36. 구리도금-황산구리도금

 

1. 황산구리액의 기본 성분은 황산구리와 황산이다.

광택제를 첨가하지 않은 무광택액을 사용하면 결정 입자가 거친 무광택 도금이 얻어지고, 고전류 밀도 부분은 수지상 도금이 되기 쉽다.

​	일반액	고균일성 액
황산구리 (g/ℓ)	150~240	60~100
황산 (g/ℓ)	45~60	170~220
염소 이온 (g/ℓ)	20~120	30~100
광택제 (g/ℓ)	2~10	적량
액 온도 (℃)	20~40	20~30
전류밀도 (A/dm²)	1~10	1~4
교반	중간 교반	강한 교반
양극	함인구리 (0.01~0.5% P)	함인구리

 

일반적으로 무광택액을 사용하는 것은 예외적이며,

안정한 광택제를 첨가한 광택 황산구리액이 널리 사용 되고 있다.

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2. 액 조성

일반적으로 사용되는 광택 도금액은 황산/구리의 비를 10 정도가 되게 한 것으로 액의 전도율읖 높여 균일 전착성을 향상한 도금액이다.

예전에는 프린트 기판 스루 홀 (through hole) 도금에 피로인산구리 도금이 많이 쓰여졌으나, 지금은 거의 대부분 황산구리 도금액으로 대치 되었다.

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3. 도금액 제조법

황산구리를 40~50℃ 물에 교반하면서 완전히 용해시킨 다음 황산을 첨가하면 된다.

황산을 과도하게 첨가하면 황산구리의 용해도가 감소하여 도금 탱크나 벽에 황산구리 결정이 생성되기 쉬우므로 황산을 증가시킬 때에는 황산구리의 양을 적게 하여야 한다.

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4. 황산구리액 성분의 역할

ㆍ황산구리

구리이온의 보급원으로써 액의 전도성을 좋게 한다.

황산구리 농도가 너무 낮으면 음극 효율이 나빠지고, 전류밀도가 큰 모서리 부분이 타게 된다.

한편, 농도가 너무 높으면 피복성이 나빠지고 광택도 저하되며 액온이 낮을 때에는 황산구리가 극판상에 결정으로 석출 된다.

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ㆍ황산

도금액 중에 첨가된 황산은 양극 용해를 촉진하고 액의 전도성을 좋게 한다.

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ㆍ광택제

광택제는 여러가지 종류가 있으며 그 중에서 가장 좋은 것은 황화물, 계면활성제, 염료 등을 조합한 것으로서 금속의 광택성, 평활성(leveling), 피복성 등을 좋게 한다.

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ㆍ염소 이온

염소 이온은 광택이나 평활제의 보조 작용을 한다.

염소 이온이 부족하면 나뭇가지 모양의 석출물이 도금면에 생기게 되고, 많을 때에는 전류 집중부가 타게 되며 광택이 없는 피막이 된다.

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5. 작업 조건 및 관리

ㆍ전류밀도

황산구리 250g/ℓ, 황산 50g/ℓ 와 함께 광택제를 규정량만큼 첨가하고 전류밀도는 1~10A/dm² 범위로 조정한다.

양극판은 인을 함유한 구리판을 사용하는 것이 균일하게 용해 되고 슬러지(sludge) 발생량도 적다.

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ㆍ교반

교반에 의하여 광택 범위나 평활 작용의 범위가 넓어지는데 일반적으로 공기 교반을 하고 있다.

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ㆍ여과

도금액 중에 존재하는 불순물, 양극으로부터 나온 슬러지 등을 제거하여 조잡한 도금을 방지하고, 광택과 평활성을 좋게 하기 위하여 연속 여과시켜야 한다.

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ㆍ액온

도금액의 온도는 20~30℃로 한다. 상한 온도는 광택제에 따라 다르나 일반적으로 30~33℃를 넘으면 광택이나 평활성이 나빠지기 시작한다. 따라서, 대량 생산 도금 설비의 경우 여름철에는 냉각 장치를 필요로 한다.

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ㆍ도금액의 관리

황산구리액의 관리는 알칼리액에 비해 간단하다.

광택을 좋게 하는데에는 액온의 상승을 억제하는 것이 가장 좋으며, 적당한 온도는 30℃ 이하이다.

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액량과 전류와의 관계는 전류를 액량으로 나눈 값으로 나타내는데 정지액 0.3~0.4A/ℓ 로서 1000A를 흐르게 하기 위해서는 약 2500~3000ℓ의 액량이 필요하다.

염소 이온의 양이 적당한지 어떤지는 헐셀 시험으로 조사하며, 적을때에는 저전류밀도 부분의 도금에 광택이 없어진다. 광택제를 첨가해도 광택성이 회복 되지 않을때에는 염산을 첨가한다.

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황산구리액은 금속 불순물의 혼입이 문제가 되는 일은 적고, 주로 유기 광택제의 분해 생성물의 용액 내 축적이 문제가 된다. 액 중에 유기 불순물이 많아지면 피트나 광택 불량이 발생 되기 쉽기 때문에 활성탄 여과를 정기적으로 행하여야

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6. 석출원리

황산구리 도금액의 기본 조성은 황산구리와 황산을 물에 용해시켜 만든다. 도금액 중에서 황산구리는 해리하여 2가의 구리 이온이 석출 된다.

CuSO4 ↔ Cu^2+ + SO4^2-​

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H2SO4는 다음과 같이 해리한다.

H2SO4 ↔ 2H^+ + SO4^2-

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음극에서는 2가의 구리 이온이 2개의 전자를 얻어 환원 되어 음극에서 석출 되고 수소 이온도 음극에서 수소가스로 되어 발생한다. 음극전류효율은 거의 100%이고 실제로 수소 가스는 거의 발생하지 않는다.

Cu → Cu^2+ + 2e → Cu (음극)

2H2 + 2e → H2 (수소가스 발생) (음극)

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양극에서는 금속구리가 전자를 잃어버려(산화) 2가의 Cu 이온 Cu^2+가 생기고 H2O는 전기분해하여 수소 이온과 산소 가스가 생성 된다.

Cu → Cu^2+ + 2e (양극)

H2O → 2H^+ + ½O2 + 2e (산소가스 발생) (양극)

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자료 출처 :

세진사 [방식 및 표면처리]

문운당 [핵심 도금ㆍ표면처리]

교육부 [금속 표면 처리]