柠檬酸金钾无氰镀金技术研究

论文摘要

在化学镀金技术中,为降低镀液对环境的危害、保证施镀人员的操作安全、方便生产线的管理,一种新型无氰化学镀金技术——柠檬酸金钾化学镀金,得到越来越多的研究。该技术中的柠檬酸金钾及络合剂都不含游离氰根,对环境友好;镀金层性能与有氰工艺所得镀金层相当,具有在实际生产替代现有的氰化亚金钾化学镀金工艺的潜力。本文研究了柠檬酸金钾化学镀金技术的前处理工艺,通过台阶测试仪及扫描电子显微镜（SEM）分析各种单一前处理工艺对铜表面处理效果的影响。采用不同组合的前处理工艺处理铜表面,比较铜表面处理效果与化学沉镍金后金表面的外观品质,确定了微蚀和喷砂+微蚀的组合前处理为最佳化学沉镍金前处理工艺。本文的无氰化学镀金研究的是以柠檬酸金钾为主盐,RW-905为添加剂,采用X-射线镀层厚度测量仪、SEM、能量散射谱仪（EDS）、3M胶带实验、二氧化硫暴露实验、盐酸浸泡实验、沾锡天平测试等多种仪器和实验方法测试了镀层性能,并对镀液稳定性进行了研究。对无氰置换镀金液,应用单因素实验研究了温度、pH、金盐浓度、添加剂浓度、副产物（Ni2+、Cu2+）等对镀金层性能及镀金层平均沉积速率的影响,确定了实际操作中上述因素的操作工艺参数范围;以温度、pH、金盐浓度、添加剂浓度为因素设计正交试验优化,获得了最优化工艺参数为:金盐浓度1.0g/L,温度90℃,pH5.3,RW.905浓度200g/L。对无氰工艺制得的镀金层进行品质测试并与有氰工艺镀金层作比较,结果表明,二者品质相当。对比研究了不同镍层厚度、不同沉金时间、磷含量对无氰与有氰工艺中金层的平均沉积速率及金层、镍层表面形貌的影响,并分析确定了无氰镀金的反应机理为置换反应。在无氰置换镀金的基础上,比较了添加抗坏血酸、硫脲、次亚磷酸钠、葡萄糖酸钠等四种还原剂的镀金液的性能及其对镀层性能、金镀层平均沉积速率的影响,优选硫脲浓度为1.5g/L时,金镀层平均沉积速率快且镀金层质量良好。与未添加硫脲相比,相同沉金时间内,镀层厚度增加了83%。通过以上实验研究和理论分析,保证了无氰镀金在实际生产中的应用的可行性和可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 化学镀金的概述
• 1.2.1 化学镀金的发展背景
• 1.2.2 化学镀镍/浸金在印制电路板中的应用
• 1.3 化学镀金机制
• 1.3.1 化学镀金分类
• 1.3.2 化学镀金的原理
• 1.4 镀金液的组成
• 1.4.1 金盐及络合剂
• 1.4.2 还原剂及添加剂
• 1.5 无氰化学镀金液的发展
• 1.5.1 亚硫酸盐镀金
• 1.5.2 硫代硫酸盐体系
• 1.5.3 卤化物体系
• 1.6 柠檬酸金钾概述
• 1.6.1 安全性
• 1.6.2 理化性
• 1.6.3 环保优势及应用
• 1.7 本文的研究目的及主要内容
• 1.7.1 研究目的
• 1.7.2 研究的主要内容
• 2 实验药品及方法
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.2 工艺流程
• 2.3 镀层及镀液性能测试
• 2.3.1 镀层外观检测及厚度测量
• 2.3.2 表面形貌及元素分析
• 2.3.3 Au/Ni结合力测试
• 2.3.4 可焊性测试
• 2.3.5 镀液稳定性测试
• 2.3.6 耐蚀性测试
• 2.3.7 断面分析
• 3 无氰化学沉镍金前处理工艺研究
• 3.1 实验
• 3.1.1 样板制作流程
• 3.1.2 单一前处理粗化测试
• 3.1.3 组合前处理
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 单一前处理工艺对粗糙度的影响
• 3.2.2 组合前处理工艺对比
• 3.3 金面外观状况及微观形貌
• 3.3.1 金面外观状况
• 3.3.2 金面微观形貌
• 3.4 本章小结
• 4 柠檬酸金钾无氰沉镍金工艺应用研究
• 4.1 参数变化对置换型无氰化学镀金工艺的影响
• 4.1.1 实验
• 4.1.2 结果及讨论
• 4.1.3 小结
• 4.2 正交实验
• 4.2.1 正交实验
• 4.2.2 实验设计
• 4.2.3 结果及分析
• 4.3 置换型无氰与有氰工艺镀金层质量检测及比较
• 4.3.1 外观
• 4.3.2 镀层厚度与均匀性
• 4.3.3 Au/Ni结合力检验
• 4.3.4 耐蚀性
• 4.3.5 边缘浸锡测试
• 4.3.6 润湿性
• 4.3.7 镀层形貌及元素分析
• 4.4 置换型无氰与有氰镀金工艺比较
• 4.4.1 两种工艺操作条件的对比
• 4.4.2 镀金时间对两种镀金工艺的影响
• 4.4.3 镍层厚度对两种镀金工艺的影响
• 4.4.4 磷含量对两种镀金工艺的影响
• 4.4.5 小结
• 5 无氰化学镀金还原剂的研究
• 5.1 抗坏血酸
• 5.2 硫脲体系
• 5.3 葡萄糖酸钠体系
• 5.4 次亚磷酸钠
• 5.5 还原剂体系的选择
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目