銅化學拋光劑配方分析

一.背景

化學拋光液廣泛應用于金屬表面處理，科標技術專業從事化學拋光液配方分析、配方檢測、配方還原、成分分析，科標技術為金屬表面處理企業提供整套配方改進技術方案；化學拋光與機械拋光、電化學拋光相比,它不需要通電和掛具。因此,可以拋光形狀復雜的制品,并且生產效率高。化學拋光得到光亮表面,提高了銅及銅合金的裝飾效果和表面性能。目前國內大多使用鉻酐型和硝酸(鹽)型的化學拋光液,危害人體健康,并污染環境。因此,近年來國內外對銅及銅合金的拋光進行大量的研究,開發了各種污染小、拋光效果好的環保型拋光液。

通過對各種化學拋光工藝如三酸型、H2O2-H2SO4型、H2O2-HNO3型、H2O2-HAc型、以及K2CrO7-H2SO4型等拋光效果及環境影響的比較,找到了拋光效果好、污染小的化學拋光液,即以H2O2-H2SO4型為基礎配方,研究了化學拋光的添加劑,使拋光效果達到或接近鏡面光亮的水平。

二.化學拋光液的開發

2.1工藝流程

化學除油-----熱水洗-----冷水洗------化學拋光-----

冷水洗-----5%H2SO4脫膜----冷水洗-----轉入下道工序

2.2拋光液基礎配方

通過對各種不同類型化學拋光液效果比較,并反復試驗,獲得了銅及銅合金光亮拋光新工藝,其工藝配方如下:

H2O2(30%),ml/L450

純水490

添加劑A60

T,°C45～50

t,s30～100

本工藝中無硝酸或硝酸鹽,在酸洗過程中不產生NOx黃煙,有利于操作和環保,對銅件腐蝕特別小,適用于各種銅基零件。由于成份簡單,控制方便,添加劑由A、B兩個組份組成,A為開缸劑,B為補充劑。平時添加補充時,應按B劑∶H2O2=1∶6(體積比)混合后,再加到槽液中,原則上應不亮即加,少加、勤加。對于磷青銅件,可在拋光液中再加10%(體積比)的氟化氫銨。

2.3反應機理及工藝條件

銅及銅合金的化學拋光過程一般可分浸蝕、光亮、過腐蝕三個階段。在拋光過程的浸蝕階段,由于金屬處于活化狀態,金屬表面不同部位的電化學和物理化學性質的不同導致金屬表面的不均勻溶解,于是產生腐蝕表面。隨著拋光過程的進行,金屬表面逐漸由活化狀態變為鈍化狀態,此時拋光過程進入光亮階段。由于金屬表面凹凸部位的鈍化程度不同,凸處相對凹處的高度活性和金屬離子由凸處向拋光液的高速擴散,以及新拋光液高速向凸處的擴散,導致凸起部份的優先溶解。另外,金屬表面凸起部位所形成的鈍化膜的不完整和多孔性,也加速了凸起部分的溶解,結果浸蝕的金屬表面被光亮表面所代替。隨著拋光時間的延長,金屬表面的鈍化狀態被打破,產生過腐蝕的金屬表面。

(1)添加劑A、B

A劑、B劑均由硫酸、表面活性劑、H2O2穩定劑、氧化劑等組成。硫酸主要溶解CuO,其含量過高會產生過腐蝕;太低,則表面易形成白色條紋,必須選擇合適的含量。H2O2在溶液中不穩定,特別是在含銅離子的拋光液中分解更為嚴重。提高H2O2的穩定性是能否批量生產的關鍵。因此,必須在拋光液中加入穩定劑,使H2O2分解減緩或停止。一般使用醇類與其它物質互配來穩定H2O2。表面活性劑有緩蝕和抑制酸霧能力,也可提高零件的表面光亮度。

(2)H2O2:

拋光液中的主要氧化劑,與硫酸聯合作用,使制品表面光亮。H2O2濃度太低,拋光效果差;H2O2濃度過高,則會在酸洗后產生粗糙的粉紅色銅層。

(3)溫度:

拋光液溫度對拋光后的粗糙度和光亮度有很大影響,一般隨溫度升高,其粗糙度和光亮度增加。但溫度過高,會導致過腐蝕,產生麻點,并且溫度過高,H2O2分解加快。適宜的溫度范圍為45～50°C。

(4)拋光時間

拋光時間隨溫度的升高而縮短,拋光時間短,則拋不亮;過長,又會產生麻點。為了獲得鏡面光亮度,拋光應采取短時、多次的拋光方式,每拋一次,都要脫膜和水洗一次。

(5)攪拌

在拋光時要求對溶液進行攪拌或抖動零件。一般的操作方法是,把零件放入拋光液,稍后再抖動零件,這樣可保證獲得高質量的拋光表面。

在配制拋光液的過程中,需使用純水才能達到最佳效果,新配制的拋光液,第一批零件的拋光時間較長,但以后的拋光速度就很快了。

二.參考拋光液配方

硅材料拋光液、藍寶石拋光液、砷化鎵拋光液、鈮酸鋰拋光液、鍺拋光液、集成電路多次銅布線拋光液、集成電路阻擋層拋光液、研磨拋光液、電解拋光液、不銹鋼電化學拋光液,不銹鋼拋光液、石材專用納米拋光液、氧化鋁拋光液、銅化學拋光液、鋁合金拋光液、鏡面拋光液、銅拋光液、玻璃研磨液、藍寶石研磨液、酸性拋光液、鋁材拋光液、金剛石拋光液、鉆石拋光液、單晶體鉆石研磨液、拋光膏