酸性镀铜光亮剂的作用原理

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酸性镀铜光亮剂的作用原理

发布时间:2018.02.06 新闻来源:江苏梦得新材料科技有限公司 浏览次数:


酸性光亮硫酸盐镀铜电流效率高,出光速度快,高整平,全光亮,无毒,成本低,废水处理简单,广泛适用于装饰性五金塑料电镀、电铸和对印制电路的电镀或其他打底镀层。目前对于酸性镀铜光亮剂的种类、商品代号很多,对酸性光亮镀铜的作用机理公开发表的也不少。为此,谈谈我对酸性镀铜光亮剂(M,N,P,SP,MT-580)在生产实践中的一些粗浅体会和认识。
    对于添加剂的正确使用,必须根据添加剂的化学性质,及其在电化学过程中的作用机理加以组合和调整。对于镀层的光亮度不在于添加剂的绝对含量,而在于添加剂的相对组合。由于镀液中加入不同种类的添加剂,包括氯离子在内,金属离子在形成表面络合物时的竞争较为复杂,因而控制各种添加剂之间的相对含量是非常重要,要注重添加剂之间的协同效应和联合作用。因为加入各种添加剂的作用是各不相同的,形成表面络合物的形态是多样的,而各种络合物的离解和放电还原,在电场中所获得的能量大小也各不相同,就在这比较复杂的体系中造成一个放电速率比较均匀和能量变化较宽的阴极电极过程。这也就是说在阴极不同的电流密度区都有较均匀的电沉积速度,有助于整平性和光亮度的提高。
    如若单独使用或其过量都不能得到满意的铜镀层。这是因为单独使用,在阴极表面形成的表面络合物存在的形体单一或在过量的情况下控制了其它添加剂的缔合作用,造成放电速率不均匀性和能量变化的单调性,在其电化学过程中无助于整平性和光亮度的提高。
由于添加的各种添加剂分子量的大小不一,分子结构中的原子基团或功能团的分布,决定了各添加剂物理的、化学的,特别在电化学过程中的电极行为。我们可以从有机添加剂的微分电容可知,各种有机添加剂都有一定的吸附电位和脱附电位。从分子结构决定它们的吸附电位的大小,从配位原子决定了它们对金属离子的络合强度,所以我们对添加剂的组合调整要根据理论与实践相结合的原则,通过试验加以确定。
    在酸性光亮镀铜液中,光亮剂的使用都不单独使用,常与聚乙二醇等表面活性物质组成“混合添加剂”共同使用。据初步分析,这样使用的原因,可以增强吸附膜的致密度和稳定性,即更有利于提高阴极极化作用。
 
例1:聚二硫二丙烷磺酸钠NaO3(CH2)3-S-S-(CH2)SO3Na(SP),由于分子结构决定了它们在阴极表面形成的吸附膜呈“K”字形,所以阴极表面并没有完全被添加剂所覆盖,而这些放电离子在这些漏盖的部位放电就很顺利。正因为如此,当N或M过量时,阴极极化值增加,影响镀层质量,只需添加少量的SP调节来改变阴极的界面结构,使其吸附电位范围变窄一些,电容值增加一些,使吸、脱电位适中,便可获得光亮镀层。
SP聚二硫二丙烷磺酸钠
性状:白色结晶体     含量:98%
作用与机理:
    SP在酸铜镀液中作为晶粒细化剂,提高电流密度,与M、N、PN、GISS、AESS配合使用效果非常显著,它的使用范围很宽,可随温度增减,在15℃—40℃范围内用量为O.015—0.04g/L,如含量过低光亮度便会下降,高电区产生毛刺或烧焦;过高,镀层会产生白雾,也会造成低电区不良,可加入少量N或电解处理.
镀液含量:0.01—0.02g/L
消耗量:0.5-0.8g/KAH 
包装:250g塑瓶 1000g塑袋 10kg、25kg纸箱
 
例2: 2-疏基苯骈咪唑(M)2-mecaptobenzimidazole
含量:99%
性状:微黄色结晶味苦,不溶于水,溶于碱性溶液
作用与机理:
    M可在宽广的温度范围内镀出整平极佳和韧性良好的全光亮镀层,它是良好的光亮剂和整平剂,可以扩大镀层的光亮范围,还可以使N的作用发挥到最大限度.当镀液中M含量过低时镀层的光亮度.整平性均会下降,在低电流密度区也不光亮.M含量过高时,镀层表面会产生细麻沙状,甚至产生桔皮状或烧焦,低电流密度区镀层厚度也会下降,此时可少量加入P或SP来调节或电解处理.
镀液含量:0.0003—0.001g /L
消耗量:0.06g/KAH
包装:100g塑瓶 200g塑瓶 500g塑袋
 
