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    工艺技术 详解硫酸铜电镀工艺

    作者:admin  来源:   发表时间:2015-6-16 21:16:55  点击:3433
    销售热线:0755-29591425   网址:

        慧聪表面处理网讯:铜既要掩盖钢辊的缺陷,又要为下道工序——电雕展示最好的工作面。镀铜是一个极为复杂的过程,对其控制应极为严密,稍有马虎,就需要耗费大量的时间、人力、物力来纠正所出现的问题。

        (一)镀铜工艺流程

        金工滚筒→检验→发配滚筒→滚筒前处理→预镀镍→打磨清洗→镀铜→卸滚筒→交车磨

        (二)滚筒镀铜原理

        镀铜层呈粉红色,质柔软,具有良好的延展性。

        镀铜槽中电解溶液的主要成分是硫酸(H2SO4)和硫酸铜(CuSO4·5H2O)。铜在这种溶液中以铜离子(Cu2+)形式存在。电解铜作为阳极,按半圆弧分布于电解溶液中,并与电源阳极相接。滚筒横放在电解槽中,其表面有的是全部浸入电解溶液中,有的是半浸或1/3浸入电解溶液中,它与阴极相接,并以一定转速旋转。通电后,阴阳两极发生化学反应,铜离子带有正电荷,被阴极吸引,在阴极获得电子而形成铜原子,并附着在滚筒上,完成电镀。但事实上,由于某些原因会干扰这种反应过程,正负离子始终不会平衡,所以在实际生产中不容易制得很满意的电镀滚筒。针对这种情况,只能尽力做到减少干扰因素,根据本公司的条件,进行各种器材、工艺的匹配,以制得满意的电镀滚筒。

        (三)加强导电性管理

        提高铜层质量,重要的是控制好电流差,保证导电部位干净和接触良好,使电流值分布均匀,使滚筒两端和中间的铜层硬度一致。

        (四)镀铜液的主要成分

        凹版电镀采用硫酸盐镀铜,镀液的基础成分是硫酸铜和硫酸。硫酸铜用来供给镀液中的铜离子,硫酸则能起到防止铜盐水解、提高镀液导电能力和阴极极化的作用。由于镀液的电流效率高(近于100%),可镀得较厚的镀层。当然,要保证各种化学品的纯度与稳定。镀铜液的主要成分如下:

        1.硫酸铜(CuSO4·5H2O),是蓝色晶体,颗粒大小如玉米粒,应尽量无黄色,工业级可用。根据生产条件和不同要求,硫酸铜的含量有的公司规范为200~250g/L,有的为210~230g/L,有的为180~220g/L。硫酸铜含量低,允许的工作电流密度低,阴极电流效率低。硫酸铜含量的提高受到其溶解度的限制,并且电镀中随硫酸含量的增高,硫酸铜的溶解度相应降低。所以硫酸铜含量必须低于其溶解度,以防止其析出。

        2.硫酸(H2SO4),在镀液中能显著降低镀液电阻,防止硫酸铜水解沉淀。其化学反应式如下:

        CuSO4+2H2OCu(OH)2+H2SO4

        若发出像氨水一样的气味,则有问题。若槽液浓度不合适,会产生Cu2+,使镀铜面出现麻点和针眼。

        硫酸含量低时,镀层粗糙,阳极钝化。增加硫酸含量,能提高均镀能力,但有些光亮剂易于分解。其含量有的公司规范为40~60g/L,有的为55~65g/,有的为60~70g/L。

        有的公司把硫酸铜含量控制在180~270g/L,硫酸含量控制在55~65g/L,取得了很好的效果,使铜层达到最佳硬度,并延长了存放期。

        在温度为15℃条件下,硫酸铜+硫酸含量与波美度的对应关系如表2所示。

        3.氯离子(Cl-),通过加入少许盐酸获得。氯离子是酸性光亮镀铜中不可缺少的一种无极阴离子。没有氯离子便不能获得理想的光亮铜层,但氯离子含量过高会使镀铜层产生麻点,并影响光亮度和平整性。应根据添加剂的要求使用,如:美吉诺添加剂为50~60ppm,Hard为50ppm左右,大和G为80~120ppm。

        (五)镀液配制方法

        先将计算量的硫酸铜溶解在2/3配制体积的温水中,当硫酸铜完全溶解和冷却后,在不断搅拌下慢慢地加入硫酸(加入硫酸为放热反应),静止镀液并过滤,再加入规定的添加剂后,试镀合格即可投入生产。

