电镀镀液成分分析讲解

一、電鍍基本概念(續)
3.鍍層沉積連續性(Continuity)
鍍層含孔隙(pore)；不均勻(uneven)之探討： 鍍層厚度增加 孔隙度降低。 底層金屬清潔度高 孔隙度降低。 鍍液潔淨度高孔隙度降低。
4.鍍層沉積均勻性(Uniformity)
均勻度受到電極形狀、距離之影響。可經由鍍液配方、攪拌等方式改善。
若需高速鍍鎳，則以下配方條件可供參考： 高速鍍液
氨基磺酸鎳：650 g/l 以上 氯化鎳： 6-18 g/l 硼酸： 36-48 g/l pH： 4 溫度： 60-71°C
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三、鍍液組成介紹(鎳)
組成與作用： 氨基磺酸鎳；
硼酸主要作為控制pH值的緩衝劑(Buffer)使用。對整體槽液而言，加入硼酸可抵抗外來的酸鹼液 對鍍液的衝擊，保持pH值的穩定以維護鍍層的品質；就陰極區域(擴散層)而言，由於鎳離子自陰 極取得電子而還原於陰極之上，同時氫離子(H+)也會結合電子而成為氫氣，因此陰極的氫離子將 迅速減少。此時若鍍液中存在硼酸，經由攪拌可迅速補充氫離子，這種傳輸效果可防止高電流的 燒焦現象。由於pH值是由氫離子決定，因此氫離子增加則pH下降，氫離子減少則pH增加。但須注 意硼酸的溶解度不高，液溫太低則易結晶析出。
基本上有機添加物並不影響質量傳遞，卻可影響電荷傳遞。若陰極板面各處與孔內，當質 量傳遞與電荷傳遞的差異很小時，則板面的電流密度也會接近，鍍層自然分佈005 Page:6 Rev_2005_A
二、2、3 級電流分布
3. 三級電流分佈(Tertiary current distribution )
由於載體與平整劑可降低極化曲線的斜率，而光澤劑卻會增加極化曲線的斜率。電鍍進行時 光澤劑吸附於低電流密度區(如凹陷處)，由於光澤劑會增加電鍍速率，由於凹陷部位的電鍍速 率增快，可達到填補凹陷的目的。同時又借助平整劑降低高電流區的電鍍速率，使突出部分 的鍍層較薄，以達平整的目的。
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三、鍍液組成介紹(鎳)
不含氯離子型： 氨基磺酸鎳：450 g/l 硼酸： 30 g/l 攪拌： 陰極、鍍液循環 pH： 3-5 溫度： 38-60°C
無氯型鍍液可使用非溶解性的白金鈦網陽極，而且鍍液中鎳離子濃度可 提高至150 g/l，因此若搭配高電流(如電流密度達450 ASF)，即可達到所 謂的高速鍍鎳。
為提高生產速率與節省用量，現在幾乎都用輸送帶式直立進行之自動鍍鎳金設備。為迎合這種 高速度鎳的方式，則鍍鎳槽液中須有高含量的鎳離子。氨基磺酸鎳(Nickel Sulfamate Ni(NH2SO3)2 )的離子濃度高達150g/l，因此適用於此製程。氨基磺酸鎳的鍍層有較多的硫含量， 因此內應力低且柔軟。由於抗張應力(Tensile stress)極低，甚至可調整至抗壓應力(Compression stress)，相當有利於鍍層之附著力。
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二、2、3 級電流分布
P
V
P
濃度漸稀
濃度均勻的
擴散層(擴散與對流) 主槽液
V
P
V
P: 陰極表面峰部(Peak) V: 陰極表面谷部(Valley)
添加劑
鍍層
陰極底材 極薄的靜止層
：表示擴散
離子在電性驅 動下產生遷移
：表示對流
圖1-1. 鍍層邊界層示意圖
鍍層沉積分佈力(Throwing power) 定義：T.P. = 陰極面沉積均勻厚度之能力
達到均勻鍍層：電流分佈均勻；電極極化；鍍液導電鍍增加。 陰極效率減小(電流密度上升)金屬離子分佈均勻T.P.增加； 適當攪拌金屬離子分佈均勻T.P.增加
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三級電流分佈效應雖不及一級與二級電流分佈，但仍與均佈力息息相關。此效應主要於槽 液的有機添加劑(Organic Additives)構成。 通常Additives包括三種成分，即光澤劑(Brightener)、平整劑(Leveler)與載體(Carrier)，三種 添加劑均會在陰極表面的邊界層產生作用，其作用分述如下：
一、電鍍基本概念 二、二次/三次電流分布 三、鍍液組成介紹(Ni/Au)
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一、電鍍基本概念
1.電鍍基礎:
電鍍目的：裝飾性；保護性；導通性 要求性質：鍍層附著性；緻密性；均勻性；外觀性 影響因素：鍍液成分；添加劑；pH值；溫度; 攪拌(吹氣)；電流密度 電鍍原理：
