兩起氯離子控制不當(dāng)事件的分析與處理

唐 泉

（昆山市華新電子集團(tuán)有限公司，江蘇 昆山 215341）

我公司曾有兩條垂直自動(dòng)鍍銅線因氯離子控制不當(dāng)而導(dǎo)致停產(chǎn)，這兩條電鍍線的藥水分析和管控方式有很大的差異，對鍍銅液中的氯離子的分析和添加的方式更是截然不同，結(jié)果都是由于管控方法不當(dāng)導(dǎo)致電鍍藥液無法正常工作而停產(chǎn)。

C線由一些老員工憑經(jīng)驗(yàn)操作、維護(hù)，他們認(rèn)為鍍銅時(shí)氯離子基本不會(huì)消耗，只要在開缸時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算并一次性加好就可以了，電鍍時(shí)板子帶出與帶進(jìn)的氯離子量是基本相等的，即使碳處理也只是將積聚在槽內(nèi)的有機(jī)污染物吸附掉以防止鍍層發(fā)脆，碳處理后槽液內(nèi)氯離子的量也基本沒有減小，所以沒必要作化驗(yàn)和添加。

B線是剛開廠投產(chǎn)的新線，由一些新員工操作、維護(hù)，他們的管控方式生搬了別廠的部分工藝文件，每月一次對槽內(nèi)溶液的氯離子含量進(jìn)行分析，當(dāng)分析發(fā)現(xiàn)氯離子含量偏向下限時(shí)會(huì)及時(shí)添加。

C、B兩線在各自的管控方式下正常生產(chǎn)著各自的板子，但好景不長，B線在運(yùn)行近半年時(shí)突然發(fā)現(xiàn)有一個(gè)銅槽的四個(gè)整流器的電壓值都明顯高于正常值，并在繼續(xù)上升，過一會(huì)兒其中的一個(gè)整流器電壓值首先達(dá)到保護(hù)電壓，停止了輸出，因此被迫停用該缸。

此時(shí)首先懷疑是整流器故障。經(jīng)與相鄰鍍銅槽對換整流器后再將該槽投入生產(chǎn)，剛開始時(shí)情況正常，但不到一小時(shí)又重復(fù)出現(xiàn)了上述癥狀，而換走的整流器在相鄰鍍銅槽上卻運(yùn)行正常。在將近一個(gè)月的查找原因的過程中，其它七個(gè)銅槽也相繼出現(xiàn)了上述癥狀，致使電鍍線全線停產(chǎn)。經(jīng)分析排除了對整流器和電控系統(tǒng)的懷疑，把問題點(diǎn)鎖定在鍍銅槽內(nèi)，初步斷定是由于電鍍槽液存在不良致使電鍍時(shí)槽電壓升高，迫使整流器過電壓保護(hù)而停止輸出。此故障經(jīng)反反復(fù)復(fù)近一個(gè)月的清洗鈦籃、陽極袋、陽極桿、磷銅球，總算暫時(shí)使B線恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

C線則是在對鍍銅槽液做碳處理后直接生產(chǎn)時(shí)也出現(xiàn)了陽極鈍化無輸出的現(xiàn)象，慌亂了好一陣后，經(jīng)分析補(bǔ)加氯離子并拖缸假鍍后，電鍍線才恢復(fù)正常生產(chǎn)。

這兩條電鍍線的管控方式肯定都存在問題，但問題到底出在哪里？是哪些或哪一個(gè)主要參數(shù)的管控出了問題？其問題產(chǎn)生的機(jī)理又是怎樣的呢？今后該如何管控呢？帶著這些疑問，我們細(xì)心分析故障時(shí)的跡象，發(fā)現(xiàn)C線和B線在故障時(shí)鈦籃內(nèi)磷銅球上的黑膜是截然不同的，B線鈦籃內(nèi)磷銅球上的黑膜是很黑很厚的，厚的地方厚度達(dá)0.5 mm以上，鈦籃內(nèi)下方的磷銅球被硫酸銅結(jié)晶嚴(yán)密地包??；而C線鈦籃內(nèi)磷銅球上的黑膜是沒有的，和剛加的磷銅球表面幾乎一樣。結(jié)合C、B兩線所用的物料都是從同一倉庫領(lǐng)用的，唯一不同的是對氯離子的管控方式明顯不同，因此只要圍繞氯離子展開分析，也許就能找到導(dǎo)致這兩條線的故障原因。

如果說B線銅槽中的氯離子是加多了，那么每月對氯離子的分析或分析后的添加難道是錯(cuò)的；如果說C線銅槽中的氯離子是少了，那么為什么只有在做碳處理后才出現(xiàn)了陽極鈍化無輸出的現(xiàn)象。

在此，我們不妨先看一下氯離子在銅槽內(nèi)的作用。在無Cl-離子的硫酸硫酸銅鍍液中，磷銅球在電解時(shí)生成致密的Cu3P陽極膜，很快會(huì)發(fā)生陽極鈍化的現(xiàn)象，導(dǎo)致磷銅陽極無法正常溶解。當(dāng)在此鍍液中加入氯離子后，負(fù)電性的氯離子在電場的作用下，絕大部份集聚在陽極表面。陽極溶解的Cu+離子幾乎全部與Cl-離子化合成CuCl，并以膠體狀態(tài)吸附在陽極表面，抑制了快速反應(yīng)Cu+離子的大量生成，加快了慢速反應(yīng)Cu2+離子的形成，氯離子在電解過程中起著Cu+離子向Cu2+離子轉(zhuǎn)變的媒介、調(diào)節(jié)和控制作用，因此在電沉積四步驟（傳質(zhì)，表面轉(zhuǎn)化，電化學(xué)步驟，相生成）中，Cl-離子的作用是不可小視的。

