO4型等抛光效果及环境影响的比较 ,找到了抛光效果好、污染小的化学抛光液 ,即以 H2O2-H2SO4型为基础配方 ,研究了化学抛光的添加剂,使抛光效果达到或接近镜面光亮的水平。

二.化学抛光液的开发

2.1工艺流程

化学除油-----热水洗-----冷水洗------化学抛光-----

冷水洗-----5% H2SO4脱膜----冷水洗-----转入下道工序

2.2抛光液基础配方

通过对各种不同类型化学抛光液效果比较 ,并反复试验 ,获得了铜及铜合金光亮抛光新工艺 ,其工艺配方如下:

H2O2 (30 %) ,ml/L 450

纯水 490

添加剂A 60

T ,°C 45～50

t ,s 30～100

本工艺中无硝酸或硝酸盐 ,在酸洗过程中不产生 NOx黄烟 ,有利于操作和环保 ,对铜件腐蚀特别小 ,适用于各种铜基零件。由于成份简单 ,控制方便 ,添加剂由 A、B两个组份组成 ,A为开缸剂 ,B为补充剂。平时添加补充时 ,应按 B剂∶H2O2 = 1∶6(体积比)混合后 ,再加到槽液中 ,原则上应不亮即加 ,少加、勤加。对于磷青铜件 ,可在抛光液中再加 10 %(体积比)的氟化氢铵。

2.3反应机理及工艺条件

铜及铜合金的化学抛光过程一般可分浸蚀、光亮、过腐蚀三个阶段。在抛光过程的浸蚀阶段 ,由于金属处于活化状态 ,金属表面不同部位的电化学和物理化学性质的不同导致金属表面的不均匀溶解 ,于是产生腐蚀表面。随着抛光过程的进行 ,金属表面逐渐由活化状态变为钝化状态 ,此时抛光过程进入光亮阶段。由于金属表面凹凸部位的钝化程度不同 ,凸处相对凹处的高度活性和金属离子由凸处向抛光液的高速扩散 ,以及新抛光液高速向凸处的扩散 ,导致凸起部份的优先溶解。另外 ,金属表面凸起部位所形成的钝化膜的不完整和多孔性 ,也加速了凸起部分的溶解 ,结果浸蚀的金属表面被光亮表面所代替。随着抛光时间的延长 ,金属表面的钝化状态被打破 ,产生过腐蚀的金属表面。

(1)添加剂 A、B

A剂、B剂均由硫酸、表面活性剂、H2O2稳定剂、氧化剂等组成。硫酸主要溶解 CuO ,其含量过高会产生过腐蚀;太低 ,则表面易形成白色条纹 ,必须选择合适的含量。H2O2在溶液中不稳定 ,特别是在含铜离子的抛光液中分解更为严重。提高H2O2的稳定性是能否批量生产的关键。因此 ,必须在抛光液中加入稳定剂 ,使H2O2分解减缓或停止。一般使用醇类与其它物质互配来稳定H2O2。表面活性剂有缓蚀和抑制酸雾能力 ,也可提高零件的表面光亮度。

(2) H2O2:

抛光液中的主要氧化剂 ,与硫酸联合作用 ,使制品表面光亮。H2O2浓度太低 ,抛光效果差; H2O2浓度过高 ,则会在酸洗后产生粗糙的粉红色铜层。

(3)温度:

抛光液温度对抛光后的粗糙度和光亮度有很大影响 ,一般随温度升高 ,其粗糙度和光亮度增加。但温度过高 ,会导致过腐蚀 ,产生麻点 ,并且温度过高 , H2O2分解加快。适宜的温度范围为 45～50°C。

(4)抛光时间

抛光时间随温度的升高而缩短 ,抛光时间短 ,则抛不亮;过长 ,又会产生麻点。为了获得镜面光亮度 ,抛光应采取短时、多次的抛光方式 ,每抛一次 ,都要脱膜和水洗一次。

(5)搅拌

在抛光时要求对溶液进行搅拌或抖动零件。一般的操作方法是 ,把零件放入抛光液 ,稍后再抖动零件 ,这样可保证获得高质量的抛光表面。

在配制抛光液的过程中 ,需使用纯水才能达到最佳效果 ,新配制的抛光液 ,第一批零件的抛光时间较长 ,但以后的抛光速度就很快了。

二.参考抛光液配方

组分投料量（g/L）

硫酸350~400

硝酸30~50

双氧水30~100

盐酸40~80

乙酸20~50

2-巯基噻唑啉1~3

硫酸铜1~10

壬基酚聚氧乙烯醚5~10

有机硅消泡剂1~3

水余量

三.市面常见抛光液的种类:

硅材料抛光液、蓝宝石抛光液、砷化镓抛光液、铌酸锂抛光液、锗抛光液、集成电路多次铜布线抛光液、集成电路阻挡层抛光液、研磨抛光液、电解抛光液、不锈钢电化学抛光液,不锈钢抛光液、石材专用纳米抛光液、氧化铝抛光液、铜化学抛光液、铝合金抛光液、镜面抛光液、铜抛光液、玻璃研磨液、蓝宝石研磨液、酸性抛光液、铝材抛光液、金刚石抛光液、钻石抛光液、单晶体钻石研磨液、抛光膏