周岩

摘 要：研究生产中电镀槽故障现象，并分别对磷铜板性能、溶液中氯离子浓度和阳极铜板在不同氯离子浓度镀液中的搁置对比，从这三方面进行试验分析。研究结果表明故障现象排除了前两种因素。结合第三种试验结果，得出结论：由于镀液中氯离子含量过高，导致铜板表面生产CuCl厚膜，导致电镀不能正常进行，解决措施为连续电镀5min内，电流值合格，电压基本恢复正常。

关键词：电镀铜;阳极钝化原因;分析

一、电镀槽故障现象

1.1每天生产结束后，阳极铜板在槽液中浸泡至第二天，开班生产时电压达上限、电流远低于要求值;

1.2在生产中会出现槽压上升、电流下降，尤其是槽液使用周期的后期;

1.3阳极铜板不消耗，需添加硫酸铜保持槽液中硫酸铜的饱和状态。

通过对生产阳极的观察，认为阳极表面的黑膜是导致以上现象的原因，试验主要针对黑膜的产生进行分析和试验。

二、原因分析和验证

电镀过程中阳极表面生产灰色膜，用手擦拭灰膜，可以发现膜层较厚且难以被清除掉，说明该膜致密而牢固。由于该膜层的存在，影响了正常电镀中磷铜板的阳极表面形成导电的黑色Cu3P膜，黑膜用手擦拭可露出铜本身，而生产中磷铜板表面膜层的过厚，分析其可能产生的原因有：磷铜板杂质含量过高或磷含量过高;电解液中氯离子含量过高。

2.1  磷铜板性能验证

对磷铜板的磷含量做理化分析，磷含量0.02%～0.03%，符合酸性电镀的要求。考虑杂质和磷含量分布的均匀性影响，进行实效验证试验。

取生产配制的初始电镀液，在试验槽内按工艺电流密度进行电镀，以正极毛坯为阴极。阳极铜板表面未有牢固黑膜生成。

2.2  氯离子浓度的影响验证

酸性电镀中氯离子含量不超过180mg/l，否则容易引起阳极钝化。由于正极活化中的电镀阴极为氯化亚铜电极，因此电解液中还含有大量的氯离子，通过理化分析可知氯离子浓度高达600mg/l，高出普通酸性电镀液数倍左右。理化分析阳极表面脱落的“灰白膜”成分为CuCl，说明氯离子对阳极膜的形成有很大的影响。

2.2.1  阳极铜板在不同Cl-浓度镀液中的搁置对比

通过在电解液中添加不同浓度的盐酸，改变镀液中的氯离子浓度。阳极铜板在不同氯离子浓度的镀液中与不含氯离子的空白溶液中浸泡搁置，对比其不同的表面情况。

1）未进行电镀的阳极铜板在Cl-浓度60mg/l和空白镀液中浸泡12h以上，可以看到含氯镀液中的铜板表面有白色薄膜，右侧纯水溶液中铜板无变化。

2）未进行电镀的阳极铜板在Cl-浓度720mg/l和空白镀液中浸泡12h以上，可以看到含氯镀液中的铜板表面有棕色膜层。

3）阳极铜板电镀后在镀液中浸泡一天，Cl-浓度60mg/l镀液中的铜板表面有黑色膜，轻轻擦拭，黑膜在铜板上附着比较牢固;空白液中铜板表面虽也发黑，但是用手擦拭后随即成黑色液态状。

