구리 전기도금

Copper electroplating
알루미늄의 구리 도금

구리 전기도금은 금속 물체 표면에 구리 층을 전기도금하는 과정입니다.구리는 독립형 코팅과 그 위에 다른 금속을 [1]도금하는 언더코트로 사용됩니다.구리층은 장식, 내식성 제공, 전기 및 열 전도율 증가 또는 [2][3]기판과의 추가 침전물 접착력 향상 등이 가능합니다.

개요

전기 분해를 이용한 전해 셀에서 구리 전기도금을 한다.모든 도금 공정과 마찬가지로 금속을 퇴적하기 전에 도금할 부분을 청소하여 토양, 그리스, 산화물,[4][5] 결함을 제거해야 한다.프리클리닝 후 이 부품은 셀의 전해액 수용액에 침지되어 음극으로 기능합니다.구리 양극도 용액에 침지한다.도금 중에 셀에 직류전류가 인가되어 산화, 전자손실, 구리 양이온으로의 이온화를 통해 양극 내 구리가 전해액에 용해된다.구리 양이온은 전해액에 존재하는 소금과 배위 복합체를 형성하고, 그 후 양극에서 음극으로 운반됩니다.음극에서는 전자를 얻음으로써 구리 이온을 금속 구리로 환원한다.이로 인해 얇고 단단한 금속 구리 피막이 부품 표면에 부착됩니다.

양극은 단순한 구리 슬래브 또는 티타늄 또는 구리 너겟 또는 [6]볼로 채워진 강철 바스켓일 수 있습니다.양극은 일반적으로 폴리프로필렌 또는 다른 직물로 만들어지며 양극에서 떨어져 나와 도금조를 [2][7]오염시키지 않도록 하는 불용성 입자를 담는 데 사용됩니다.

구리 전기도금욕은 스트라이크 또는 플래시 코팅 중 하나를 도금하기 위해 사용할 수 있다.이것은 얇은 고접착성 초기층이며, 추가 금속층으로 도금되어 후속층의 기초 기판과의 접착성을 향상시키는 역할을 한다.또는 마감층 또는 독립형 [5]코팅 역할을 할 수 있는 구리의 두꺼운 코팅.

도금 화학의 종류

구리 전기 도금에 사용할 수 있는 전해질 화학은 다양하지만, 대부분은 복합제에 [2][6]따라 크게 5가지 범주로 분류할 수 있습니다.

  1. 알칼리성 시안화물
  2. 알칼리성 비시안화물
  3. 산성 황산염
  4. 산불소붕산염
  5. 피로인산염

알칼리성 시안화물

알칼리성 시안화물 욕조는 역사적으로 구리 [5][8]전착에 가장 일반적으로 사용되는 도금 화학 물질 중 하나였다.시안화물 구리욕은 일반적으로 높은 피복력과 투사력을 제공하여 기판을 균일하고 완전하게 커버할 수 있지만 대부분의 경우 낮은 전류 [2]효율로 플레이트를 합니다.확산 차단 특성에 적합한 금속 마감재를 생산합니다.확산 차단은 다른 금속(예: 크롬 및 강철)의 장기 접착을 개선하기 위해 사용됩니다.또한 두 번째 물질이 기판으로 확산되는 것을 방지하기 위해 사용됩니다.

구리(I) 이온의 공급원으로서 구리 시안화 제2철, 구리 시안화 제2철과 혼합하여 용해시키는 유리 시안화 제2철, 전도성 및 pH [9]제어를 위한 나트륨 또는 수산화 칼륨을 함유하는 시안화 제2철.욕조에는 로셸 소금, 나트륨 또는 탄산칼륨 및 다양한 상표 [2]첨가물이 포함될 수 있습니다.시안화 구리욕은 저효율 스트라이크 전용욕, 중효율 스트라이크 플레이트욕,[6] 고효율 도금욕으로 사용할 수 있다.

