在化学元素周期表中,铜是正电性的金属,所以在其他金属基体上面的铜镀层属于阴极性镀层,稳定性较好,还可以用来提高金属基体表面和镀层之间的结合力,在很多情况下,电镀都以铜作为中间层,铜镀层为紫红色外观、孔隙少有较优的机械性能,常用作钢铁基体镀件镀铬的中间层,能够防止渗碳,这样通过中间镀层的替换可以节约其他有色金属的耗用量[3]。
印制板电路板在我国历史悠久,镀铜技术也日益成熟和完善。镀铜镀液有多种类型:氟硼酸盐型、氰化物型、硫酸盐型和焦磷酸盐型等。其中焦磷酸盐镀液成分简单可以使被镀产品容易获得均匀柔软的镀层,电镀过程中有较大的电流效率,镀层沉积在被镀基体表面速度快,电镀产生的废水容易处理。电极反应为:
阴极反应: [Cu2P2O7]6- + 2e- → Cu + 2P2O74-
阳极反应: Cu - 2e- + 2P2O74- → [Cu2P2O7]6-
镀铜电解液中的主盐是来自焦磷酸铜,焦磷酸铜含量的多少会影响电解液的性能,使得镀液的分散能力有较大的改变,普通镀铜工艺的铜的含量大概为23g/L左右,光亮镀铜配方中的铜的含量较高,未达到要求,出现的镀层的金属光泽较弱,平整度也会出现相应的降低,形成的镀层大多数较为粗糙,所以镀铜工艺应该严格按照配方来进行配制。随着印制板行业的飞速发展,另外人们对仿古铜件的青睐,镀厚铜和后期处理技术也有广泛的应用。自从中国实行对外开放政策以后,引进了很多新的电镀技术,同时也引进了很多先进的电镀加入剂,使得电镀后的镀层表面无憎水膜,而且镀液稳定,能够保证镀层质量,且设备维护方便。我国对光亮酸性镀铜加入剂的研制在七十年代就开始出现了,中科院与北京大学化学系合作,采用高酸低铜的配方,在国内率先研制出高分散能力的光亮酸性镀铜液,使镀液分散能力有较大的提高。在随后的大量科学试验和生产实践的基础上,推出了用于印制板镀铜的相应的电镀加入剂,使镀液的分散能力和覆盖能力进一步提高,获得铜镀层更加整平光亮。其中半光亮酸性镀铜工艺中的加入剂分解产物少,镀液的性能也均优于光亮镀铜,使得其应用也十分广泛。
除了上述的焦磷酸盐镀铜工艺还有氰化物镀铜工艺,无氰镀铜工艺,硫酸盐 镀铜工艺和乙二胺镀铜工艺等。所以电镀行业中铜的消耗量一直高居不下。伴随着废铜废渣的随意堆放,尤其是电镀废水的排放严重影响了地下水资源,某些化工企业的环保意识不强,忽视了资源回收利用有助于企业自身的发展。如果铜回收在利用具有工艺简单、高回收率、设备维护成本低、具有经济效益的优点实施回收利用,这样不仅能够提高铜的利用率,而且还提高我国的铜生产水平。
1.2 课题研究意义
随着电子工业,信息产业的发展,在印刷电路板领域,电镀铜技术也得到迅速的发展,主要在电解铜箔的制造和印刷电路板的布线两方面显得尤为重要,是产品达到要求的一种不可缺少的重要表面精饰工艺。表面精饰工艺中的镀铜技术能够很好地满足工业的发展,是大多数产品进入市场前所必须经过的一道重要程序。特别是近些年表面精饰工艺的发展和电镀产品的广泛应用,相应也会使得镀铜技术得到迅速发展,焦磷酸盐镀铜液的成分较简单,溶液比较稳定,电流效率高,覆盖能力和分散能力好,镀层结晶致密细致,并能获得质量好的镀层,且电镀企业对焦磷酸铜产品质量要求不高,比较容易达到电镀要求。所以在印刷电路板等镀铜方面国内铜电镀大多采用工艺简单,覆盖能力好的焦磷酸盐镀铜工艺。