粒銅電鍍工藝研究

張輝++李超++桂小秋++肖薇++邵志松

文章編號(hào)：2095-6835（2016）17-0109-02

摘 要：為了增大銅的比表面積，通過(guò)改變現(xiàn)有硫酸體系光亮鍍銅的鍍液配方和電鍍工藝，分析鍍液配方與工藝對(duì)所獲得表面鍍層宏觀形貌和微觀組織的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電鍍液中硫酸銅的質(zhì)量濃度為200～250 g/L，硫酸的體積分?jǐn)?shù)為3～4 mL/L，溫度70 ℃，電流密度為17～19 mA/dm2時(shí)，可以獲得較理想的粗糙鍍層。

關(guān)鍵詞：粒銅；電鍍工藝；鍍液配方；導(dǎo)電導(dǎo)熱性

中圖分類號(hào)：TQ153.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.109

金屬銅單子具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，是制造電子產(chǎn)品散熱管的主要材料。隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化速度的加快，進(jìn)一步提高了電子產(chǎn)品的運(yùn)算能力，而電子產(chǎn)品的散熱性也成為了制約電子產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵。散熱管主要是在管的內(nèi)壁通過(guò)刻溝、黏結(jié)等方法增大內(nèi)壁面積，提高散熱性。采取以上方法能在一定程度上提高其散熱性，但是，工藝復(fù)雜，成本比較高。為了找出一種能夠在低成本、簡(jiǎn)便工藝下提高銅表面積的方法，本文用電鍍法進(jìn)行了一系列提高銅表面粗糙度的探索，對(duì)比不同電鍍工藝參數(shù)對(duì)銅表面粗糙度影響，得出最粗糙、散熱最好的電鍍粒銅工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

所用材料為紫銅片（規(guī)格50 mm×20 mm），工藝流程是：有機(jī)溶劑清洗→流動(dòng)冷水洗→粗化處理→流動(dòng)冷水洗→去離子水漂洗→電鍍→流動(dòng)冷水洗→緩蝕劑液浸漬→干燥→檢測(cè)。

本實(shí)驗(yàn)選擇了3種實(shí)驗(yàn)工藝進(jìn)行交叉對(duì)比，確定了最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)工藝四。4種工藝是：①電鍍液是用自來(lái)水配置硫酸銅質(zhì)量濃度為50～300 g/L的溶液，加入體積分?jǐn)?shù)為3 ml/L濃度的硫酸，在70 ℃、15 A/dm2的電流密度下電鍍40 min；②電鍍液中硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L，加入體積分?jǐn)?shù)為0～20 mL/L的硫酸，在70 ℃、15 A/dm2的電流密度下電鍍40 min；③電鍍液中硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L，加入體積分?jǐn)?shù)為3 mL/L的硫酸，溫度70 ℃，改變電流密度3～23 A/dm2 ，電鍍時(shí)間40 min；④電鍍液中硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L，加入體積分?jǐn)?shù)為3 ml/L的硫酸，電流密度17 A/dm2 ，溫度70 ℃，對(duì)試片進(jìn)行不同的前處理，電鍍時(shí)間40 min，對(duì)鍍層干燥后用粗糙度測(cè)試儀測(cè)試粗糙度，用顯微鏡拍照。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 硫酸銅濃度對(duì)鍍層表面粗糙度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著硫酸銅濃度的提高，鍍層的粗糙度也隨之提高，沉積速度也會(huì)加快。當(dāng)硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L時(shí)，粗糙度達(dá)到4.高濃度的銅離子可以使同一時(shí)間到達(dá)陰極表面的離子數(shù)增大，有利于粒子在同一位置的堆垛，提高粗糙程度。但是，由于硫酸銅有一定的溶解度，過(guò)高硫酸銅不利于槽液的穩(wěn)定。具體結(jié)果如表1所示。

2.2 硫酸含量對(duì)鍍層粗糙度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低酸度的情況下，隨著硫酸含量的提高，鍍層的粗糙度先增加后減少。當(dāng)硫酸的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)4 ml/L后，鍍層粗糙度開始下降；當(dāng)硫酸的體積分?jǐn)?shù)為20 ml/L后，鍍層開始向光亮鍍層變化。硫酸在鍍液中起導(dǎo)電的作用，并且可以防止銅離子水解。硫酸濃度過(guò)低，鍍液分散能力差，尖端放電嚴(yán)重。硫酸濃度過(guò)高，鍍液分散能力好，但是，鍍層粗糙度低，具體如表2所示。

2.3 電流密度對(duì)鍍層粗糙度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粗糙度隨著電流密度在一定范圍內(nèi)先提高后降低。當(dāng)電流密度為15 A/dm2時(shí)，達(dá)到最高的粗糙度5.電流密度低，銅沉積由擴(kuò)散步驟控制，離子排序規(guī)則有序，粗糙度也降低，電流密度過(guò)高，濃差極化增強(qiáng)，會(huì)燒焦或形成海綿銅，具體結(jié)果如表3所示。

2.4 前處理方式對(duì)鍍層粗糙度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，前處理方式不同，獲得的鍍層粗糙度也不一樣。經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑擦洗的，鍍層粗糙度較低等級(jí)為4；通過(guò)砂紙打磨和噴砂處理過(guò)的試片，鍍層粗糙度等級(jí)為6；經(jīng)過(guò)硝酸侵蝕的試樣，獲得的粗糙度較好等級(jí)為7.由于硝酸侵蝕的試樣表面平整程度不一樣，經(jīng)過(guò)硝酸的侵蝕，會(huì)使表面微觀粗化，在電鍍過(guò)程中，又在微觀粗化的基礎(chǔ)面進(jìn)行晶粒的生長(zhǎng)，從而提升了鍍層的粗糙度。圖1是最佳工藝（硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L，硫酸的體積分?jǐn)?shù)為3 mL/L，電流密度為17 A/dm2，溫度為70 ℃，對(duì)試片進(jìn)行硝酸侵蝕前處理，電鍍時(shí)間為40 min）處理后的粒銅金相圖片，粗糙度等級(jí)為7.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鍍液的成分和電鍍工藝參數(shù)的控制，當(dāng)電鍍液中硫酸銅的質(zhì)量濃度為200～250 g/L，硫酸的體積分?jǐn)?shù)為3～4 mL/L，溫度在60～70 ℃，電流密度為17～19 mA/dm2時(shí)，用硝酸處理2 min后電鍍，可得到粗糙度較好的鍍層。其表面積會(huì)增大，具有極高的散熱性能。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)腐蝕與防護(hù)協(xié)會(huì).有色金屬的耐蝕性及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995：168.

[2]田水峑.金屬腐蝕與防護(hù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995：144.

[3]姚廣壽，馬哲樹，羅林，等.電子電器設(shè)備中高效熱管散熱技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[C]//第八屆全國(guó)熱管會(huì)議.成都：中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)熱管專業(yè)組，2002.

[4]劉一兵.計(jì)算機(jī)CPU芯片散熱技術(shù)[J].低溫與超導(dǎo)，2008，36（6）：78-82.

[5]劉一兵，黃新民，劉安寧.基于電子散熱新技術(shù)的研究[J].制冷技術(shù)，2010（3）：54-57.

[6]杜三明，趙元森.電解銅箔無(wú)砷粗化處理工藝改進(jìn)探索[J].河南冶金，2014，22（2）：23-25.

[7]劉宇星，郭占成，盧維昌，等.電沉積制備鎳箔的 SEM 形貌和抗拉強(qiáng)度[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2004，4（4）：341-345.

〔編輯：白潔〕