電鍍電流分布理論

1、電鍍電流分布理論一級(jí)電流分布電極沒有極化和未受到其它因素干擾的情況下，由于陰極與陽極相對(duì)位置存在遠(yuǎn)近，其所產(chǎn)生的高低電流分布稱 之為一次電流分布，它完全取決于鍍槽的幾何形狀，即陰陽極的距離、排列、大小、形狀等。當(dāng)一定電壓加于兩電極上時(shí)，鍍液中的每一點(diǎn)都有一定的電壓存在其大小介于兩電極電壓之間。因?yàn)榻饘匐姌O導(dǎo) 電性很強(qiáng)，可以假設(shè)電極表面每一點(diǎn)的電壓均相等，同理，在鍍液中也可以找出某些具有相等電位的假想平面。一般說 來，靠近電極的位置,其等電位平面與電極形狀甚為相似，但是，其形狀會(huì)隨著與電極的距離逐漸增大而改變。在等位 面分布較密集的區(qū)域，其電流密度就較大，反之則較小。由電場(chǎng)理論得知，等電位平面和

2、其所對(duì)應(yīng)力平面是互相垂直的。電極本身屬于等電位平面，所以電流流進(jìn)或流出電 極某一點(diǎn)必與該點(diǎn)所在的平面互相垂直。如果等電位平面被一完整的導(dǎo)體取代或者是等電位平面所對(duì)應(yīng)力平面被一絕 緣體所替代，將不會(huì)影響其電場(chǎng)。反之，如果等電位平面被任何替代物所切斷,則整個(gè)電場(chǎng)將受到相等程度的干擾，電 流分布也將有所改變。一級(jí)電流分布對(duì)鍍銅層影響最大，主要控制鍍層的表面結(jié)構(gòu)。通常在陰極的各邊緣處，會(huì)有較多的電力現(xiàn)分布。 如下圖所示。陽極 陰極 陽極 陽極陰極 陽極俯視圖側(cè)視圖圖1.理想的陰陽極排列圖陽極 陰極 陽極 陽極 陰極 陽極俯視圖側(cè)視圖圖2.實(shí)際的陰陽極排列圖電路板鍍件板面邊緣因等電位平面分布較密集而鍍層

3、較厚；鍍件中間因等電位平面分布較疏散而鍍層較薄。 光澤劑或添加劑對(duì)板面宏觀電流的分布幾乎沒有什么影響。電鍍銅時(shí)需要供應(yīng)能量，使得鍍液中的銅離子（Cu2）還原在陰極上和陽極能解離出銅離子，此系統(tǒng)的能量以電能為 主。因此鍍槽中陰陽極的幾何擺設(shè)或兩極的相對(duì)位置變化，都會(huì)在陰極形成高低不同的電鍍能量。電鍍能量高的地方 具有較高的電鍍速率，即所謂的高電流密度區(qū)；電鍍能量低的區(qū)域其電鍍速率較低，即低電流密度區(qū)。電路板電鍍，由于其路線排列很難掌握，而陽極基本上固定不變，所以在板面孤立區(qū)域，通常出現(xiàn)較高電流分布， 使得鍍層偏厚，如下圖3。圖形電鍍圖一次電流分布只受陰陽極的幾何形狀所影響，所以高電流密度區(qū)會(huì)形

4、成尖端效應(yīng)，亦即電流集中在板中凸出部份、板邊或孔口，造成板面均勻 性不佳或狗骨現(xiàn)象。而由于通/盲孔內(nèi)部之電流分布較板面少，所以先天 上就不足，這就是深鍍能力始終小于100%的道理即在于此。而當(dāng)高電流 密度下操作時(shí)，此一現(xiàn)象將會(huì)加以放大。一級(jí)電流分布的影響因子：槽體設(shè)計(jì)；陽極設(shè)計(jì)；掛架與接點(diǎn)設(shè)計(jì)； 陽/陰極大小、形狀、導(dǎo)電性；陰極工件板大小與形狀；電極的相對(duì)位置； 陽/陰極幾何擺設(shè)；陽/陰極方位與鍍槽關(guān)系；鍍件與鍍槽的距離；擺動(dòng)狀 況；空氣攪拌；鍍液的界面；遮蔽物；竊鍍裝置（輔助陰極）等。一級(jí)電流分布為自然形成，不容易改變，若要改變一次電流分布不均 的現(xiàn)象，只能改變電鍍?cè)O(shè)備和設(shè)計(jì)理念：增加陰/陽