        (六)工艺条件

        1.电流密度(DK)

        电流密度在滚筒全浸时为15~18A/dm2,半浸时为20~30A/m2。电流密度能否提高,取决于镀液成分和其他条件,如:提高镀液温度、加强搅拌、镀液浓度高等都能提高工作电流密度。

        2.温度

        镀液温度在全浸时为42±1℃,半浸时为38±1℃较适宜。如果镀液温度过低,不但允许的工作电流密度低,而且硫酸铜容易结晶析出;镀液温度高,则能增强镀液导电性,但会使镀层结晶粗糙;若镀液温度超过45℃,铜层会变软,版面发白。#p#分页标题#e#

        3.镀铜时间

        镀铜时间应根据所要求的铜层硬度而定,一般为1~1.5小时一槽。

        4.镀铜槽中的阳极

        阳极为电解铜球,直径为40mm。电解铜球在硫酸盐镀铜镀液中往往会产生铜粉,导致镀层产生毛刺、粗糙。铜球含磷量越少越好,这样可以减少铜粉,避免出现砂眼。如果铜球含磷量过高,则其表面会产生一层较厚的膜,使得阳极不易溶解,导致镀液中铜离子含量下降。铜球的含磷量以0.035%~0.05%为宜,目前国产铜球含磷量都大于0.05%,而进口的含磷量只有0.038%,但价格太贵。

        5.阳极距离

        阳极距离为50~80mm。

        6.版辊转速

        版辊转速根据版辊直径而改变。

        7.硬度剂的选择与使用

        根据本公司的设备条件,选择电镀性能最佳的硬度剂是一个重要环节,因为控制铜层硬度主要是靠调整镀液中的添加剂用量。目前硬度剂种类较多,现介绍如下。

        (1)MDC硬度剂,是固体,配缸为6mg/L,应做到少加勤加,它对氯离子(Cl-)非常敏感,使用温度为25~30℃。它不太适合我国国情,目前很少有公司在使用。

        (2)美国美吉诺硬度添加剂,其性能偏脆,较难控制,补加量为10ml/100Ah(以本公司的镀铜硬度为标准),使用温度为40~52℃。

        (3)日本大和硬度添加剂,常用的有二种:一种是Hard,其电镀性能最好,硬度、光洁度都很理想,其最大的缺点是硬度存放期短,只有3~7天,所以用的公司逐渐减少。另一种是COMSG,其电镀性能虽然不如Hard,但硬度、光洁度也都很好,其性能偏柔韧,最大的优点是存放期长,可达3~6个月,而且不受环境污染,非常适合国内制版厂的设备情况,所以备受制版公司的青睐。生产实践证明:实际用量比其推荐的比例稍少一些为佳。如:硫酸铜200~250g/L,硬度添加剂为80~100ml/Ah,使用温度40~45℃,不能超过45℃。

        (4)镀铜液配比与硬度添加剂的用量一定要达到最佳。保证镀铜层的脆性和柔韧性达到平衡是关键,这样既可以使镀铜层达到最佳硬度,又利于延长保存时间、减少用量。若用量过多,镀铜层太硬太脆,容易磨损和打雕针;柔韧性强,以30°或38°雕刻容易出现毛刺,雕刻时要用刮刀。判断韧性的方法是:铜皮对折一次不断,反复折一次,即正反两折后折断为佳。

        (5)实际生产中经常出现的问题是铜层硬度不是太高就是太软,不稳定。如:硫酸根离子偏低,电流较大,导致硬度高、太脆、韧性差,造成版滚筒存放时间一长就会出现龟裂现象;铜层太软,造成网点变形。因此,必须做到诸种元素的最佳匹配,使铜层脆性与柔韧性达到平衡,并能保持稳定,这就要依靠严格精心的管理。

