网站导语：均匀的电镀层是提升镀层质量重要的关键，那么，在电镀工艺过程中，影响电镀镀层均匀性的主要因素有哪些呢？今日分享相关内容，一起来看看这篇文章吧！

电镀层厚度的均匀性分布是衡量电镀工艺的重要指标之一。镀层的均匀性分布直接关系到电镀加工件的精度、耐蚀和导电性等，特别是近年来高频高速电子电路的互通互连要求通孔孔金属化的镀层厚度的均匀性需进一步提高。

金属镀层在阴极表面各个部位的沉积量通常取决于电流在阴极表面的分布情况。因此，能影响沉积电流在阴极表面分布的因素，也能影响镀层金属在阴极表面不同部位的沉积厚度。在实际的电镀过程中，能影响阴极表面电流分布的因素众多，例如，阴极发生反应时，因浓差极化，往往不是单金属的析出，常伴有副反应发生，因此在水溶液电镀中，浓差极化时通常会发生析氢现象。氢气泡附着在阴极表面有可能使得局部镀不上，因此厚度的均匀性就无从谈起。实际上，影响电流分布的因素还包括镀件的几何形状、副反应的产生、除油除锈的彻底性、电流效率的变化、金属基体和电解液的特性等。

阴极电流分布对电镀层均匀性的影响

影响电流在阴极表面上分布的因素很多，除去表面前处理的因素外，可以把电流分布的影响归结为两个主要方面：当只考虑几何因素对阴极电流分布的影响时，称为“一次电流分布”,未加入电镀添加剂，仅考虑几何形状对电流密度的影响示意图如图1所示;若同时考虑电化学因素的影响，则称为“二次电流分布”。那么电流分布是否与金属厚度分布是一致的或是成比例的呢？实际上镀层厚度还与电流效率有关，电流分布不等于金属分布，金属厚度分布与不同阴极电流密度时的电流效率有关。

图1 几何因素对电流密度分布的影响示意图

在此，先讨论二次电流分布的影响因素，即不考虑阴极电流效率影响的问题。显然，此时工件上的阴极电流密度分布越均匀，则镀层厚度分布越均匀。根据法拉第定律可知：

也就是说通电一段时间后，镀层厚度δ与电流密度ik和电流效率ηk有关，但在多数情况下电流效率ηk变化范围较小(通常在20%以内变化),而电流密度ik变化可以是几倍，甚至十几倍。因此，影响金属层厚度δ分布的主要是电流在阴极表面的分布，在阴极表面电流分布理论中将进一步深入讨论。

电流效率对电镀层均匀性的影响

在电镀过程中，经常可以看到大量气泡逸出，如采用空气搅拌的镀液，实际上在电解池中不搅拌的情况下也会出现气泡逸出的现象。当工件作为阴极时，在电沉积金属的同时还可能发生析氢副反应。这表明在电镀过程中外电源提供的电量一部分消耗于金属离子的还原反应，另外一部分消耗于析氢反应。也就是说外电源提供的电子并没有百分之百地用于金属离子的还原反应。金属离子还原反应所需电量与外电源提供给阴极表面的总电量的比值常称为电流效率。电流效率的影响因素较多，不同的镀种其电流效率不同。例如，酸性镀铜电流效率接近1,镀铬电流效率较低，而氰化物镀液的电流效率居中(接近0.6),如氰化物镀铜等。电流效率过低造成能耗大，镀液不稳定，产生氢脆或气孔等。因此应从电解液配方及电镀工艺入手，尽可能提高电流效率。要弄清这些问题，需要了解电流效率与电流密度的关系，电镀生产实践表明，阴极电流效率同电流密度存在着如图3-2所示的三种关系。

图2 电流密度的变化同电流效率的关系示意图

1)电流效率与电流密度无关，如图2中曲线1所示，如酸性硫酸铜镀铜液和某些镀银液，其电流效率几乎不随电流密度产生变化，电流效率几乎接近100%。利用其电流效率接近100%的特点，如前面所述，镀液电流效率的测试通常是采用铜库仑计法，铜库仑计电极上的析出物易于收集且镀槽中没有漏电现象，其测试精度高达0.1%～0.05%。在这种镀液中，电镀层在阴极表面的分布与电流在阴极表面上分布是一致的，也就是说在阴极上金属的分布完全由二次电流密度来决定。

2)电流效率随电流密度的增加而增加，如图2曲线2所示，在电流密度高的部位电流效率也高，而在电流密度低的部位电流效率也低，从而有ik₁ηk₁《ik2ηk2,这使得电流密度小的部位沉积层厚度更薄了，从而加剧了镀件上镀层的不均匀分布，这也是镀铬电镀液分散能力极差的因素之一，这一特征对金属在阴极上的均匀分布极为不利。

3)电流效率随电流密度的增加而减少，如图2曲线3所示，通常来说电流在阴极上的分布是不均匀的，如在距阳极较近的部位及零件的棱角处，电流密度较高，而在距阳极较远的部位及零件的凹洼处，电流密度较低。如果单从几何因素的影响角度来看电流密度的分布，那么镀层的厚度不是均匀的。但是从曲线3可以看出，电流密度高的部位，其电流效率较低，用于沉积金属的电流所占比率必然降低。这样一来，ik1ηk1趋向接近ik2ηk2使得金属在阴极不同部位的分布趋于均匀。一般络合物电解液如氰化物电解液等均具有这种特征，这一特征使金属在阴极上的分布趋于均匀。影响电流效率的因素较多，如温度、镀液成分、浓度、pH、槽电压等，均可以使得电流效率降低或升高，但不一定会影响镀层在阴极表面分布的均匀性。例如，当温度升高20℃,其ik1ηk1及ik2ηk2数值会有变化，但ik1ηk1仍然趋向接近ik2ηk2,因此，这种变化不会影响镀层的均匀性分布。

基体金属对电镀层均匀性的影响

电镀过程是一个金属离子还原的过程，随着反应的进行，还原后的金属原子堆积成一些细微的小点，这就是结晶核，随着单个结晶数量的逐渐增加，在基材表面上的沉积颗粒会互相连接成片从而形成镀层。电结晶过程包括形核与晶核生长过程。通常来说，金属基材材料及电镀工艺条件的不同会影响到结晶核长大的过程乃至镀层的分布。因此，为了获得结合力良好的致密电结晶颗粒，通常需要优化电解液组成、操作的工艺条件、基体材料表面的除油除锈及活化等。如果基体材料表面除油除锈未彻底，存在的油污或锈污杂质等对电镀层的结合力及镀层组织是有害的，油污等作为非导体黏附在基体材料或镀层上，会造成无镀层并形成麻坑。若是小颗粒的导体电解质，则在基体表面会形成结瘤。实际上电镀油污锈污等杂质夹在镀层中，不仅会降低镀层结合力，还会降低镀层防锈能力。此外，基体材料表面的粗糙度大时，造成真实的电流密度变小，影响阴极极化度并造成局部电流密度分布不均。因此，被镀覆的基体材料表面粗糙度、电镀前处理及电解液组分等对电镀层的质量及镀层厚度分布的均匀性都具有重要的意义。

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