CN112011821A

CN112011821A - 三价铁溶铜系统

Info

Publication number: CN112011821A
Application number: CN201910479016.8A
Authority: CN
Inventors: 王美华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本发明三价铁溶铜系统应用在需要以铜离子补充的酸性电镀铜系统。本发明三价铁溶铜系统，以三价铁离子在酸性条件下作为氧化剂，氧化铜单质得到铜离子，溶出来的铜离子补充电解液内减少的铜离子，同时三价铁转化成二价铁。电镀过程利用铁离子的特殊电位，只析出铜单质。本发明取代磷铜球或者氧化铜粉作为铜离子补充，没有阳极泥，没有氧化铜粉粉末，不会产生电镀颗粒，电镀品质更稳定。同时没有清洗阳极的废水，节省劳动力，不需要把铜生产成氧化铜粉，缩短工艺流程，提高铜的利用率，节能减排，降低成本。

Description

三价铁溶铜系统

技术领域

本发明应用在需要以铜离子补充的电镀铜系统。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

近年来，电路板发展越来越大，产业规模越来越来越大，现在电镀用铜球作为阳极，或者用不溶性阳极钛网。可溶性阳极铜球作为铜离子的补充，有阳极泥，需要定期保养清洗，浪费铜球，产生大量废水，大量体力劳动；另一种不溶性阳极使用氧化铜粉作为电镀铜离子补充，氧化铜粉溶解缓慢，粉末添加容易泄漏，由铜转化成氧化铜粉生产成本高，增加了工艺流程，以及环境空气污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电镀铜离子补充方法，既可弥补传统电镀的不足，同时又不影响电镀的品质，降低成本，减少环境污染。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

现在的电解液中的电解质有：Cu²⁺、H²⁺、SO4^2-、Cl^-、添加剂，新发明是在现在电解液中加入硫酸亚铁，即加入铁离子。增加一个专用的溶铜槽，并在槽内添加纯铜(纯铜粒、纯铜球、或者纯铜角)。

本发明是利用三价铁离子的氧化性能，将纯铜氧化成铜离子，溶入电镀溶液中。同时利用铁离子的特定电位，电镀时只能析出铜单质，而铁离子不会析出。

Cu²⁺+2e-＝Cu0+0.3419V

Cu⁺+1e-＝Cu0+0.521V

Fe²⁺+2e-＝Fe-0.447V

Fe³⁺+3e-＝Fe-0.037V

Fe³⁺+1e-＝Fe²⁺0.771V

本发明电解液包含，Fe²⁺，Fe³⁺，Cu²⁺，Cl^-，SO4^2-，H⁺，以及添加剂。

硫酸亚铁溶于电解质中，形成游离的Fe²⁺，Fe²⁺被电镀槽阳极产生的氧气氧化(参见图2)，发生氧化反应生成Fe³⁺。游离的Fe³⁺具有较强的氧化性，在溶铜槽内和铜发生氧化还原反应(参见图1)，生成游离态的Cu²⁺，以及Fe³⁺转化成Fe²⁺，溶铜槽内电解液中的Cu²⁺浓度升高，过滤泵浦把溶铜槽内高Cu²⁺浓度电解液转移到电镀槽的阴极区域；电镀槽电镀过程中，阴极得到电子发生电化学反应析出铜单质(参见图3)，铁离子不会被析出；同时电镀过程中阳极发生电化学反应产生氧气(参见图4)，产生的氧气与电解液中的Fe²⁺发生化学反应生成Fe³⁺。

电镀过程中，阴极区域不断补充高Cu²⁺浓度的电解液，参与完电化学反应后流向阳极区域，Fe²⁺在阴极表面不发生任何电化学反应，并随电解液一起流向阳极在阳极区域与阳极表面产生的氧气发生化学反应生成Fe³⁺；阳极区域电解质包含低Cu²⁺浓度，高的Fe³⁺浓度，阳极区域电解液不断得到从阴极区域流过来的电解液的补充，使得阳极区域的电解液溢流到溶铜槽。在溶铜槽内Fe³⁺和铜单质发生氧化还原反应得到游离态的Cu²⁺，再通过泵浦转移到电镀槽，形成一个稳定的循环(参见图5)。