        (七)工艺维护

        1.阳极框套阳极袋可以防止砂眼。阳极袋脏后应及时更换。

        2.定期更换镀铜液的过滤芯,保证溶液干净。

        3.经常查看镀液液位,若不足,应补充软化水至规定液位。镀铜液化验规范为两天一次。

        4.镀铜液要搅拌充分。

        5.经常清洗缸底杂质,一般为3个月一次,而上槽杂质必须一星期清理一次。

        6.每天检查镀液温度,最好在槽内悬挂温度计,严格控制温度。

        7.严格控制波美度。

        8.每天检查添加剂,保持添加剂量稳定。

        9.镀液槽最好加盖密封,减少空气污染。

        10.每天补充铜球,铜球应先用稀硫酸浸泡,且每天都要将其冲洗干净。应把铜球表面的黑铜粉等氧化物冲刷掉,或用1∶15的稀氧化水冲洗。

        (八)送电

        1.计算电流:浸入面积×18A/dm2=总电流。

        2.镀铜时间(安培小时):Ah=面积×厚度/K。其中,K为理论常数,须测试,有的公司规定K=0.8,面积单位为平方分米,厚度单位为微米。铜层厚度范围为90~200微米。厚度如果小了也要调整K值,因为安培小时是恒定的。

        3.送电方法

        (1)电流从小到大逐渐送,一分钟送1/3,3分钟送到规定值。

        (2)以100~200A小电流施镀50Ah后,再慢慢将电流升至计算值。

        4.注意事项

        (1)镀铜过程中要经常观察电流、温度、电压的稳定性。

        (2)在设备导电良好的情况下,槽压应小于12V。电压偏大说明硫酸少,导电性能差。

        (九)影响镀层质量的因素

        在实际生产中,大家总结的影响镀层质量的因素主要有以下几个方面,应注意分析研究,加以控制。

        1.电解液的成分

        电解液由单纯盐类组成,通常会形成粗糙的电镀层,因为结晶核的形成慢于结晶体的成长。为了得到细密的电镀层,可以增加电解液中盐类(CuSO4)浓度,提高电流密度。

        2.阳极金属的纯度

        含有杂质的金属在电解过程中,会离析出许多残渣,这些残渣黏附在阳极金属的表面,会使电解速度减慢。因此,溶解性良好的阳极金属(电解铜球),其结构应是细密的,并且尽可能不含杂质。

        3.镀液温度

        提高电镀液温度就能提高盐类(Cu2+·SO42-)离解程度,提高电解液的导电率,并且会促使形成镀层结构粗糙的电镀层。而在提高溶液温度的同时也提高电流密度,就会形成结构细密的电镀层。

        温度过低,容易出砂眼,版滚筒两端易出毛刺;温度过高,铜层变软,影响电雕。因此,在生产中必须严格将温度控制在最佳范围(40±1℃)。

        4.电流密度

        提高电流密度可以改善金属的沉积,但也会消耗靠近阴极板(版辊)的溶液,使靠近阴极板的金属离子浓度变得不足。金属离子浓度的减少,会促使镀层的结构变得细密,但是在提高电流密度时,如果溶液搅拌不充分或温度过低,则又会造成镀层高低不平或粗糙。电流密度过高,则所形成的镀层含氢量增多,呈现脆性或过硬。

        5.氢离子的浓度和阴极性质

        在电镀过程中,酸根离子不断消耗,加上版辊直径的不同,会或多或少发生氢的离析,离析出的氢就会附着在铜层上,使铜层变脆。而在正常工艺规范的数值内,提高溶液的pH值、温度和电流密度,就会减少氢的离析和它对镀层质量的负面影响。

        另外,镀层质量还受到其他因素如:溶液容量、循环速率、过滤、阳极/阴极距离等的影响。在镀铜过程中,只有对各种化学因素、物理因素进行准确的分析,并做好记录,做好诸种元素的最佳匹配,才可能制作出优质的凹印版滚筒。

        (十)规范研磨、工艺

        为了得到最佳的光洁度,必须对版滚筒进行精细的研磨和抛光。因此,规范研磨和抛光工艺是非常重要的。

        1.规范研磨工艺

        应根据本公司的设备条件进行规范。如:

        (1)一些大制版公司,搜狐体育直播档次高,都采用瑞士产的MDCpolishmaster车磨联合机。其加工后的版滚筒,一是同心度特别精确,几何精度误差小于0.005mm;二是版滚筒的光洁度达到镜面光亮;三是完全符合印刷适性。

        为了获得高质量的版滚筒,应根据车磨联合机的新旧情况,规范4种工艺流程。

        ①新车磨机:滚筒铜层→车磨加工→电雕。

        ②用了几年后的车磨机:滚筒铜层→车磨加工→抛光→电雕。

        ③再用了几年后的车磨机:滚筒铜层→车磨加工→3000#精磨→抛光→电雕。

        ④旧车磨机:滚筒铜层→800#研磨→3000#精磨→抛光→电雕。

        (2)有些制版公司电雕机多,搜狐体育直播档次较高,采用MDC车磨抛光机进行车磨抛光→电雕,速度特别快。

        (3)有些制版公司电雕机较少,一般采用研磨机+抛光机,如日本、上海、石家庄产的研磨机。工艺流程规范为:180#或280#或320#粗磨→800#研磨→3000#精磨→抛光→电雕。#p#分页标题#e#