既然電鍍后Cl-離子在鍍槽內(nèi)存在集聚的現(xiàn)象，我們不妨來測一下正常生產(chǎn)過程中鍍槽中央的及鈦籃內(nèi)藥液各自的Cl-離子的含量，我們?nèi)我膺x一條電鍍線，在任意一個(gè)鍍槽的中央取槽液試樣為Cu1#，然后在此槽內(nèi)取出一鈦籃，將鈦籃內(nèi)磷銅球倒入一合適的容器內(nèi)，取走磷銅球留下的槽液作為試樣Cu2#（此試樣含有大量黑膜，顏色為黑色），經(jīng)委托安美特（中國）化學(xué)有限公司作精確分析，分析數(shù)據(jù)如圖1。

從數(shù)據(jù)來看鈦籃內(nèi)的Cl-離子濃度約是鍍槽中央Cl-離子濃度的1.45倍。

由于電鍍后Cl-離子在整個(gè)鍍槽內(nèi)的濃度分布是不均勻的，因此對Cl-離子含量的分析與添加，如果始終用鍍槽剛開缸時(shí)的濃度標(biāo)準(zhǔn)就顯得不太妥當(dāng)了。上述B線實(shí)際上就是只測鍍槽中央Cl-離子濃度，始終以開缸時(shí)的Cl-離子濃度標(biāo)準(zhǔn)來維護(hù)電鍍線，這樣添加進(jìn)槽內(nèi)的Cl-在電場力的作用下，會(huì)不斷集聚到鈦籃內(nèi)，鈦籃內(nèi)過多的Cl-離子加快了磷銅球的溶解，由于同離子效應(yīng)的作用，過多的CuSO4極易達(dá)到結(jié)晶濃度極限，析出的結(jié)晶嚴(yán)密包住磷銅球后，陽極就無法繼續(xù)向槽內(nèi)提供Cu2+離子，這時(shí)從整流器控制器上可發(fā)現(xiàn)槽電壓會(huì)不斷升高，當(dāng)槽電壓達(dá)到整流器保護(hù)電壓時(shí)，整流器停止輸出，電鍍槽電鍍工作終止。這就是B線故障的原因所在。

既然Cl-離子在整個(gè)鍍槽內(nèi)的濃度分布是不均勻的，鈦籃內(nèi)磷銅球上黑膜內(nèi)的Cl-離子濃度最高，那么碳處理后黑膜被處理掉了，Cl-離子當(dāng)然也不見了。如果碳處理后不分析補(bǔ)加Cl-離子，那么缺少Cl-離子溶解陽極的作用，電解時(shí)Cu3P陽極膜阻礙了銅陽極的正常溶解，銅陽極鈍化了，電鍍就無法正常進(jìn)行。這就是C線故障的原因所在。

盡管C、B兩線的故障在整流器上的反映是相同的（槽電壓升高，陽極鈍化，整流器停止輸出），但其產(chǎn)生機(jī)理是完全不同的，其危害、解決方法及解決難度也完全不同。

理論分析和實(shí)際檢測都證實(shí)了Cl-離子在鍍槽內(nèi)的濃度分布是不均勻的，Cl-離子會(huì)在陽極集聚。我們用此理論繼續(xù)對鍍槽跟蹤，經(jīng)觀察、試驗(yàn)、分析，得出了比較好的Cl-離子濃度控制方法，主要是認(rèn)識(shí)自身生產(chǎn)情況（工廠產(chǎn)品特點(diǎn)、電鍍線特性、碳處理周期、板子特性等），結(jié)合電鍍光劑特性，通過分析槽液成分，觀察銅球黑膜狀況，檢測電鍍后板子鍍層厚度、均勻性、韌性等。在其它參數(shù)都有所控制的同時(shí)，將Cl-離子濃度控制在一定的范圍內(nèi)。通常新開缸時(shí)可控制在中限偏上，生產(chǎn)一段時(shí)間后銅球黑膜較厚時(shí)，應(yīng)控制在中限偏下，以維持槽內(nèi)Cl-離子總量不致過高，因?yàn)镃l-離子含量過高，除了會(huì)發(fā)生上述B線故障外，還會(huì)發(fā)生CuCl膠體脫離銅陽極進(jìn)入槽液，形成一價(jià)的Cu+離子，過量的Cu+離子會(huì)產(chǎn)生歧化反應(yīng)，歧化反應(yīng)的后果是銅粉出現(xiàn)、鍍層粗糙。另外分析添加Cl-離子是很方便的，而取走Cl-離子就比較麻煩。

從此C、B兩線始終按上述方法控制Cl-離子含量，運(yùn)行多年再?zèng)]發(fā)生過一起因Cl-離子的問題而導(dǎo)致的故障。