附图说明

图1铜单质被Fe³⁺氧化成游离的Cu²⁺反应方程式

图2 Fe²⁺氧化成Fe³⁺反应方程式

图3 Cu²⁺得到电子生产铜单质的反应方程式

图4电镀阳极产生氧气的化学反应方程式

图5电解液流动循环图

具体实施方式

电镀槽采用不溶性阳极

配制合适浓度的电解质溶液：五水合硫酸铜提供Cu²⁺；硫酸提供H⁺；盐酸提供Cl^-；七水合硫酸亚铁提供Fe²⁺；DI水及合适的电镀添加剂。

溶铜槽和电镀槽通过过滤泵浦相连接，过滤泵浦把溶铜槽内高浓度Cu²⁺的电解液过滤后抽入电镀槽阴极区域，并均匀分布。阴极区域电解液发生电化学反应后流向阳极区域。阳极区域的电解液发生化学反应后溢流到溶铜槽。在溶铜槽内发生氧化还原反应后得到高Cu²⁺浓度电解液，再通过泵浦过滤后流向电镀槽。

本发明中，所述的铁离子浓度为1～40g/L，例如铁离子的质量浓度为1g/L、10g/L、15g/L、25g/L、30g/L、40g/L、50g/L

本发明中，所述酸为硫酸，其浓度为20～290g/L，例如硫酸的质量浓度为30g/L、60g/L、90g/L、120g/L、150g/L、180g/L、210g/L、240g/L、270g/L、290g/L

本发明中，所述铜离子浓度为5～65g/L，例如铜离子的质量浓度为5g/L、15g/L、25g/L、35g/L、45g/L、55g/L、65g/L

本发明中所述氯离子，其浓度为10～180ppm，例如氯离子的质量浓度为10ppm、50ppm、90ppm、130ppm、180ppm

本发明中所述电镀添加剂可以根据需求选择。

实施例1

配制电解液(配制量满足电镀槽和溶铜槽循环)，Cu²⁺：20g/L(80g/L CuSO₄·5H₂O)；H2SO4：240g/L；Cl^-：70ppm(0.175ml/L 36.5％盐酸)；Fe²⁺：25g/L(125g/L FeSO₄·7H₂O)；适量的电镀添加剂，补加水至合适的液位，温度控制30℃至35℃，所有组分搅拌均匀。

电镀槽电镀，1ASD直流电镀铜，析出纯铜，铜面正常；5ASD直流电镀铜，析出纯铜，铜面正常；脉冲电镀1ASD有效电流密度电镀铜，析出纯铜，铜面正常；脉冲电镀5ASD有效电流密度电镀铜，析出纯铜，铜面正常。

实施例2

配制电解液(配制量满足电镀槽和溶铜槽循环)，Cu²⁺：40g/L(160g/L CuSO₄·5H₂O)；H2SO4：40g/L；Cl^-：70ppm(0.175ml/L 36.5％盐酸)；Fe²⁺：30g/L(150g/L FeSO₄-7H₂O)；适量的电镀添加剂，补加水至合适的液位，温度控制30℃至35℃，所有组分搅拌均匀。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各参数的变化、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明用纯铜替代磷铜球，有效提高了镀液的纯度，没有阳极泥的污染，可以应用到要求更高的电镀，无颗粒。同时也节省了纯铜生产成磷铜球的成本，缩短了工业流程。

(2)本发明电镀槽阳极采用不溶性阳极，电镀均匀性好，有效提高了电镀的品质。

(3)本发明可以节约水，同时也降低了劳动力成本，提高了铜的利用率。传统的铜球做阳极需要定期清洗阳极铜球，更换新阳极袋，丢弃小铜球，产生大量废水。

(4)本发明可以提高劳动效率，提高设备的架动率，传统铜球做阳极需要定期添加铜球，需要停机；本发明添加纯铜可以任何时间在溶铜槽补充。

(5)本发明可以提高生产安全，工作环境得到改善。传统的铜球作阳极电镀需要在生产线上添加铜球，空间有限，容易摔倒，传动安全；同时生产线上酸气比较严重，本发明可以把生产线做成密封的系统。

(6)本发明取代了氧化铜粉的添加，没有粉尘污染，减去了纯铜生产成氧化铜粉的成本，缩短了工艺流程。

Claims

1.一种溶铜系统，其特征在于其溶液用含有Fe³⁺、Fe²⁺，利用Fe³⁺氧化铜为电镀溶液提供Cu2+的补充，所述总铁离子的浓度为1～50g/。

2.根据权利要求1所述的溶铜系统，其使用的酸为硫酸，所述硫酸的浓度为20～290g/L。

3.根据权利要求1或2所述的溶铜系统，所述的铜离子浓度为5～65g/L。

4.根据权利要求1-3之一所述的溶铜系统，其特征在于，所述溶液包含氯离子，和合适的电镀有机添加剂。

5.根据权利要求1-4所述的溶铜系统，其特征在于所述的氯离子浓度为10～180ppm。

6.根据权利要求1-5所述的溶铜系统，其特征在于可以根据电镀的需求为直流电镀和脉冲电镀提供铜离子补充。

7.根据权利要求1-6所述的溶铜系统，其特征在于该溶铜系统可以为各种电镀系统提供铜离子。