平整劑屬於多鏈結的聚合體 (Multichained polymer)，具有許多帶正電荷的側鏈，可在局部的 高電流區減少鍍層的過鍍(Overplate)。這種聚合體將藉著靜電的吸引力，遷移至陰極的高電 流密度區，而聚集在孔壁或板面的轉角處(Knee)，因此可有效防止高電流密度區所產生的過 鍍，達到鍍層平整的效果。
鍍液濃度, 成分和特性
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內容說明
背景說明: 透過了解鍍液濃度成分及相關特性進而運用到實務改善及日常保養上,以 技委會作一個電鍍知識与經驗的橋樑
內容慨況: 鍍種包含太廣,本教材僅著重於一般概念性學理與常用技術 報告將從何謂二次,三次電流分布? 談及鍍液管控,並以電鍍生產實際例子加以說明
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三、鍍液組成介紹(鎳)
鍍鎳槽液的維護：
低電流假鍍 (Dummy plating) 低電流(2-5 ASF)下以曲折的不鏽鋼板析出金屬雜質。一般在生產前假鍍半個小時。
活性碳處理 平時處理以粒狀活性碳濾心過濾槽液中的有機雜質；定期則以粉狀活性碳混入槽液中，
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三、鍍液組成介紹(鎳)
添加劑； 鍍鎳時若不添加有機添加劑，鍍層中原子逐漸成長時，是以金字塔形的方式堆積。因此在
堆積層之間容易發生凹點或粗粒，鍍層成長的示意圖表示如下：
A. 無添加劑
B. 有添加劑
： 添加劑
：鎳晶格
因此除上述的主要成分外，鍍液中仍須加入適當的添加劑，如改善鍍層光澤性(及平整)的光澤 劑或是增進鍍層物理性質(延展性、內應力)的控制劑。一般非裝飾性鍍鎳並不加光澤劑，只添 加濕潤劑(Wetting Agent)或抗凹劑(Anti-pitter)，以消除最易產生的凹點。但這些添加劑在長期 使用後，會裂解造成有機污染，故須定期做活性碳處理。
鍍層粒子須微細(fine grains)及純淨。 影響鍍層粒子微細之因素： 鍍液成分；電流密度；溫度等。 高溫、高電流密度 粒子粗糙、鬆散。 含少量金屬不純物 鍍層：海棉狀、斑點。 鍍液金屬濃度低(以錯離子型態存在) 粒子較細、緊密。
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加強攪拌以吸收有機雜質，之後進行較長時間的沉澱以方便過濾。其實活性碳吸附有機質 的速度相當快，最初的幾分鐘效果最佳且溫度影響不大，混合過久反而又會將吸附物釋出。 一般作業程序為加溫至65˚C，添加方式為每公升加5克活性碳粉，攪拌約2小時，經長時間 沉澱後過濾。此外經長時間操作後，可先用強氧化劑(如雙氧水)將有機物氧化成更小的分 子片斷，再利用活性碳吸收，如此的清除效果更佳。這方面作業為每公升槽液加入5 ml雙 氧水，劇烈攪拌以求充分作用，最後維持2小時以上的高溫以清除雙氧水。
2H2NSO3¯ [ SO3 N— NSO3 ]¯ + 2H+ + 2e¯
││
HH
}--低電流時陽極電解
2H2NSO3¯ [ SO3 N— NSO3 ]2¯ + 4H+ + 4e¯
上述反應可知硫酸根將逐漸增加， 因而失去原本氨基磺酸根的優點， 最明顯的表徵就是pH值呈現下降 的趨勢(即H+增加)，而陰極效率 也將逐漸下降。此時即應加入氨 水以挽回此反應趨勢，重新使pH 值回到規格範圍內。
為求鍍層與底材緊密結合，須注意鍍面的清潔(不含oil、氧化物、硫化物)，且鍍 層須具有粒子(grain)或晶體(crystal)結構，其延展性與底層金屬接近。
採用的清潔法有以下幾類： 化學去油、電解去油、有機溶劑去油； 酸液浸洗、電解清洗、電洗； 電解磨光、機械磨光；噴砂等
2.鍍層沉積緻密性(Cohesion)
在此對於電荷傳遞與質量傳遞加以瞭解： 一般會影響Mass transfer的因素有： 鍍液濃度； 電鍍速率； 攪拌情形； 槽液溫度。
質量傳遞受到槽液攪動與打氣的影響，通常攪動與打氣僅能影響陰極表面的質量傳遞， 至於孔內的質量傳遞則幾乎由陰極擺動的距離與頻率所決定。 而有關Charge transfer的影響因子為：吸附陰極的有機添加物； 吸附陰極的有機添加物與金屬離子的複合物。
1. 載體：吸附於陰極表面，阻礙高電流區離子的還原反應 (–)。 2. 光澤劑：吸附於陰極表面，可取代部分的載體之用，增加該區的電鍍速率 (+)。 3. 平整劑：可被吸附並取代某些特定位置(通常為高電流密度區或高攪拌區)的光澤劑或載體， 能降低電鍍速率 (–)。 增加電鍍速率；增加極化曲線斜率：Brightener。 降低電鍍速率；降低極化曲線斜率：Carrier & Leveler。
圖1-2. 鍍層邊界層示意圖
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三、鍍液組成介紹(鎳)
一般氨基磺酸鎳的配方有三種，即： 含氯離子型：