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《陕西师范大学》 2011年
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次磷酸钠—氨三乙酸无甲醛化学镀铜体系的研究

袁雪莉  
【摘要】:近年来,随着人们对环境保护的日益重视,化学镀铜工艺逐步向着绿色、环保的方向发展。传统的以甲醛为还原剂的化学镀铜工艺逐渐被以次磷酸钠为还原剂的化学镀铜工艺所取代。但是,由于金属铜对次磷酸钠的氧化没有催化作用,需要加入镍离子或钻离子作为催化剂。目前,次磷酸钠化学镀铜体系多采用柠檬酸钠作为配位剂,该体系沉积的铜膜色泽黯红,镍、磷含量高,电阻率大,不利于实际应用。 为了改善铜膜质量,降低铜膜的镍、磷含量,本文首选了氨三乙酸(C6H9NO6)作为配位剂,利用其与Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)形成稳定络合物的特点,使溶液中存在的Cu(Ⅱ)优先于Ni(Ⅱ)沉积出来,从根本上降低了铜模中的镍含量,得到纯的金属铜膜。另一方面,氨三乙酸和Cu(Ⅱ)形成的络合物稳定常数不高,因而使得沉积反应活化能低,触发速度快,有利于化学铜的快速沉积。 本论文在以次磷酸钠为还原剂,氨三乙酸为络合剂的环境友好的化学镀铜体系中,研究了化学镀铜溶液中各组份浓度对沉积速率、镀层外观质量的影响,确定了化学镀铜溶液的基本组成CuSO4·5H2O 10gL-1, C6H9NO6 15gL-1,NaH2PO2·H2O 34 g L-1, CH3COONa·3H2O 30g L-1,操作温度为80℃,pH值为6.00。在此条件下进行化学镀铜,所得铜种子层外观质量好,表面电阻率低(3.1μΩ·cm),沉积速率高(达到2.4μm h-1),镀液稳定性好。电化学研究结果表明,沉积速率随镀液pH,配位剂氨三乙酸浓度的增加而减小,但随着硫酸铜,次磷酸钠浓度的增加而增大。 研究了添加剂聚乙二醇(PEG-600)的微量添加对化学铜沉积速率和铜种子层质量的影响,并通过SEM、EDX、XRD、AFM等测试手段对沉积铜种子层的性能进行了表征。实验结果表明,添加微量的PEG-600不仅对铜种子层的表面形貌和结构有很大的改善,而且可以提高化学铜沉积速率,降低铜种子层表面电阻率。当其加入浓度为0-0.3 mg L-1时,可以加快沉积反应速率,当其浓度为0.3 mg L-1时,沉积速率达到最大值为2.6μm h-1,铜种子层颜色转变为亮铜色,具有良好的金属光泽,并且铜种子层颗粒更加均匀。AFM结果显示:没有添加PEG-600的铜种子层表面非常粗糙,平均粗化度(Ra)和方均根粗化度(Rms)分别为0.65μm和0.81μm,当添加0.3 mg L-1的PEG-600时,铜种子层表面变得光滑,平均粗化度(Ra)和方均根粗化度(Rms)分别减小到0.45μm和0.58μm,说明PEG-600的加入对铜种子层具有较好的整平作用。XRD衍射结果显示,PEG-600的加入使铜(111)晶面的衍射强度明显增强,更加有利于铜在(111)面上沉积。 通过本课题的研究,开发了一种新型环保的化学镀铜溶液,该化学镀液稳定性好,沉积的铜种子层具有纯度高,结晶度好,电阻率低等优点。改变了以往次磷酸钠化学镀铜体系下的铜膜镍含量高,铜层质量差等缺陷,为后续次磷酸钠化学镀铜体系的进一步研究打下良好的基础。 本论文的另一个研究重点是找出了一种可替代传统钯催化的ABS表面金属化新工艺。该工艺根据二氧化锰-硫酸微蚀后的ABS表面存在羧酸根的特点,通过离子交换,以NaBH4为还原剂,将Ni(Ⅱ)还原为金属镍、沉积在ABS塑料上,以此金属镍作为催化中心,在ABS基板上进行化学镀铜。采用SEM、XRD、XPS等测试方法对沉积化学铜膜的形貌、结构、成分进行了表征。实验研究了微蚀时间、NiSO4浓度、NaBH4浓度、还原温度、还原时间等对ABS塑料表面成膜情况及电镀后铜膜与基体间粘结强度的影响。粘结强度的测定结果表明,铜膜与基体间的平均粘结强度可以达到0.72 kN m-1,与传统钯活化后所测的粘结强度(0.87 kN m-1)相差不大。实验结果表明,该活化工艺所得铜层均匀、光亮、结合力好,说明使用该催化工艺取代传统的钯催化工艺是可行的。
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ153.14

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