陸金龍:關於微電子電鍍技術總結(完)

    作者：陸金龍   

    1960年~1965年復旦大學化學系求學。

    1965年~1995年郵電部505廠從事電鍍印製電路板製造高壓靜電粉沫塗裝工程。

    1995年起，被微電子公司聘用，從事微電子電鍍工程。

    職稱：表面處理技術高級工程師。

    慧聰表面處理網註：本文首先對微電子電鍍所需的部分電鍍基礎理論進行概述，之後描述了微電子電鍍的特點，重點在電鍍過程技術工藝及故障原因分析，並在文章最後給出了電鍍中許多重要參數的計算公式，供讀者參考。

    本文大綱目錄如下

    一, 絡合物的配位理論和添加劑的表面吸附理論在電鍍技術中的應用

    二, 簡述絡合劑的配位理論 

    三, 簡述添加劑的表面吸附理論

    四, 微電子電鍍技術的特點

    五, 電鍍過程三部曲和電鍍功能工序

    六, 除塑封體溢料工藝流程

    七, 電鍍工藝流程

    八, 電鍍線的技術管理

    九, 生產線平時維護要點

    十, 對某些鍍層弊病的描述及原因

    十一, 電鍍重要參數的計算公式

    文章開始

    一、絡合物的配位理論和添加劑的表面吸附理論在電鍍技術中的應用

    電鍍藥水中不是有了金屬離子，一通電就能在工件上析出合格的金屬鍍層的。而是要使陰極在一定的極化條件下，才能析出合格的鍍層。

    那麼什麼叫陰極的極化呢？金屬離子在原始的藥水中（沒有絡合劑和添加劑的藥水）有一個析出電位，當陰極上加上這個析出電位值時，金屬離子就接受電子還原析出金屬鍍層。但是析出的金屬是沒有規律的晶格，是疏鬆的鍍層。通過加入絡合劑或添加劑，會使金屬子還原析出鍍層的電位向負方向移動，這種現象稱之為陰極的極化。例如：原來析出金屬鍍層的電位為-1.2伏，加入了絡合劑或添加劑以後使析出金屬鍍層的電位為-1.8伏。這說明陰極極化了，其極化的值為-（1.8-1.2）=-0.6伏。陰極極化了，使析出金屬鍍層相對困難了，需要消耗比原來較高的電能。在相對比較高的電場能下進行電析，也就是在電析時克服了一些阻力。克服了電析的困難，析出金屬（金屬離子得到電子還原的過程）的過程不那麼容易了。這種阻力，這種陰極極化，給離子還原後的排列成整齊的晶格創造了必要的條件。使鍍層變得細膩緻密，而不是疏鬆。我們可以調整絡合劑或添加劑的量，使陰極得到合適的極化值，直至鍍得合格的鍍層。

    二、簡述絡合劑的配位理論

    金屬離子在無絡合劑的條件下，在溶液中是很自由的，加入絡合劑後，絡合物能把中心金屬離子以配位的方式束縛起來，使金屬離子的放電行為變得不自由，增加了放電的困難，甚至改變了離子的電荷性質，由正離子轉為負離子。

    例如：兩個氰根「CN^-」與銀離子「Ag⁺」絡合後，由正離子轉為負離子，使它靠近陰極去放電（接受電子）變得比較困難。

    又例：四個甲基磺酸與二價的錫離子絡合後由正離子轉為負離子，增加了放電的難度，即增加了陰極的極化。

    絡合物對中心金屬離子的配位絡合作用，降低了金屬離子的有效濃度，控制了金屬離子的活度，增加了陰極的極化，為鍍層晶格的細化創造了條件，也就是說絡合配位作用控制了金屬離子的電化學行為，控制了反應速度和電結晶過程。

    三、簡述添加劑的表面吸附理論

    加入鍍液的添加劑、表面活性劑一般是有機物。有機物有兩個特性：（1）具有電阻（2）在工件表面有較大的吸附力。金屬離子要到工件表面（陰極）去放電（接受電子還原），受到吸附在工件表面有機薄膜的阻擋（添加劑的阻擋）。原本可以還原析出的條件，因為有了有機膜的阻擋而不能還原。如果要使其還原（接受陰極的電子），就得增加陰極的電位，使陰極電位變得更負，也就是說有了添加劑的吸附作用，增加了陰極極化。如果我們把吸附在工件表面的有機膜當作成千上萬隻電容器（微觀電容），金屬離子要在陰極上放電（接受電子還原），就得衝破（擊穿）這些微觀電容器，要擊穿電容器，必須增加電場能，必須使陰極電位變得更負，也就是說析出電位向負方向移動。上面說過，析出電位向負方向移動的現象，就是陰極極化了。

    如上所言，通過絡合物配位的方法和加入添加劑的方法，雖然方法不同，理論也不同，但都能達到陰極極化的目的。既然用兩種不同的理論和方法都能增加陰極極化，很自然的，我們經常把二者結合起來同時作用於某種鍍液，使起到協同作用，增加陰極極化。所以常規的鍍液有如下幾種材料組成：

    1,主鹽。含有被鍍金屬的鹽，提供金屬離子。

    2,絡合劑。用於與金屬離子絡合配位，提高陰極極化。同時增加藥水導電能力。

    3,添加劑（包括光亮劑）。吸附在工件表面提高陰極極化。有增加藥水電阻的效應。

    4,潤溼劑。使工件表面與鍍液親潤（它常存在於添加劑中）。

    5,抗氧化劑。防止變價金屬離子氧化（它常存在於添加劑中）。

    6,晶格細化劑。它可使鍍層晶格細膩。

    電鍍工程重要的技術之一就是控制絡合劑和添加劑的濃度。如果二者含量過多，陰極極化過大，會降低陰極電流效率，降低電析速度，增加析氫量，造成嚴重的針孔鍍層。