        (4)有些制版公司,电雕机较多,但搜狐体育直播档次较低,为了减少设备投资,工艺流程规范为:滚筒铜层→外圆磨床→800#粗磨→3000#精磨→抛光→电雕。

        (5)有些制版公司为了得到好的研磨质量,工艺规范为:先采用320#粗磨,留磨量为0.03mm,然后换用800#砂轮磨掉0.02mm,再换2000#砂轮,最后换用3000#砂轮精磨,磨3个来回。这种工艺的不足之处是研磨时间较长。

        另外,有些制版公司总结出一个经验,即重视一个技术细节,如:用800#砂轮研磨到最后两遍就减慢磨石速度、降低磨石压力、加快版滚筒转速,以减少800#砂轮的表面残留物,并增加表面光洁度,效果不错。

        (6)规范研磨粗加工

        ①粗研磨用800#砂轮,应研磨两个来回。

        ②粗研磨时砂轮不能振动,且之后务必进行精研磨。

        (7)规范研磨精加工

        ①研磨精度很重要,最关键的是3000#砂轮的选用,最好选用进口砂轮,规范为0.5(5kg/cm2)个压力,研磨一个来回。

        ②精研磨时务必仔细认真,防止出现研磨道、横纹、毛刺等弊病,避免打针。

        (8)规范研磨版滚筒转速为1000转/分钟(以水甩不出来为标准);磨石转速为750~1200转/分钟;磨石的移动速度为4.88毫米/秒。

        (9)规范版滚筒的递增量:根据印刷色序及承印物的不同,规范参数如下:

        ①小直径版滚筒递增量为0.02mm;

        ②印纸张用的版滚筒递增量为0.02mm;

        ③印OPP膜、PE膜等薄膜用的版滚筒递增量为0.03~0.05mm。

        确保不能出现反递增,以保证印刷套印精确。

        2.规范抛光工艺

        通过抛光机进行抛光,有的公司采用石家庄燕山机械公司生产的抛光机。

        (1)不抛光时电流在10A左右。

        (2)抛光膏的选用最重要,多数公司采用硅碳材料为主的油性抛光膏,实际生产证明效果很好。

        (3)抛光时抛光膏务必涂抹均匀,压力均匀,抛力不能太大。

        (4)抛一个来回,特别注意两端要抛光亮,抛光完后即可进行电子雕刻。

        (十一)铜层质量标准

        1.版面要求

        ①无划伤、碰伤、斜道、砂眼、较大的研磨纹路痕迹。

        ②铜层表面光洁,无氧化,无腐蚀点、手印、斜纹、横纹,无修痕、凹痕。

        2.端面要求

        ①倒角圆弧光滑,过渡自然,光亮。

        ②端面平整,镀层结合力好,无端面起皮现象。

        ③堵孔光滑,无锈蚀,无碰伤,无腐蚀。

        3.尺寸要求

        ①成套版滚筒误差不能超过0.03mm。

        ②锥度、销度、椭圆度不能大于0.02mm,大版的大小头相差不超过0.03mm,小版的大小头相差不超过0.01mm。

        4.厚度要求

        铜层厚度要求达到最佳,而且均匀一致。铜层太厚,铜料消耗大;铜层太薄,雕针容易刻到钢上,易磨损雕刻针或打针。一般质量标准为:

        ①软包装版单面厚度为100μm,最低为80μm以上;

        ②铝箔版单面厚度为150μm,最低为100μm以上;

        ③纸张版单面厚度为250μm,最低为150μm以上。

        5.硬度要求

        雕刻铜层应具有一定的硬度,但硬度太高,会出现打针、铜层爆皮现象,并增加成本;而硬度太低,网穴又容易变形。CY/T9~94规定,镀铜层硬度应为180~210HV。实践经验证明,镀铜层硬度在190~220HV为宜,最佳硬度为210HV。硬度在230HV以上,会造成严重打针现象。同时要做到铜层硬度分布均匀,这是最难的,必须建立镀铜工艺的标准参数,严格做到导电良好,保证铜层硬度均匀一致。



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