例3:乙撑硫脲(N)Disolfstay sulfourea
含量:99%
性状:白色结晶体,溶于热水,味苦。
作用与机理:
     N和M一样可以在宽广的温度范围内镀出整平性.柔韧性良好的镀层,它的温度范围很宽,加入少量便可获得极好效果.在镀液中N的含量过低时光亮度.整平性均会下降,尤其是低电流密度区光亮度较差或发红.N的含量过高时,镀层会产生树枝状光亮条纹.整平性能下降,一般可加入SP、M或电解处理.
镀液含量:0.0002—0.001g/L
消耗量:0.05g/KAH
包装:100g塑瓶 250g塑瓶 1000g塑袋
 
例4:聚乙二醇(P)   PEG6000-10000  polyglycol
性状:乳白色结晶体
含量:98%
分子量:6000/8000/10000
作用与机理:P必需和其它酸铜中间体组合使用,方可获得全光亮镀层,镀液中P含量过低时光亮度、整平性能均会下降;含量过高时,结合力会显著下降,需大处理解决。
镀液含量:0.05-0.1g/L
消耗量:0.4-0.6g/KAH
包装:1000g塑袋  25kg纸箱
 
例5:酸铜润湿剂 (MT-580)
含量:50%
性状:无色液体,低泡,易溶于水
作用与机理:
    在酸性镀铜槽液中,适量加入MT-580能有效的防止针孔产生,其走位性、整平性特别优良。无憎水膜,且能有效地抑制光剂的分解,提高槽液的稳定性,是染料体系光剂及传统M、N体系光剂的优良载体,可完全取代聚乙二醇。
镀液含量:0.1—0.2lg/L消耗量:10-20ml/KAH
包装:20kg防盗塑桶
储存:存放在通风阴凉干燥处
 
    当CL-离子含量偏低时,在阴极区形成的表面络合物主要以dsp2型络离子形式存在,Cu2+→Cu+还原所需的活化能升高不利于二价铜的分步还原,必然造成二价铜直接向零价铜反应的可能。这就平时观察到的当CL-离子含量偏低时出现的整平性差,镀层粗糙有针孔,甚至烧焦。这是由于阴极区形成的dspz型络离子稳定性过强,而造成阴极极化值增高。也就是说CL-离子偏低导致阴极电化学极化过强。如当CL-离子含量过量时,阴极区的表面络合物主要以sp3d2型形式存在,降低了阴极的极化。所以当CL-含量偏高时,铜镀层的光亮度下降和低电流密度区不亮。这就是说适量的CL-离子能使阴极得电子反应的能量转换达到平衡,有效地调节Cu2+→Cu+的反应速度和阴极极化。
    在酸性镀铜添加剂中选用了含有化学行为特别活泼的官能团硫羧基、巯基、胺基的杂环化合物,这类添加剂在电化学过程中既能与Cu2+组成稳定的dsp2型络离子,又能与Cu2+形成SP型络离子。有效地控制了Cu2+→Cu0的反应,同时又增强了阴极极化。适量的CL-离子能增强聚乙二醇对电流的阻化作用,增强了阴极极化。由于CL-离子的缔合,给Cu2+的dsp2型络离子的还原以一个额外能量的补充,调节了Cu2+→Cu+的反应速度,有效地控制铜离子的分布还原。同时CL-又同Cu+形成难溶性的氯化亚铜吸附膜,减慢了Cu+→Cu0的得电子反应。生产的氯化亚铜、硫化亚铜共同组成的吸附膜在聚乙二醇的协同作用下,阻碍了吸附铜原子的表面扩散,从而使扩散成为沉积机理中的速率控制步骤。这些因素都有利于铜离子的分布还原和定向沉积。可以说CL-离子是整个电化学反应过程中能量转换的调节剂。

下一篇为您介绍: 酸性光亮镀铜层发雾发花的六大因素,如需了解更多我们的信息,请持续关注。
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