4）阳极铜板电镀后在镀液中浸泡一天，Cl-浓度240mg/l镀液中的铜板表面有较厚的黑色膜，牢固;空白液中铜板表面黑色状态维持不变。

5）阳极铜板电镀后在镀液中浸泡一天，Cl-浓度720mg/l镀液中的铜板表面黑色膜颜色更深，膜层与铜板结合牢固;空白液中铜板表面黑色状态维持不变。

通过试验得出，随着氯离子浓度的增加，搁置后阳极铜板表面的膜层厚度增加，与铜板的结合越牢固。

2.2.2  阳极铜板在不同Cl-浓度镀液中的电镀对比

通过在电解液中添加不同浓度盐酸，改变镀液中的氯离子浓度。阳极铜板在不同氯离子浓度的镀液中与不含氯离子的空白溶液中进行电镀工作，对比其不同表面情况。

1）取电镀20min后阳极，Cl-浓度60mg/l镀液中的铜板表面有黑膜，黑膜表面发白，空白镀液中的阳极表面黑膜如同墨汁，阳极上的黑膜均易用手抹去。

2）取电镀30min后阳极，Cl-浓度120mg/l镀液中的铜板表面有黑膜，黑膜表面发白，不易擦掉。

3）取电镀30min后阳极，Cl-浓度240mg/l镀液中铜板表面有黑膜更加致密，黑膜表面发白，用力擦拭表面，有块状成片脱落，可以看到铜板底层均匀光亮。

4）镀30min后阳极，可以看到Cl-浓度720mg/l镀液中铜板表面有致密白膜和棕色膜，擦拭表面，有块状成片脫落，可看出铜阳极被腐蚀。

通过试验可以得出，随着氯离子浓度升高，阳极在电镀过程中生产的膜增厚，黑膜表面会生成白色膜层，白色膜层易脱落。

2.2.3  正式生产中铜阳极表面变化

新配置电镀液正式生产的第一天，电镀至25片和电镀至200片时阳极表面照片。可以看出电镀初期，阳极表面黑膜较薄，容易擦拭掉;之后膜层变厚，与铜板结合牢固。

2.2.4  黑膜对槽压的影响

生产过程中，阳极铜板在镀液中搁置一夜后，第二天电镀开始，槽压急剧升高至设备上限，然后电流下降。到每周期（镀液使用周期）的后几天，甚至间隙半小时即出现槽压升高至不合格的现象。

在不同氯离子浓度镀液的试验中，当镀液中氯离子浓度60mg/l、120mg/l时，阳极铜板在镀液中搁置12h以上，开始电镀时电流维持正常值，未出现电压基建上升的现象;在240mg/l、720mg/l、830mg/l的含Cl-镀液中，阳极铜板搁置后，开机时槽压不断升高至上限值24V，继而电流下降。

2.3  结论

试验现象和生产故障现象相吻合，阳极表面生成膜是电镀槽压升高、铜板不溶解的原因，而镀液中氯离子浓度超高是阳极表面生成厚膜的直接因素。

三、分析和解决措施

通过试验验证，由于镀液中氯离子含量过高，导致铜板表面生产CuCl厚膜。从试验阳极在电镀过程表面生成灰白色或黑色的膜层，该膜层较厚但具有导电性，因此在电镀过程中并不影响电压，但是阻止了铜的正常溶解。在非电镀期间，阳极铜板在镀液中长时间搁置后，表面的膜层发生变化，通常该膜层颜色偏棕色，与铜板的结合牢固，导电性很差，再次开始电镀时，造成槽压上升、电流下降的钝化现象。

3.1  连续电镀除膜的试验

在试验槽中采取的是连续电镀的方式，阳极铜板在镀液中搁置12h以上后，在电镀初期引起槽压升高后，随之电流下降，通常在连续电镀5min内，电流值合格，电压基本恢复正常。此时阳极铜板表面的钝化膜与铜板结合，部分甚至会自行发生脱落，不脱落的可轻易除去。除去钝化层的阳极铜板，后镀槽电压、电流正常，工作恢复正常。

分析试验现象认为，连续电镀过程中阳极表面牢固的钝化膜变得容易脱落，除去钝化膜后电极反应正常。在正式生产过程中，采取每天收班后、开班前用铜箔替代阴极，进行五分钟的连续电镀，正式电镀前手动去除膜层。

在18天的电镀周期内，采用该方法进行操作后，在正式生产中未出现槽压突然升高的现象。