添加剂对酸性镀铜耐蚀性的研究

    重庆一三六地质队,重庆 401147  刘启承

    摘要:研究了酸性镀铜工艺中两种添加剂的质量浓度对铜镀层的影响。实验通过塔菲尔方程测定了在不同镀液中所得镀层的耐蚀性能,并研究了PEG和Cl-共同存在时对镀层耐蚀性能的影响。通过实验总结出了PEG和Cl-之间在一定的质量浓度下的协同规律和最佳比例。

    关键词:酸性镀铜;PEG;氯离子;塔菲尔曲线

    中图分类号:TQ153 文献标识码:A 文章编号:1000-4742(2011)04-0015-03

    0前言

    本文主要研究酸性镀铜中的添加剂对所得镀层的影响,通过塔菲尔方程测定出抑制剂(PEG)和Cl-的质量浓度对镀层耐蚀性的影响规律[1-3],并且对电镀机理进行研究,从而得到一组电镀效果比较好的添加剂组合。

    1实验

    1.1实验试剂

    CuSO4(质量分数大于99.0%),H2SO4(质量分数大于95.0%),PEG(质量分数大于99.0%),NaCl(质量分数大于99.5%),无水乙醇(质量分数大于99.7%)。

    1.2实验仪器

    HDV-7C型晶体管恒电位仪,CHI660型电化学工作站,FA1004型电子天平,79-1型搅拌器,KQ-50E型超声波清洗器,DKB-8A型恒温水浴箱。

    1.3工艺配方及工艺条件

    CuSO448g/L,质量分数为98%的H2SO4100mL/L,NaCl30~100mg/L,PEG0.1~0.2g/L,1A/dm2,20°C,均匀搅拌15min。

    1.4样品准备

    实验采用双电极体系,阴极为34#不锈钢片,用环氧树脂封制成直径为1.0cm的圆盘状。实验前依次使用600#,800#和1200#砂纸打磨,然后分别放入蒸馏水和无水乙醇中进行超声波清洗,最后再用质量分数为5%的稀H2SO4活化30min,待用。阳极为含磷铜板。

    1.5测试方法

    采用三电极体系测试镀层耐蚀性能,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为大面积铂片,工作电极为经过电镀的试样;采用浓度为0.5mol/L的浓硫酸作为检测镀层耐蚀性能的腐蚀液。

    2结果与讨论

    2.1搅拌对所得镀层的影响

    图1为在不添加任何添加剂时,在有、无搅拌条件下所得镀层的交流阻抗谱图。由图1可知:在有搅拌情况下得到的镀层的耐蚀性明显比无搅拌的好。这是因为搅拌降低了浓差极化,减小了扩散层的厚度,从而使电沉积时阴极表面的放电金属离子迅速得到补充;搅拌还可以提高电流密度的上限,使操作电流密度增大,减少针孔和毛刺。在无搅拌情况下得到的镀层比较疏松,结构不紧密,并且有很大的孔。

有、无搅拌条件下的交流阻抗谱图

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    2.2PEG-Cl-对镀层耐蚀性的影响

    (1)塔菲尔曲线

    图2为在PEG的质量浓度为0.2g/L的镀液中加入不同质量浓度的Cl-后所得镀层的塔菲尔曲线,经分析所对应的数据,如表1所示。

镀层的塔菲尔曲线

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    由表1可知:当Cl-的质量浓度在30~100mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增加,镀层的自腐蚀电流不断减小,当Cl-的质量浓度为100mg/L时,镀层的自腐蚀电流最小。由此结果可知:Cl-的加入增强了所得镀层的耐蚀性能,并且随其的质量浓度的增加,所得镀层的耐蚀性越好。

    图3是在PEG的质量浓度为0.1g/L的镀液中加入不同质量浓度的Cl-后所得镀层的塔菲尔曲线,经分析所对应的数据,如表2所示。

镀层塔菲尔曲线

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    由表2可知:当Cl-的质量浓度在30~60mg/L时,镀层的自腐蚀电流随着Cl-的质量浓度增大而减小;当Cl-的质量浓度在60~90mg/L时,镀层的自腐蚀电流随着Cl-的质量浓度的增大而增大。

    3·结论

    通过塔菲尔实验可知:在酸性硫酸铜溶液中,当PEG的质量浓度为0.1g/L时,Cl-的质量浓度在30~60mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性提高;Cl-的质量浓度在60~90mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性减小;当PEG的质量浓度为0.2g/L时,Cl-的质量浓度在30~100mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性提高。根据上述研究得到两组比较好的组合:PEG0.1g/L,Cl-60mg/L和PEG0.2g/L,Cl-100mg/L。

    同时在本实验中也对搅拌对镀层耐蚀性的影响进行了研究,结果表明:在酸性镀铜中搅拌能明显改善镀层的耐蚀性能。

    参考文献:

    [1]何兆强.从印制电路板工业的发展看铜箔的前景[J].上海有色金属,2000,2(1):34-39.

    [2]陈达宏.印制电路孔金属化[J].电子工艺技术,2001,22(3):