욕조 조성

화학명 공식 스트라이크[6] 스트라이크[6] 플레이트 고효율[6] 플레이트
나트륨 칼륨 나트륨 칼륨 나트륨 칼륨
시안화구리(I) CuCN 30 g/L 30 g/L 42 g/L 42 g/L 75 g/L 60 g/L
나트륨 또는 시안화칼륨 NaCN 또는 KCN 48 g/L 58.5 g/L 51.9g/L 66.6 g/L 97.5 g/L 102 g/L
수산화 나트륨 또는 칼륨 NaOH 또는 KOH 3.75~7.5g/L 3.75~7.5g/L pH 10.2~10.5로 제어 15 g/L 15 g/L
로셸염 크나초446 4호2 30 g/L 30 g/L 60 g/L 60 g/L 45 g/L 45 g/L
탄산나트륨 또는 칼륨 NaCO23 또는 KCO23 15 g/L 15 g/L 30 g/L 30 g/L 15 g/L 15 g/L

동작 조건

  • 온도: 24~66°C(스트라이크), 40~55°C(스트라이크 플레이트), 60~71°C(고효율)[6]
  • 음극 전류 밀도: 0.5~4.0A/dm2(스트라이크), 1.0~1.5A/dm2(스트라이크 플레이트), 8.6A/dm2(고효율)[6]
  • 전류 효율: 30~60%(스트라이크), 30~50%(스트라이크 플레이트), 90~99%(고효율),[6]
  • pH: 11.0 이상[2]

독성

일반적으로 시판용 플래터는 구리 농도가 높은 시안화 구리 용액을 사용합니다.그러나 욕조에 유리 시안화물이 있으면 시안의 독성이 매우 강하기 때문에 위험합니다.이로 인해 건강상의 위험과 폐기물 [6]처리의 문제가 모두 발생합니다.

알칼리성 비시안화물

시안화물 도금 화학의 사용을 둘러싼 안전상의 문제로 인해 시안화물을 포함하지 않는 알칼리성 구리 도금 욕조가 개발되었습니다.그러나 일반적으로 시안화물 기반 알칼리 [2]화학에 비해 사용이 제한적입니다.

산성 황산염

산성 황산동 전해질은 시안화 구리 [2]전해질보다 저렴하고 유지 및 제어가 용이한 황산동 용액이다.시안화물 욕조에 비해 더 높은 전류 효율을 제공하고 더 높은 전류 밀도와 더 빠른 도금 속도를 허용하지만, 일반적으로 높은 투척 변화가 존재하지만 [2]투척력이 더 낮습니다.또한 시안화물 기반 스트라이크 또는 기타 장벽 층을 먼저 적용하지 않고는 강철이나 아연과 같이 덜 귀한 금속에 직접 도금할 수 없습니다. 그렇지 않으면 욕조 내의 산이 침지 코팅이 형성되어 [6]접착력이 저하됩니다.이러한 현상과 낮은 투척력 때문에 산성 황산염 욕조는 스트라이크 [2]욕조로 사용되지 않습니다.

산성 구리욕은 알칼리성 시안화물과 함께 장식 도금, 일렉트로포밍, 회전 그라비아, 프린트 회로 기판 및 반도체 제조 [6][11]등 산업 용도로 가장 일반적으로 사용되는 구리 도금 전해질 [10]중 하나입니다.

산성 황산염 욕조에는 구리 공급원으로 황산 제철소가 함유되어 있다.2) 이온, 욕조 전도성을 높이고, 구리염 용해성을 확보하며, 양극과 음극 분극을 감소시키고, 투척력을 높이는 황산, 염화나트륨 등의 염화 이온원으로 양극 분극을 감소시키고, 줄무늬 퇴적물이 [6]형성되는 것을 방지한다.대부분의 욕조에는 곡물 구조를 정제하고 연성을 개선하며 퇴적물을 밝게 [12]하는 데 도움이 되는 다양한 유기 첨가물도 포함되어 있습니다.산성 구리 전해질에는 범용 욕조, 고속 욕조 등이 있습니다.스루홀의 [2]저전류 밀도 영역을 도금하기 위해 높은 스루우가 필요한 프린트 회로 기판 제작 등, 높은 스루 파워와 고속 도금 레이트가 필요한 경우에 사용합니다.

