微晶磷铜球对电镀的影响

摘要 本文主要从外观及金相组织上比较了两种磷铜阳极的个体差异；通过比较电镀实验及两种磷铜阳极在生产使用中的实际效果。并对其产生的原因进行分析、探讨。证明细化晶粒结构的微晶磷铜阳极能在改善电镀品质及提高镀液稳定性和减少维护保养负担方面有非常好的效果。

关键词：磷铜阳极；微晶；镀铜

随着电子电镀技术的发展，电路板制造者们对镀层的性能要求愈加严格。而除了种类繁多的添加剂，磷铜阳极质量的好坏对镀液性能及电镀品质的提高起到举足轻重的作用。目前中国业内逐渐兴起微晶磷铜阳极。

1、 微晶磷铜球和普通磷铜球的区别

行业中所谓微晶磷铜球就是铜球里面的平均晶粒度直径不大于60μm 的磷铜球。（表一是实测国内某厂家生产的普通及微晶磷铜阳极的尺寸）。外观上，由于微晶磷铜球的制造工艺有所不同，其晶粒微小，物理性能更好，所以微晶铜球比普通铜球表面质量更好，更加圆滑，更加饱满，而且没有铜粉产生，而普通的磷铜球表面会有少许铜粉。微观组织结构上，通过金相照片比对发现，普通磷铜球放大200倍可清晰看见晶粒，晶粒较粗大；存在明显晶界，微观有磷富集现象，晶界与晶粒内部的磷出现了不均匀，稍有偏析现象。在实际的电镀应用上就表现为晶界位置特别容易溶解，黑膜厚度未很均匀等；微晶磷铜球放大500倍才隐约看见晶粒，晶粒特别细小，分布十分均匀，组织致密，无晶界；晶界上偏析的元素已经扩散到晶粒，磷的分布更加均匀。（图1（a）（b）是实测国内某厂家生产的普通及微晶磷铜阳极的金相组织图）在化学成分上，两者除了微晶磷铜球的磷含量稍小一点外（0.025-0.050%），其他都无明显区别（见表二）。但是由于微晶铜球晶粒细小，磷分布更加均匀，所以具备了将磷含量向更低范围控制的条件，磷含量低一点的铜的电化学性能更好，所以磷含量的控制范围低一点对电镀品质更有利。

2、在PCB电镀过程中的比较

2.1 大、小电流电镀实验

实验室中，大、小电流实验主要设定时间是电镀30分钟和120分钟，看表面形成黑膜的状况：普通铜球表面磷没有脱落，因此成膜很快，20分钟形成均匀完整的黑膜且稍后黑膜增厚，但黑膜组织疏松，容易脱落，手感检查，铜球上黑膜粗糙有细小颗粒状铜渣；微晶铜球由于制造工艺原因，表面有少许脱磷，成膜较快，30～40分钟基本形成十分均匀完整薄的黑膜。且成膜均匀，膜层薄，结合力强，黑膜手感细腻。对比发现：尽管普通铜球成膜速度最快，但其生成的黑膜组织较疏松容易脱落，在大电流情况下更加明显，而微晶铜球既能很快生产黑膜，也能保证黑膜完整，厚薄均匀，结合力强。较快的成膜速度预示着较少的铜损耗。微晶铜球既能适应小电流的生产需要也能适应由于赶货需要的大电流生产。简而言之，微晶磷铜阳极成膜又快又好，效率和性能都明显优于普通产品[2]。

2.2 实际生产中的效果

从电镀生产线上检查观察，微晶磷铜阳极在钛篮内形成的黑膜薄而致密，阳极袋底部无发现过多的阳极泥；铜球表观光滑，无蜂窝凹凸不平的粗糙面，成球形规则状溶解。电解后生成的黑膜薄而连续致密，手感检查无夹杂微小颗粒且黑膜不容易脱落。另一方面检查生产中使用3个月后的钛篮，阳极袋中镀液流速较快，阳极袋孔隙未被堵塞；袋中黑泥生成少。普通磷铜阳极成膜较厚，容易脱落。长时间使用后形成的黑泥较多，电解一段时间后，大部分表面有凹凸不平的粗糙面，形状成不规则的球形。手感检查有明显的夹杂微小颗粒。从晶体结构上来解释：微晶磷铜无晶界，成膜薄、致密而牢固，晶粒尺寸小自然表现出颗粒与黑膜黏合强度高，不易产生铜球组织的雪崩从而形成细小颗粒的现象，长时间使用后板面铜粒和黑膜泥自然就少，铜球利用率高，而普通磷铜阳极晶粒粗大，组织疏松，成膜厚，晶界处形成的黑膜“粘结力”不够，在电镀过程中粗大的晶粒腐蚀掉落形成大量阳极泥，阳极效率较低。实际生产证明：1、使用普通磷铜球，铜球和阳极袋通常是3个月就要清洗一次，需耗费大量人力物力，铜球利用率只有96-97%；使用微晶磷铜阳极后，铜球和阳极袋使用寿命可以成倍增加，仅6到12月清洗和更换一次，电镀板面铜粒等问题不良率减少了50%，铜球利用率提升了2.5%以上。2、采用微结晶磷铜球，磷膜薄而均匀，有利于阳极正常分解，镀铜效率相对较高；阳/阴极面积比 可降低到1.1：1，适合高纵横比通孔电镀品质需求[3]。

3、结论

1、微晶磷铜阳极为晶体组织结构通过微晶化处理工艺的微晶态铜球，更深层次地改变了金属的晶体组织结构，提高了晶粒分子的运动能力以及扩散能力，晶界上偏析的元素已经扩散到晶粒中，消除了晶界以致达到均匀化，从而使磷的分布更加均匀。实际生产表现为晶粒细化的阳极磷膜生成速度能适应满足PCB电镀工艺要求，阳极膜质更细腻、牢固，不容易脱落，铜球表层溶解均匀，最大限度地降低了因铜球溶解不均造成的铜微粒脱落现象，从而提高了铜的利用率，减少一价铜的产生，既提高了镀层质量又增加了阳极的利用率。

2、黑膜泥生成少，可成倍延长倒缸清洗周期，大大节省了铜球使用成本、人力资源成本、镀液成本、阳极袋成本，提高劳动与生产效率。

3、微晶铜球的使用，使镀板质量得到有效提高，可多创造效益。

参考文献

[1] 中国印刷电路行业协会. 中国印刷电路行业标准-磷铜阳极.2013.

[2] 覃奇贤. 电镀原理与工艺[M] . 天津： 天津科学技术出版社，1993 ：1822183.

[3] 王 瑾 黄云钟. 微晶磷铜阳极对PCB电镀品质改善方面的应用研究.

[4] 沈品华主编.现代电镀手册（上册）.北京：机械工业出版社，2010年6月.