化学镀铜原理.doc

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1、化学镀铜原理发布日期：2012-01-06浏览次数：6我们先看一个典型的化学镀铜液的配方：硫酸铜5g／L甲醛1OmL／L酒石酸钾钠25g／L稳定剂0．1mg／L氢氧化钠7g／L这个配方中硫酸铜是主盐，是提供我们需要镀出来的金属的主要原料。酒石酸钾钠称为络合剂，是保持铜离子稳定和使反应速度受到控制的重要成分。氢氧化钠能维持镀液的pH值并使甲醛充分发挥还原作用。而甲醛则是使二价铜离子还原为金属铜的还原剂，是化学镀铜的重要成分。稳定剂则是为了防止当镀液被催化而发生铜的还原后，能对还原的速度进行适当控制，防止镀液自己剧烈分解而导致镀液失效。化学镀铜当以甲醛为还原剂时，是在碱

2、性条件下进行的，铜离子则需要有络合剂与之形成络离子，以增加其稳定性。常用的络合剂有酒石酸盐、EDTA、多元醇、胺类化合物、乳酸、柠檬酸盐等。我们可以用如下通式表示铜络离子：Cu2+·络合物，则化学镀铜还原反应的表达式如下：Cu2+·络合物+2HCH0+40H一一Cu+2HC00一+H2+2H20+络合物这个反应需要催化剂催化才能发生，因此适合于经活化处理的非金属表面，但是在反应开始后，当有金属铜在表面开始沉积出来，铜层就作为进一步反应的催化剂而起催化作用，使化学镀铜得以继续进行。这与化学镀镍的自催化原理是一样的。当化学镀铜反应开始以后，还有一些副反应也会发生：2HC

3、HO+OH一→CH30H+HCOO-这个反应也叫“坎尼扎罗反应”，它也是在碱性条件下进行的，将消耗掉一些甲醛。2Cu2++HCHO+50H→Cu20+HC00一+3H20这是不完全还原反应，所产生的氧化亚铜会进一步反应：Cu20+2HCHO+20H一→2Cu+H2+H20+2HC00—Cu20+H20→2Cu++20H一也就是说，一部分还原成金属铜外，还有一部分还原成为一价铜离子。一价铜离子的产生对化学镀铜是不利的，因为它会进一步发生歧化反应，还原为金属铜和二价铜离子：2Cu+→Cu+Cu2+这种由一价铜还原的金属铜是以铜粉的形式出现在镀液中的，铜粉成为进一步催化化

4、学镀的非有效中心，当分布在非金属表面时，会使镀层变得粗糙，而当分散在镀液中时，会使镀液很快分解而失效。(1)镀液各组分的影响二价铜离子(主盐)的浓度变化对化学镀铜沉积速度有较大影响，而甲醛浓度在达到一定的量后，影响不是很大，并且与镀液的pH值有密切关系。当甲醛浓度高时(2mol／L)，pH值为11～11．5，而当甲醛浓度低时(0．1～0．5mol／L)，镀液的pH值要求在12～12．5。如果溶液中的pH值和溶液的其他组分的浓度恒定，无论是提高甲醛或者是二价铜离子的含量(在工艺允许的范围内)，都可以提高镀铜的速度。化学镀铜的反应速度(ν)与二价铜离子、甲醛和氢氧根离子

5、的关系可以用以下关系式表示：ν=K[Cu2+]0.69[HCHO]0.20[OH一]0．25在大部分以甲醛为还原剂的化学镀铜液中，甲醛的含量是铜离子含量的数倍。酒石酸盐的含量也要比铜离子高，当其比率大于3时，对铜还原的速度影响并不是很大，但是如果低于这个值，镀铜的速度会稍有增加，但是镀液的稳定性则下降。除了酒石酸钾钠外，其他络合剂也可以用于化学镀铜，比如柠檬酸盐、三乙醇胺、EDTA、甘油等，但其作用效果有所不同。最为适合的还是酒石酸盐。(2)工艺条件和其他成分的影响温度提高，镀铜的速度会加快。有些工艺建议的温度范围为30～60℃，但是过高的温度也会引起镀液的自分解，

6、因此，最好是控制在室温条件下工作。pH值偏低时，容易发生沉积出来的铜表面钝化的现象，有时会使化学镀铜的反应停止下来。温度过高和采用空气搅拌时，都有引起铜表面钝化的风险。在镀液中加入少许EDTA可以防止铜的钝化。其他金属离子对化学镀铜过程也有着一定影响。其中镍离子的影响基本上是正面的。试验表明，在化学镀铜液中加入少量镍离子，在玻璃和塑料等光滑的表面上可以得到高质量的镀铜层。而不含镍离子的镀液里，得到的镀层与光滑的表面结合不牢。添加镍盐会降低铜离子还原的速度。在含镍盐时，镀液的沉积速度为0．4μm／h，不含镍盐时，化学镀铜的沉积速度为0．6μm／h。当含有镍盐时，镍离子

7、会在镀覆过程中与铜离子共沉积而形成铜镍合金。当化学镀铜液中镍离子的含量为4～17mmol／L时，镀铜层中镍的含量为1％～4％。需要注意的是，在含有镍的化学镀铜液的pH值低于11时，有时镀液会出现凝胶现象。这是甲醛与其他成分包括镍的化合物发生了聚合反应。在化学镀铜中，钴离子也有类似的作用，但是从成本上考虑还是采用添加镍较好。当镀液中有锌、锑、铋等离子混入时，都将降低铜的还原速度。当超过一定含量时，镀液将不能镀铜。因此，配制化学镀铜应尽量采用化学纯级别的化工原料。(3)化学镀铜液的稳定性以甲醛作还原剂的化学镀铜不仅仅可以在被活化的表面进行，在溶液本体内也可以进行，而