욕조 조성

화학명 공식 욕조[2] 농도
범용[2] 하이[2] 스로우 고속[2]
황산구리(II) CuSO4 190 ~ 250 g/L 60 ~ 90 g/L 80 ~ 135 g/L
황산 H2SO4 45~90g/L 150 ~ 225 g/L 185~260g/L
염화 이온 클론− 20~150ppm 30 ~ 80 장 / 분 40 ~ 80 장 / 분
첨가물 다르다 다르다

동작 조건

  • 온도:일반적으로 [6]주변 환경이지만 일부 욕조는 최대 43[2]°C까지 작동할 수 있습니다.
  • 음극 전류 밀도: 2~20A/dm2(일반용도), 1.5~5A2/dm(고속도), 5~20A/dm2(고속도)[2]
  • 현재 효율:[6] 100%

첨가물

산 구리 전해질을 위해 다양한 공통 및 독점 첨가제가 개발되어 투척 및 레벨링 파워를 향상시키고, 피니시를 밝게 하며, 경도와 연성을 제어하며, 다른 원하는 특성을 광상에 부여합니다.20세기 중반으로 거슬러 올라가는 역사적인 제제들은 티오요소와 당밀을 사용했고, 다른 제제들은 다양한 잇몸, 탄수화물, 그리고 술폰산을 [13][8]사용했다.

산불소붕산염

불소산구리욕은 산성 황산염욕과 비슷하지만 음이온으로 [6]황산염이 아닌 불소산염을 사용한다.불소동산구리는 황산구리보다 용해성이 훨씬 높으며, 황산구리 욕조에서 가능한 것보다 훨씬 높은 전류 밀도를 가능하게 합니다.주로 높은 전류 밀도가 요구되는 고속 도금에 사용됩니다.불소산염 화학의 단점으로는 산성 황산염 욕조보다 낮은 투척력, 높은 운영 비용, 더 큰 안전 위험 및 폐기물 처리 [2]우려 등이 있습니다.

산불소산염 욕조에는 사불소산 제2철과 불산이 함유되어 있다.붕산은 일반적으로 욕조에서 유리 불소를 생성하는 불소 이온의 가수 분해를 방지하기 위해 욕조에 첨가됩니다.산성 황산염 욕조와 달리 불소산염 욕조에는 보통 유기 [6]첨가물이 들어 있지 않습니다.

욕조 조성

화학명 공식 욕조[6] 농도
고농도 저농도
사불화붕산구리(II) Cu(BF4)2 459 g/L 225 g/L
불소산 HBF4 40.5 g/L 15 g/L

동작 조건

  • 온도: 18~66 °C[6]
  • 음극 전류 밀도: 13-38A/dm2(고농도), 8-13A/dm2(저농도)[6]
  • pH: 0.2~0.6(고농도), 1.0~1.7(저농도)[6]

피로인산염

피로인산동 도금욕은 독성 알칼리성 시안화물욕 및 부식성 산동욕에 비해 온화한 화학작용을 가지며, 약한 알칼리성 pH로 동작하며 상대적으로 무독성 피로인산동화합물을 이용한다.피로인산 전해질은 알칼리성 시안화나 산도금 욕조보다 폐기 처리하기가 쉽지만 유지 및 제어가 더 어렵습니다.피로인산염 욕조는 높은 투사력을 제공하며 밝은 연성 침전물을 생성하기 때문에 높은 투사율이 [2][14]요구되는 프린트 회로 기판 제작에 특히 유용합니다.

피로인산염 욕조는 구리 공급원으로서 피로인산 제2철을 함유하고 있다.II) 이온, 욕조 전도성을 높이고 양극 용해를 돕는 유리 피로인산염의 공급원으로서의 피로인산칼륨, 양극 용해 증가를 위한 암모니아 및 퇴적물 입자 정제그리고 칼륨이나 질산암모늄과 같은 질산 이온의 공급원으로서 음극 편파를 줄이고 최대 허용 전류 밀도를 증가시킨다.욕조가 구성되면 피로인산구리 및 피로인산칼륨이 반응하여 복합체 [KCU(6PO27)]2를 형성하고, 복합체는 분해되어 구리가 퇴적하는 Cu(PO27)26− 음이온을 형성합니다.피로인산염 전해질에는 범용 욕조, 스트라이크 욕조 및 프린트 회로 욕조가 있습니다.인쇄 회로 욕조에는 일반적으로 연성과 [2][6]투척력을 향상시키기 위한 유기 첨가제가 포함되어 있습니다.

피로인산염 욕조에서 오르토인산염 이온은 피로인산염의 가수분해로 형성되며 시간이 지남에 따라 전해액에 축적되는 경향이 있어 유지보수가 어렵다.오르토인산 이온은 40~60 g/L 이상의 농도에서 욕조 투척력과 퇴적 연성을 감소시키고, 100 g/L 이상의 농도에서 용액의 전도율, 띠 모양의 퇴적물, 밝기 전류 밀도 범위를 감소시킨다.오르토인산염은 부분 담즙 및 희석 또는 완전히 [6]덤핑하여 욕조에서 제거한다.

