粒铜电镀工艺研究

张辉++李超++桂小秋++肖薇++邵志松

文章编号：2095-6835（2016）17-0109-02

摘 要：为了增大铜的比表面积，通过改变现有硫酸体系光亮镀铜的镀液配方和电镀工艺，分析镀液配方与工艺对所获得表面镀层宏观形貌和微观组织的影响。实验结果表明，当电镀液中硫酸铜的质量浓度为200～250 g/L，硫酸的体积分数为3～4 mL/L，温度70 ℃，电流密度为17～19 mA/dm2时，可以获得较理想的粗糙镀层。

关键词：粒铜；电镀工艺；镀液配方；导电导热性

中图分类号：TQ153.1+4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.109

金属铜单子具有良好的导电导热性，是制造电子产品散热管的主要材料。随着现代社会信息化速度的加快，进一步提高了电子产品的运算能力，而电子产品的散热性也成为了制约电子产品发展的关键。散热管主要是在管的内壁通过刻沟、黏结等方法增大内壁面积，提高散热性。采取以上方法能在一定程度上提高其散热性，但是，工艺复杂，成本比较高。为了找出一种能够在低成本、简便工艺下提高铜表面积的方法，本文用电镀法进行了一系列提高铜表面粗糙度的探索，对比不同电镀工艺参数对铜表面粗糙度影响，得出最粗糙、散热最好的电镀粒铜工艺。

1 实验

所用材料为紫铜片（规格50 mm×20 mm），工艺流程是：有机溶剂清洗→流动冷水洗→粗化处理→流动冷水洗→去离子水漂洗→电镀→流动冷水洗→缓蚀剂液浸渍→干燥→检测。

本实验选择了3种实验工艺进行交叉对比，确定了最优的实验工艺四。4种工艺是：①电镀液是用自来水配置硫酸铜质量浓度为50～300 g/L的溶液，加入体积分数为3 ml/L浓度的硫酸，在70 ℃、15 A/dm2的电流密度下电镀40 min；②电镀液中硫酸铜的质量浓度为250 g/L，加入体积分数为0～20 mL/L的硫酸，在70 ℃、15 A/dm2的电流密度下电镀40 min；③电镀液中硫酸铜的质量浓度为250 g/L，加入体积分数为3 mL/L的硫酸，温度70 ℃，改变电流密度3～23 A/dm2 ，电镀时间40 min；④电镀液中硫酸铜的质量浓度为250 g/L，加入体积分数为3 ml/L的硫酸，电流密度17 A/dm2 ，温度70 ℃，对试片进行不同的前处理，电镀时间40 min，对镀层干燥后用粗糙度测试仪测试粗糙度，用显微镜拍照。

2 实验结果

2.1 硫酸铜浓度对镀层表面粗糙度的影响

实验结果显示，随着硫酸铜浓度的提高，镀层的粗糙度也随之提高，沉积速度也会加快。当硫酸铜的质量浓度为250 g/L时，粗糙度达到4.高浓度的铜离子可以使同一时间到达阴极表面的离子数增大，有利于粒子在同一位置的堆垛，提高粗糙程度。但是，由于硫酸铜有一定的溶解度，过高硫酸铜不利于槽液的稳定。具体结果如表1所示。

2.2 硫酸含量对镀层粗糙度的影响

实验结果显示，在低酸度的情况下，随着硫酸含量的提高，镀层的粗糙度先增加后减少。当硫酸的体积分数超过4 ml/L后，镀层粗糙度开始下降；当硫酸的体积分数为20 ml/L后，镀层开始向光亮镀层变化。硫酸在镀液中起导电的作用，并且可以防止铜离子水解。硫酸浓度过低，镀液分散能力差，尖端放电严重。硫酸浓度过高，镀液分散能力好，但是，镀层粗糙度低，具体如表2所示。

2.3 电流密度对镀层粗糙度的影响

实验结果表明，粗糙度随着电流密度在一定范围内先提高后降低。当电流密度为15 A/dm2时，达到最高的粗糙度5.电流密度低，铜沉积由扩散步骤控制，离子排序规则有序，粗糙度也降低，电流密度过高，浓差极化增强，会烧焦或形成海绵铜，具体结果如表3所示。

2.4 前处理方式对镀层粗糙度的影响

实验结果显示，前处理方式不同，获得的镀层粗糙度也不一样。经过有机溶剂擦洗的，镀层粗糙度较低等级为4；通过砂纸打磨和喷砂处理过的试片，镀层粗糙度等级为6；经过硝酸侵蚀的试样，获得的粗糙度较好等级为7.由于硝酸侵蚀的试样表面平整程度不一样，经过硝酸的侵蚀，会使表面微观粗化，在电镀过程中，又在微观粗化的基础面进行晶粒的生长，从而提升了镀层的粗糙度。图1是最佳工艺（硫酸铜的质量浓度为250 g/L，硫酸的体积分数为3 mL/L，电流密度为17 A/dm2，温度为70 ℃，对试片进行硝酸侵蚀前处理，电镀时间为40 min）处理后的粒铜金相图片，粗糙度等级为7.

3 结论

通过对镀液的成分和电镀工艺参数的控制，当电镀液中硫酸铜的质量浓度为200～250 g/L，硫酸的体积分数为3～4 mL/L，温度在60～70 ℃，电流密度为17～19 mA/dm2时，用硝酸处理2 min后电镀，可得到粗糙度较好的镀层。其表面积会增大，具有极高的散热性能。

参考文献

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〔编辑：白洁〕