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磷铜阳极

  • 分类:基础技术
  • 发布时间:2020-12-29
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【概要描述】酸性光亮镀铜的阳极必须采用含磷铜阳极;因为不含磷的铜阳极在镀液中溶解速度快,其阳极电流效率高,导致镀液中铜离子累积,又由于阳极溶解速度快,导致较多铜粉进入溶液,从而形成较多铜粉浮于液中,使镀层变得粗糙,产生节瘤,同时阳极泥也增多。

磷铜阳极

【概要描述】酸性光亮镀铜的阳极必须采用含磷铜阳极;因为不含磷的铜阳极在镀液中溶解速度快,其阳极电流效率高,导致镀液中铜离子累积,又由于阳极溶解速度快,导致较多铜粉进入溶液,从而形成较多铜粉浮于液中,使镀层变得粗糙,产生节瘤,同时阳极泥也增多。

  • 分类:基础技术
  • 发布时间:2020-12-29
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1.磷铜阳极在镀铜中的作用
   磷铜阳极的优点有:消除或者减少铜粉的生成;降低阳极极化;阳极在电镀过程中溶解均匀。

    酸性光亮镀铜的阳极必须采用含磷铜阳极;因为不含磷的铜阳极在镀液中溶解速度快,其阳极电流效率高,导致镀液中铜离子累积,又由于阳极溶解速度快,导致较多铜粉进入溶液,从而形成较多铜粉浮于液中,使镀层变得粗糙,产生节瘤,同时阳极泥也增多。

    1954年,Nevers等人,对铜阳极的研究为酸铜工艺的发展作出了重大贡献。他们发现,如果用含有杂质的火法铜做阳极,铜在阳极溶解时几乎不产生铜粉,实际上没有阳极泥,阳极上生成一层结合相当牢固的黑色胶状膜。美国黄铜公司通过广泛的研究表明,如果在纯铜上加进0.005%以上的磷或砷,电解时阳极表面上就产生一层从黑棕色到黑色的膜,铜粉的生成能够被抑制。1981年保加利亚的等人191测定了黑色膜的组成,发现黑色膜主要是Cu3P,并且有金属导电性能;这样就解释了黑色膜不会使阳极钝化的原因。他们认为磷的作用在于含磷铜阳极溶解时产生的一价铜生成从而阻止了歧化反应的产生。

    使用优质含磷铜阳极,在电镀过程中能在阳极表面形成一层黑色保护膜,它像栅栏一样,能控制铜的溶解速度,使阳极电流效率接近阴极电流效率,镀液中的铜离子保持平衡,并大大减少了阳极泥。阳极中磷含量应保持适当,磷含量太低,阳极黑膜太薄,不足以起到保护作用;含磷量太高,阳极黑膜太厚,导致阳极屏蔽性钝化,影响阳极溶解,使银液中铜离子减少。无论含憐量太低或太高,都会增加添加剂的消耗,影响镀铜质量及镀液中铜离子浓度的较大波动,需要经常调整,增加工艺稳定控制的困难。 

2.影响磷铜阳极电镀质量的因素   
影响电镀铜质量的因素有:阳极材料、槽液污染、阳极袋大小、温度和电流密度、阳极和阴极面积比等。
    1.杂质含量的影响

    有研究发现,PCB孔内壁镀铜层十分粗糙,瘤状物明显,其原因除了磷含量及磷晶粒分布影响之外,另一重要原因与阳极杂质有关,杂质主要包括铁、铅、硫、镍、银等,他们不仅可以造成板面及孔内镀层粗糙,还可以破坏添加剂的功能,降低镀铜层的可焊性,减弱镀铜层的延展性,在PCB受到热冲击时容易造成孔壁拐角处断裂。电解铜纯度已经达到99.95%,一般可以满足PCB电镀要求;但是不能够采用杂质铜或者回收铜作为原材料。

    2.磷含量的影响

    要得到铜镀层光滑、光亮、细密,磷含量一般控制在0.04%-0.06%。之间比较理想;磷含量过低,造成阳极泥增多,阳极表面粗糙。Cu3P磷膜太薄,结合力不好,使镀铜液中铜离子浓度累积而升高,也影响镀液稳定,增加工艺控制的困难。

    3.磷晶粒分布的影响

    磷晶粒分布不均匀的阳极,会产生?08孔内瘤状物的铜镀层。这是由于磷晶粒分布局部过大或过少的结果。在PCB制造过程中,电镀铜阳极不但磷含量要在一定范围,而且要求磷晶粒分布也要均匀细密,这对镀层及槽液的控制都会得到很大的改善。磷晶粒分布的均匀好坏,与磷铜生产的工艺有关。

    4.磷晶粒大小的影响

    根据冶金学理论,不纯物位于晶粒交界处,磷在细小晶粒中分散最均匀。细小晶粒会产生高附着力的黑膜。这种黑膜能够较好的保留在阳极表面上,使它们不容易掉落而形成阳极泥。晶粒粗糙的磷铜阳极材料,一部分大的晶粒会被镀液从阳极上腐蚀下来,这些阳极颗粒累积形成阳极泥;故生产工艺落后,形状和大小任意成型的晶粒不能够有磷的均匀分布;虽然他们也能够产生黑膜,但是,这些黑膜不能够粘附在磷铜表面,而是形成阳极泥,这些阳极泥会透过阳极袋进入镀槽,容易造成PCB镀件表面的粗糙,对低线宽的高品位线路板,也可能引起短路等品质问题。

    5.氯离子的影响

    氯离子是酸性光亮镀铜溶液中不可缺少的成分,这是由于它在镀液中除了与一价铜生成不溶于水的氯化亚铜,消除了一价铜的影响外,还能够降低和消除光亮镀铜层因夹杂有机光亮剂及其分解产物所产生的内应力,提高了镀层的延展性。镀液中氯离子浓度控制在才能够镀出光亮和延展性优良的铜镀层;氯离子浓度过高,超过其上限,铜镀层的光亮度便会下降及低电流密度区不亮,严重时会造成镀层粗糙和产生毛刺,PCB板件边角甚至出现“烧焦”现象。

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