전류 제어

가능한 한 부드러운 구리 표면을 만들기 위해 전류를 제어하는 것이 중요합니다.전류가 높아지면 도금 대상물에 수소 기포가 형성되어 표면의 결함이 남습니다.도금 균일성과 밝기를 개선하기 위해 다양한 화학 물질이 첨가되는 경우가 많습니다.이 첨가물들은 식기비누에서부터 독점적인 화합물까지 모든 것이 될 수 있다.어떠한 형태의 첨가제 없이는 매끄러운 도금 표면을 얻는 것이 거의 불가능합니다.

성형된 표면은 항상 광택을 내기 위해 광택을 내야 합니다.성형으로 광택이 나지 않습니다.

적용들

공업용 구리 패턴 도금 라인에서 제조되는 PCB

연속 스트립 도금 산업을 제외하고, 구리는 [6]니켈 다음으로 많이 도금된 금속입니다.구리 전기 도금은 낮은 금속 비용, 높은 전도성 및 높은 전도성 광택 마감, 높은 도금 효율성 등 다른 도금 공정보다 많은 이점을 제공합니다.이 프로세스에는 장식용과 엔지니어링 용도가 모두 다양합니다.

장식용 어플리케이션

장식용 구리 전기 도금은 광택을 내는 구리 욕조 제제의 높은 레벨링 파워, 모재의 결점을 커버하는 구리, 광택 마감을 위해 버프 및 광택이 용이한 구리의 부드러움을 활용합니다.구리를 최종 장식 표면층으로 사용할 수 있지만, 일반적으로 구리는 크롬, 니켈 또는 금과 같이 마모나 변색에 강한 다른 금속으로 도금됩니다. 이 경우 구리 언더코트의 밝기가 후속 피니시 층의 [5]외관을 강화합니다.장식용 구리 도금을 사용한 제품은 자동차 트림, 가구, 문과 캐비닛 손잡이, 조명기구, 주방용품, 기타 생활용품, [9][15]의류 등이다.

동 도금은 화폐 [16][17]발행에도 사용된다.

엔지니어링 어플리케이션

구리 전기 도금은 구리의 높은 전기 전도성 때문에 전기 및 전자 장치 제조에 널리 사용됩니다. 구리 전기 도금은 [18]은 다음으로 전기 전도성이 높은 금속입니다.구리는 프린트 회로 기판에 전기 도금되어 관통 구멍에 금속을 첨가하고 기판의 도전 회로 트레이스를 제작합니다.이는 구리를 블랭킷 비패턴트층으로서 도금하고, 그 후에 패턴 마스크로 에칭하여 원하는 회로(패널 도금)를 형성하는 감산 프로세스를 통해 이루어집니다.또는 원하는 회로를 노출시키는 패턴 마스크를 보드에 도포한 후 마스크되지 않은 회로 영역에 구리 도금(패턴 도금)[12]을 하는 가법 또는 세미 도금 공정을 거칩니다.반도체 업계는 다마신 공정을 사용하여 금속화를 [19]위해 구리를 비아 및 인터커넥트의 트렌치로 패턴 도금합니다.구리는 전기 케이블용 [20]강철 와이어 도금에도 사용됩니다.

연질금속으로서 구리는 가단성이 있기 때문에 기판이 구부러져 도금 후 조작되는 경우에도 접착성을 유지하는 고유 유연성이 있다.전기 도금 시 구리는 부드럽고 균일한 커버리지를 제공하므로 추가 코팅 또는 도금 공정을 위한 우수한 기초가 됩니다.내식성은 구리의 또 다른 장점입니다.구리는 니켈만큼 내식성이 뛰어나지 않아 부식 방지 기능이 강화되어야 할 경우 니켈의 기본 층으로 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 해양 및 해저 환경에서 작업하는 데 필요한 재료의 경우입니다.마지막으로 구리는 항균성이 있어 일부 의료 용도로 사용됩니다.[21]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  3. ^ "Industrial Copper Plating". Electro-Coatings. Retrieved July 20, 2022.
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  20. ^ Hamilton, Jr., Allen C. "Acid Sulfate & Pyrophosphate Copper Plating" (PDF). Plating & Surface Finishing. Retrieved July 24, 2022.
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외부 링크