基于钢铁基底焦磷酸盐体系碱性镀铜技术的研究

发布时间：2017-10-19 23:17

  本文关键词：基于钢铁基底焦磷酸盐体系碱性镀铜技术的研究

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【摘要】：由于氰化物毒性大,氰化物镀铜废液对环境污染大,无氰碱性镀铜工艺成为了电镀工作者的研究热点。本文重点研究了在焦磷酸盐体系无氰碱性镀铜中络合剂HEDP(羟基乙叉二膦酸)及外场(超声波,磁场,脉冲)对薄膜的结构、微观形貌、电化学曲线和成核机理等方面的影响。本文研究成果主要包括以下四个方面:(1)脉冲参数对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响在无氰电镀铜过程中使用脉冲电镀,脉冲电镀有关断时间存在,被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近,当下一个导通时间到来时,阴极附近的金属离子得以恢复,故可以使用较高的电流密度。在电镀时间(T on)是1s,暂停时间(T off)分别是0.1s,1s,5s时,增加暂停时间(T off)有利于铜镀层晶粒的细化和改善微观结构。随着暂停时间(T off)的增加,瘤状颗粒尺寸减小,表面覆盖得相对致密。在暂停时间(T off)是1s,电镀时间(T on)分别是5s,0.5s时,电镀时间(T on)是5s得到的铜镀层覆盖较致密,孔洞较少。(2)HEDP对焦磷酸盐体系铜电沉积机理的影响在焦磷酸盐体系电镀铜过程中,随着HEDP浓度的增加,铜镀层变的粗糙,铜镀层的厚度减小。在40 g/L的HEDP时,铜镀层表面平滑,覆盖致密,铜镀层的厚度为7.5μm,电流效率为93.76%。在研究成核机制时发现,不添加HEDP时,Cu电沉积初期为三维瞬时成核。在添加HEDP时,Cu电沉积初期为三维连续成核。(3)超声波对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响在无氰电镀铜过程中引入超声波,可以有效地增加电结晶的成核速度,降低晶粒的长大速度,使镀层均匀细致。在没有超声波作用下,镀层粗糙且有许多孔洞,而在60W和80W的超声波作用下,镀层致密,瘤状颗粒细小、均匀,没有明显的缝隙和裂痕。当超声波功率为100W时,镀层表面不均匀,瘤状颗粒粗大,表面非常粗糙,有许多孔洞。在超声波功率为0W,60W,80W和100W时,镀液的电流效率分别为91.95%,92.14%,89.25%和96.11%。(4)磁场对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响在无氰电镀铜过程中引入平行于电场的磁场,有助于改善薄膜的表面形貌,随着磁场的增加,表面逐渐平整致密,但是薄膜厚度逐渐减小。无磁场时,电沉积层表面产生大量气孔,表面粗糙,其粗糙度Ra=520nm。而在0.3T,0.5T和0.8T磁场作用下,表面气孔明显逐渐减少,表面逐渐平整,覆盖逐渐致密,且粗糙度逐渐减小,在0.8T时电沉积层的粗糙度为Ra=226nm。
【关键词】：无氰碱性镀铜 电沉积 HEDP 磁场 超声波 脉冲电沉积
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-27
• 1.1 引言14
• 1.2 铜镀层的性质及应用14-15
• 1.3 无氰镀铜的研究现状15-18
• 1.4 电镀的基本原理与理论18-21
• 1.4.1 络离子迟缓放电理论18-19
• 1.4.2 添加剂的吸附理论19
• 1.4.3 产生光亮镀层的电子自由流动理论19
• 1.4.4 电结晶理论19-21
• 1.5 外场条件对镀铜的影响21-25
• 1.5.1 超声波对电沉积Cu薄膜的影响21-22
• 1.5.2 脉冲参数对电沉积Cu薄膜的作用22-24
• 1.5.3 磁场对电沉积Cu薄膜的作用24-25
• 1.6 无氰镀铜亟待解决的难题25-26
• 1.6.1 铜粉的产生和消除25
• 1.6.2 无氰镀铜时钢铁基体上置换铜的避免与消除25-26
• 1.7 课题的主要研究内容26-27
• 2 实验设备与实验方法27-32
• 2.1 实验材料与方法27
• 2.1.1 实验材料27
• 2.2 实验仪器与设备27-28
• 2.3 电镀工艺流程28
• 2.4 实验装置28-29
• 2.5 分析测试方法29-32
• 2.5.1 XRD29-30
• 2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）30
• 2.5.3 能谱仪（EDS）30
• 2.5.4 电化学工作站30
• 2.5.5 石英晶体微天平（QCM）30-32
• 3 脉冲电镀制备Cu薄膜32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 实验方法32-33
• 3.3 结果分析与讨论33-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 HEDP对焦磷酸盐体系无氰碱性镀铜的影响40-60
• 4.1 引言40
• 4.2 实验方法40-41
• 4.2.1 溶液配制和工艺条件40-41
• 4.2.2 实验方法41
• 4.3 不同HEDP浓度对Cu薄膜镀层的影响41-50
• 4.3.1 溶液配制及工艺条件41-42
• 4.3.2 结果分析与讨论42-50
• 4.4 不同温度对Cu薄膜镀层的影响50-55
• 4.4.1 溶液配制及工艺条件50
• 4.4.2 结果分析与讨论50-55
• 4.5 不同镀液pH值对Cu薄膜镀层的影响,55-58
• 4.5.1 溶液配制及工艺条件55
• 4.5.2 结果分析与讨论55-58
• 4.6 本章小结58-60
• 5 超声波功率对无氰碱性镀铜的影响60-68
• 5.1 引言60
• 5.2 实验方法60-61
• 5.3 结果分析与讨论61-67
• 5.3.1 不同超声波功率对铜镀层形貌的影响61-62
• 5.3.2 不同超声波功率对镀液电化学曲线的影响62-66
• 5.3.3 相同超声波功率，不同电流密度对铜镀层形貌的影响66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 平行磁场作用下(B//J)电镀制备Cu薄膜68-73
• 6.1 引言68
• 6.2 实验方法和装置68-69
• 6.3 不同磁场强度对镀层形貌和粗糙度的影响69-70
• 6.4 不同磁场强度对镀层厚度的影响70-71
• 6.5 磁场强度对镀液循环伏安曲线的影响71-72
• 6.6 本章小结72-73
• 7 无氰碱性电镀CuZn合金73-80
• 7.1 实验方法和装置73
• 7.2 极化曲线和循环伏安曲线73-78
• 7.3 本章小结78-80
• 8 结论80-81
• 参考文献81-85
• 作者简历85

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本文编号：1063900