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水平电镀的原理简介及其发展优势

2011/7/13/8:13来源:慧聪表面处理网

    慧聪表面处理网:水平电镀技术,它是垂直电镀法技术发展的继续,也就是在垂直电镀工艺的基础上发展起来的新颖电镀技术。这种技术的关键就是应制造出相适应的、相互配套的水平电镀系统,能使高分散能力的镀液,在改进供电方式和其它辅助装置的配合下,显示出比垂直电镀法更为优异的功能作用。

    水平电镀原理简介

    水平电镀与垂直电镀方法和原理是相同的,都必须具有阴阳两极,通电后产生电极反应使电解液主成份产生电离,使带电的正离子向电极反应区的负相移动;带电的负离子向电极反应区的正相移动,于是产生金属沉积镀层和放出气体。因为金属在阴极沉积的过程分为三步:即金属的水化离子向阴极扩散;第二步就是金属水化离子在通过双电层时,逐步脱水,并吸附在阴极的表面上;第三步就是吸附在阴极表面的金属离子接受电子而进入金属晶格中。从实际观察到作业槽的情况是固相的电极与液相电镀液的界面之间的无法观察到的异相电子传递反应。其结构可用电镀理论中的双电层原理来说明,当电极为阴极并处于极化状态情况下,则被水分子包围并带有正电荷的阳离子,因静电作用力而有序的排列在阴极附近,最靠近阴极的阳离子中心点所构成的设相面而称之亥姆霍兹(Helmholtz)外层,该外层距电极的距离约约1-10纳米。但是由于亥姆霍兹外层的阳离子所带正电荷的总电量,其正电荷量不足以中和阴极上的负电荷。而离阴极较远的镀液受到对流的影响,其溶液层的阳离子浓度要比阴离子浓度高一些。此层由于静电力作用比亥姆霍兹外层要小,又要受到热运动的影响,阳离子排列并不像亥姆霍兹外层紧密而又整齐,此层称之谓扩散层。扩散层的厚度与镀液的流动速率成反比。也就是镀液的流动速率越快,扩散层就越薄,反则厚,一般扩散层的厚度约5-50微米。离阴极就更远,对流所到达的镀液层称之谓主体镀液。因为溶液的产生的对流作用会影响到镀液浓度的均匀性。扩散层中的铜离子靠镀液靠扩散及离子的迁移方式输送到亥姆霍兹外层。而主体镀液中的铜离子却靠对流作用及离子迁移将其输送到阴极表面。所在在水平电镀过程中,镀液中的铜离子是靠三种方式进行输送到阴极的附近形成双电层。

    镀液的对流的产生是采用外部现内部以机械搅拌和泵的搅拌、电极本身的摆动或旋转方式,以及温差引起的电镀液的流动。在越靠近固体电极的表面的地方,由于其磨擦阻力的影响至使电镀液的流动变得越来越缓慢,此时的固体电极表面的对流速率为零。从电极表面到对流镀液间所形成的速率梯度层称之谓流动界面层。该流动界面层的厚度约为扩散层厚度的的十倍,故扩散层内离子的输送几乎不受对流作用的影响。在电埸的作用下,电镀液中的离子受静电力而引起离子输送称之谓离子迁移。其迁移的速率用公式表示如下:u=zeoE/6πrη要。其中u为离子迁移速率、z为离子的电荷数、eo为一个电子的电荷量(即1.61019C)、E为电位、r为水合离子的半径、η为电镀液的粘度。根据方程式的计算可以看出,电位E降落越大,电镀液的粘度越小,离子迁移的速率也就越快。

    根据电沉积理论,电镀时,位于阴极上的印制电路板为非理想的极化电极,吸附在阴极的表面上的铜离子获得电子而被还原成铜原子,而使靠近阴极的铜离子浓度降低。因此,阴极附近会形成铜离子浓度梯度。铜离子浓度比主体镀液的浓度低的这一层镀液即为镀液的扩散层。而主体镀液中的铜离子浓度较高,会向阴极附近铜离子浓度较低的地方,进行扩散,不断地补充阴极区域。

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