镀铜：全光亮酸性镀铜

发布时间：2025-04-11 02:46

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核心提示：全光亮酸性镀铜镀液，是在硫酸盐镀铜镀液的基础成分中加入有机组合的光亮剂和添加剂。所镀得的镀层光亮、柔软、孔隙率低、镀液的整平性好，但还存在着操作温度不能高于40℃、形状复杂的零件在低电流密度区光亮较差，槽液维护比较复杂等不足之处

全光亮酸性镀铜镀液，是在硫酸盐镀铜镀液的基础成分中加入有机组合的光亮剂和添加剂。所镀得的镀层光亮、柔软、孔隙率低、镀液的整平性好，但还存在着操作温度不能高于40℃、形状复杂的零件在低电流密度区光亮较差，槽液维护比较复杂等不足之处，因此，近几年来国内许多研究单位和工厂针对这些不足作进一步研究，以期开发出更高水平的新型组合光亮剂(具有全光亮酸性镀铜工艺的操作温度在40℃以上时稳定性能优越、光亮电流密度范围宽、光亮剂用量少、维护操作方便、镀后不需除膜等优良性能)。

(一)全光亮酸性镀铜光亮剂

酸铜光亮剂有二大系列：一类是非染料体系(如传统非染料体系由M、N、SP、P组成)，另一类是染料体系(如日本进口的210)，现就非染料体系的组成、性能作简要的介绍。

1．含巯基的杂环化合物或硫脲衍生物

通式为：R—SH

这一类化合物，既是光亮剂又是整平剂。市售有代表性的有：乙撑硫脲(N)，乙基硫脲，甲基咪唑啉硫酮，2-四氢噻唑硫酮，2-巯基苯骈噻唑，2-巯基苯骈咪唑(M)……

2．聚二硫化合物

通式为：R1—S—S—R2

式中R1为芳香烃(苯基)、烷烃、烷基磺酸盐或杂环化合物；R2为烷基磺酸盐或杂环化合物。

这一类化合物是良好的光亮剂。市售有代表性的有：聚二硫二丙烷磺酸钠(SP)，苯基聚二硫丙烷磺酸钠……

2．聚醚化合物

通式为：(-CH2-CH20-)。

这类光亮剂实质为表面活性剂，采用的是非离子型和阴离子型。这类表面活性剂除了它的润湿作用可以消除镀铜层产生针孔和麻砂现象外，还可以提高阴极极化作用，使镀铜层的晶粒更为均匀、细致和紧密，并且还有增大光亮范围的效果。其不足之处是，因为在阴极上产生一层肉眼看不见的憎水膜，所以镀铜后必须在除膜溶液中除膜，然后方可进行镀镍，以保证镀层的结合力。市售有代表性的有：聚乙二醇(分子量为6000)，OP10或OP21，乳化剂，AE0乳化剂……

上述各类光亮剂必须组合使用。搭配恰当，才能镀出镜面光亮、整平性能和韧性良好的镀铜层。这可能是由于硫酸盐镀铜镀液的总的吸附效果主要依赖于它们的共同作用。

在市场上，有很多全光亮酸性镀铜光亮剂商品，大多是染料型的，选用几个厂商的产品，如表3—3—7、表3—3—8和表3—3—9所列。

(二)工艺规范(见表3—3—7、表3—3—8和表3—3—9)

表3—3—7全光亮酸性镀铜工艺规范(挂镀)(一)

表3—3—8全光亮酸性镀铜工艺规范摘选(挂镀)(二)

表3—3—9全光亮酸性镀铜工艺规范(挂、滚镀)(三)

除膜工艺：

(1)电解除膜法(阳极电解)：

氢氧化钠20g／L 碳酸钠(或磷酸三钠)20g／L

阳极电流密度3A／dm2～5A／dm2 温度30℃～50℃，时间5s～15s

(2)化学除膜法：

氢氧化钠30g／L～50g／L 十二烷基硫酸钠2g／L～4g／L

温度40℃～60℃，时间5s～15s

镀件除膜后，必须经清洗中和(硫酸中和)后再镀光亮镍，如镀亮铜后直接镀铬可以不必除膜。

(三)镀液配制方法

先将计算量的硫酸铜溶解在配制体积2／3的温水中，当硫酸铜完全溶解和冷却后，在不断搅拌下慢慢地加入硫酸(加入硫酸时为放热反应)，静止镀液并进行过滤，再加入规定的添加剂后，试镀合格后即可生产。

(四)镀液成分和工艺规范的影响(以非染料体系为例)

1．硫酸铜

根据生产条件和不同的要求，硫酸铜含量可采用150g／L～220g/L范围内。铜含量低，允许工作电流密度低，阴极电流效率低。硫酸铜含量的提高受到其溶解度的限制，并且镀液中随硫酸含量的增高而硫酸铜的溶解度相应的降低。所以硫酸铜含量必须低于其溶解度才能防止硫酸铜析出。

