전기 도금 중 구리의 도금에 대해 알아보도록 하겠습니다.
(1) 구리 도금액의 분류
산성액에는 황산구리액, 붕플루오르화구리액 등이 있습니다.
황산구리 도금액은 바탕 도금, 착색 바탕, 전주, 프린트 기판 및 스루 홀 도금에 사용하는 도금액입니다. 공해가 적고, 약품값이 싸며, 평활 작용이 좋은 도금 광택제 많이 쓰이고 있습니다.
붕플루오르화구리 도금액은 연질의 도금이 되고, 고전류에 의한 고속 도금이 가능하여 주로 전주에 이용됩니다. 액의 독성이 크고, 약품값이 비싸며, 플루오르화물의 배수 처리에 어려움이 있습니다.
알칼리성액에는 시안화구리액, 피로인산 구리액 등이 있습니다.
시안화구리 도금액은 철강이나 아연 다이 캐스트 소재의 스트라이크 도금액으로 보편적으로 사용되고 있습니다. 피로인산구리 도금액은 바탕 도금, 침탄 방지, 프린트 기판 도금용으로 사용되는데 독성이 없으며, 균일 전착성과 평활성이 좋습니다.
(2) 구리 도금의 용도
구리도금의 공업적 용도는 전주, 두께(인쇄롤), 프린트 배선 기판의 도금 등이 있습니다.
장식적 용도로는 니켈 도금 등의 바탕 도금에 사용됩니다.
(3) 시안화구리 도금의 특징
시안화구리도금은 스트라이크 도금, 바탕 도금, 전주용 도금에 사용됩니다. Fe이나 Zn, Pb 등에 직접 도금할 수 있고, 피복력이 좋은 것이 특징입니다. 맹독성인 시안(CN)의 폐기를 위한 공해 방지 설비가 요구되는데 액의 관리가 황산구리 도금액보다 복잡하고, 약품값이 비싼 것이 단점입니다.
시안화구리 도금액의 제조법에 대해 알아보도록 하겠습니다. 시안화 구리액은 시안화구리(CuCN)와 시안화나트륨(NaCN)을 사용하여 조제하는데 NaCN을 먼저 최종 액량의 절반 정도되는 물에 용해한 후 이 용액에 CuCN를 교반 하면서 천천히 첨가하여 수용성 착염[NazCu(CN)]을 형성시켜 용액 중에 녹이는 과정으로 제조됩니다.
구리 스트라이크액은 저농도의 CuCN액에서 1분 이내로 잠깐 동안 도금하여 밀착성을 좋게 하는 처리로 Fe, Zn 등에 산성 구리 도금을 하고자 할 때는 미리 구리 스트라이크 처리를 하게 됩니다.
(4) 도금액 성분의 역할
도금액 성분의 역할을 정리해보겠습니다.
먼저 시안화구리(CuCN) 및 시안화나트륨(NaCN) 도금액입니다. 시안화구리 와 시안화나트륨 도금액인 CuCN는 구리 이온의 보급원이며, 황산구리와 같이 단염의 형태로 보급되지 않고 NaCN과 반응하여 시안화구리나트륨 착이온을 만들어 구리 이온을 보급하게 됩니다. 도금액 중에 존재하는 유리 NaCN은 구리 이온의 농도를 조절하는 역할을 하게 됩니다.
다음으로 수산화나트륨(수산화칼륨) 도금액 입니다. 수산화나트륨 도금액은 pH를 높이고, 액의 전도율과 피복력을 좋게 합니다. pH가 너무 낮으면 전도율이 저하하나 시안가스의 발생 등이 생기기 때문에 KOH로 pH를 조정합니다.
다음은 탄산나트륨(탄산칼륨) 도금액 입니다. 탄산나트륨의 도금액 중 최대 허용량은 60g/l로서 이상 존재하면 양극의 용해가 잘 안 되며, 광택 및 평활성이 나빠져 조악한 석출면을 나타내게 됩니다.
마지막으로 티오시안화칼륨 도금액 입니다. 티오시안화칼륨 도금액은 광택제로 첨가되어지며, 도금면의 광택 및 평활성을 개선해 주는 역할을 합니다.
(5) 작업 조건과 도금액 관리
광택용 또는 두꺼운 도금층을 형성시키고자 하는 시안화구리액의 작업 온도는 일반적으로 50~60℃ 범위입니다. 도금액의 온도가 높을수록 사용 전류 밀도를 높게 할 수 있습니다. 제품의 모양과 그 표면적, 도금액 중 구리 이온의 농도, 액 온도 등에 달라지게 됩니다. 보통 2~3A/dm²에서 작업하는 것이 적당하다고 알려져 있습니다.
pH는 12 이상이 좋으며, 이보다 낮을 경우는 광택이 저하되고, 평활성 범위가 좁아져 시안화나트륨의 분해가 일어나기 쉽습니다.
교반 하면서 도금을 하면 광택 범위가 넓어지고 평활성도 향상되게 됩니다. 여과는 항상 또는 정기적으로 시행하며, 유기물 제거에는 활성탄 등이 사용됩니다.
도금액의 관리 또한 중요한데 도금 작업 중에는 액을 지속적으로 관리하여 적정한 조건을 항상 유지하도록 합니다. 구리 이온 농도는 1개월에 2회 정도 분석하고 유리 시안화나트륨은 변동이 크기 때문에 1주일에 2회 정도 분석하는 것이 좋습니다.
추가로 피로인산구리액은 시안화구리액과 같이 알칼리성 착색염으로 균일 전착성이 우수하고, 도금막의 기계적 성질도 좋습니다. 액의 pH는 8~9 사이로 구리 도금 중에서 가장 중성에 가까워 장치 및 소재의 침식이 적으며, 피로인산 구리액의 최대 용도는 프린트 배선 기판의 쓰루 홀 도금(through gole plating)입니다.
피로인산구리 도금액 제조법의 순서는 우선 피로인산칼륨을 증류수에 용해하고 다음에 피로인산구리를 천천히 첨가하여 용해시키고, 활성탄 3g/ℓ를 가하여 1시간 이상 교반한 후 여과하면 됩니다.