5、極距離、加大陽極面積、使用絕緣屏蔽物改變等電位平面、采用輔助陽極改善低電流區(qū)域的電流分布、使用輔助陰極分散高電流區(qū)域的電流分布、鍍面按正方形或長(zhǎng)方形密集上架，以 降低高低電流差異等。下圖4為較為可行的鍍槽設(shè)計(jì)：陽極陰極圖4鍍槽設(shè)計(jì)圖（側(cè)視）二級(jí)電流分布電鍍過程中電極附近發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，因而增加了鍍液的電阻稱之為極化。由于電極產(chǎn)生極化，使局部實(shí)際電 流分布與一次電流分布的狀態(tài)有所不同，這種改變后的電流分布狀態(tài)稱之為二次電流分布。實(shí)際上，電鍍過程中電流 分布仍受到其它因素的影響，即加入電荷傳遞與質(zhì)量傳遞等參數(shù)之后，其電流密度又得以重新加以分配。二次電流分布主要是受到活化過電壓及濃度過電壓的影響，

6、即擴(kuò)散層和雙電層的相對(duì)影響。其效應(yīng)并不及一級(jí)電 流分布。二級(jí)電流分布效應(yīng)出自電鍍槽液的化學(xué)成分與濃度，特別是硫酸銅、硫酸及氯化物等濃度的變化。因此可透 過電荷傳遞與質(zhì)量傳遞來改善電流分布，使得實(shí)用的電流分布較原先的一級(jí)電流分布更趨于均勻。一般質(zhì)量傳遞的影響因素有：硫酸銅濃度、電鍍速率、攪拌情形、槽液溫度。有關(guān)電荷傳遞的影響因素有：吸附陰極的有機(jī)添加物；吸附陰極的有機(jī)添加物與銅離子的復(fù)合物。質(zhì)量傳遞受到槽液攪動(dòng)與打氣的影響，通常攪動(dòng)與打氣僅能影響陰極表面的質(zhì)量傳遞；孔內(nèi)質(zhì)量傳遞則幾乎由陰 極擺動(dòng)的距離與頻率所決定。有機(jī)添加物基本上不影響質(zhì)量傳遞，卻影響電荷傳遞。若陰極板面各處與孔內(nèi)，當(dāng)質(zhì)量 傳遞

7、與電荷傳遞的差異很小時(shí)，則板面的電流密度也會(huì)接近，鍍層自然分布均勻。由于電流大小和陰陽極間距離成反比,電極極化就相當(dāng)于增加了陰陽極間的距離。此距離稱之為特征長(zhǎng)度。因?yàn)榇?種效應(yīng)，二次電流或多或少可減少一次電流不均勻的現(xiàn)象由電場(chǎng)理論可知，電流的分布力實(shí)際上受兩種因素所左右：鍍液電阻；極化作用所產(chǎn)生的電阻。極化參數(shù)P作如下定義：P = R/Rp = a cFLj/RgTK式中ac-移轉(zhuǎn)系數(shù),F-法拉第常數(shù),L -陰陽極距離,j-平均電流密度，Rg-氣體常數(shù),T-溫度,K-溶液的導(dǎo)電度。如果PV1,代表極化作用遠(yuǎn)超過電場(chǎng)效應(yīng)，則電流傾向于二次電流分布,將十分均勻；如果P1,則電流傾向于一次電流分布，

8、完全取決于鍍槽的幾何形狀。以硫酸銅鍍液作多層板鍍銅實(shí)驗(yàn)，各參數(shù)基本數(shù)據(jù)為a c=0.5, Ma-sec/g-ep,L=30.5cm, j=26.9Ma/cm2 , K=0.55（奧 姆cm）-1, RgT/F=25.6Mv/（23C）。結(jié)果P=29.131代表電流傾向于一次電流分布，其均勻與否完全決定于鍍槽的設(shè)計(jì), 而溶液的導(dǎo)電度、極化反應(yīng)的影響均不大。三級(jí)電流分布對(duì)于通孔及其附近而言，影響電流分布的因素包括鍍槽幾何形狀、鍍液的導(dǎo)電性、質(zhì)量傳迅速率、銅離子的濃度等。 電流因受上述因素錯(cuò)綜復(fù)雜的干擾而影響其分布稱之為三次電流分布。三級(jí)電流分布效應(yīng)不及一、二級(jí)電流分布，但仍與均布力息息相關(guān)。此效應(yīng)主要于槽液的有機(jī)添加劑構(gòu)成。添加劑通常包括三種成分，即光澤劑、平整劑與載體，三種成分均會(huì)在陰極表面邊界層產(chǎn)生作用。光澤劑：吸附于陰極表面，可取代部分的載體之用，增加該區(qū)的電鍍速率（+）。平整劑：可被吸附并取代某些特定位置（通常為高電流密度區(qū)或高攪拌區(qū)）的光澤劑或載體，能降低電鍍速