2．硫酸

硫酸在镀液中能显著降低镀液电阻，能防止硫酸铜水解沉淀。硫酸含量低时镀层粗糙，阳极钝化，增加硫酸含量，能提高均镀能力，但有些光亮剂易于分解。

3．光亮剂

酸性光亮镀铜的添加剂由三个部分组成：光亮剂载体、主光亮剂、整平剂。

(1)光亮剂载体。常采用的为聚乙二醇或0P乳化剂。这些表面活性剂在电极表面上的吸附比其他添加剂都要强。单独添加这类表面活性剂并不获得光亮镀层，必须与其他添加剂配合使用。

(2)主光亮剂。这类光亮剂的结构通式为：

R-(S)m-(CH2)nS03A

式中m=2,n=3～4效果最好；A=H或K、Nap

聚二硫二丙烷磺酸钠(SP)，NN-二甲基硫代氨基甲酰基丙烷磺酸钠(TPS)属于这一类光亮剂。这类光亮剂单独添加即有光亮作用，如与光亮剂载体配用则会得到更为光亮的光亮区。

(3)整平剂。其作用是改善镀液的整平性能，并且能改善低电流密度区的光亮度和整平性，分子结构上差异很大的化合物都可用作整平剂，多数为杂环化合物、染料等。整平剂的含量范围比较窄，有时操作温度不同，其最佳含量范围也不同。含量太低，光亮度和整平性不好，含量太高则容易产生条纹、麻点。

4．氯离子

氯离子是酸性光亮镀铜中不可缺少的一种无机阴离子。没有氯离子便不能获得理想的光亮铜层，但含量过高产生麻点，并影响光亮度和整平性。氯离子其控制为20mg／L～80mg／L。

5．温度

操作温度通常在20℃～40℃之间，如果镀液温度过低，不但允许工作电流密度低，而且硫酸铜容易结晶析出，提高镀液温度，能增加镀液导电度，但会使镀层结晶粗糙。整平性下降。

6．电流密度

电流密度能否提高，取决于镀液成分和其他条件。提高镀液温度、增加搅拌、镀液浓度高等，都能提高允许工作电流密度。电流密度低镀件深凹处不亮，沉积速度慢。

7．搅拌

用阴极移动或压缩空气等方式搅拌镀液，可以增大允许工作电流密度，以加快沉积速度。当采用搅拌时还应配备良好的过滤设备。在添加十二烷基硫酸钠镀液中，不宜采用空气搅拌。

8．阳极

电解铜极在硫酸盐镀铜镀液中往往会产生铜粉，导致镀层产生毛刺、粗糙。若采用含有少量磷(0．030％～0．075％)的铜阳极可以减少铜粉。如果铜阳极含磷量过高，便会产生一层较厚的膜，阳极不易溶解，导致镀液中铜含量下降。

阳极与阴极面积的比例一般为(1～2)：1，在硫酸含量正常和无杂质干扰的情况下，阳极不会钝化，镀液中铜含量能基本保持平衡。为了防止铜阳极中的不溶性杂质落入镀液内而影响镀铜层质量，必须用阳极保护框或阳极袋(二层以上涤纶布)。

9．杂质的影响

一般说来，硫酸盐镀铜镀液中，金属杂质含量允许比其他电镀镀液高一些，这是因为铜的电极电位较正，而在强酸性溶液中，如镍、锌、铁之类金属杂质不致于造成共沉积的条件，因此影响小一些。但砷和锑杂质会使镀层粗糙变脆，某些有机杂质也会影响镀层发脆。

10．光亮剂

光亮剂的添加可用霍耳槽控制或凭经验添加，应该勤加少加。光亮剂的消耗量与镀液中固体颗粒的污染程度、温度、阳极、镀液的维护以及是否采用空气搅拌都有关系。如果控制维护得好，消耗量低。如果单靠补加光亮剂来提高亮度的办法，不仅浪费光亮剂，而且使分解产物很快积累起来，效果并不好。

(五)镀液的净化处理

1．日常净化

硫酸盐镀铜镀液不可能不产生一价铜，如果采用空气搅拌则可以使产生的一价铜氧化成二价铜。如不采用空气搅拌则必须每个班次在镀液中添加30％的双氧水0．1mL／L～0．2mL／L(用蒸馏水稀释后再加入)，以将一价铜氧化成二价铜。采用这个方法处理一价铜时，镀液中的硫酸浓度会逐渐下降，应及时分析补加。一价铜氧化成Cu2+的反应如下：

2．定期净化处理

镀液经过较长时间使用后就应该进行定期净化处理。其方法为：将镀液加热至70％，在搅拌下加入1mL／L～2mlML的30％双氧水，充分搅拌1h，再慢慢加入3g／L～5g／L的粉末状活性炭，继续搅拌0．5h，静置，待镀液澄清后过滤。取镀液进行化学分析和霍耳槽试验，根据其结果调整成分并补加所需量的光亮剂，试镀正常方可生产。

(六)常见故障及纠正方法(见表3—3—10和表3—3—11)

表3—3—10普通硫酸盐镀铜常见故障及纠正方法