粒銅電鍍工藝研究

張輝++李超++桂小秋++肖薇++邵志松

文章編號：2095-6835（2016）17-0109-02

摘 要：為了增大銅的比表面積，通過改變現(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所獲得表面鍍層宏觀形貌和微觀組織的影響。實驗結(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，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：TQ153.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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，對比不同電鍍工藝參數(shù)對銅表面粗糙度影響，得出最粗糙、散熱最好的電鍍粒銅工藝。

1 實驗

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→流動冷水洗→粗化處理→流動冷水洗→去離子水漂洗→電鍍→流動冷水洗→緩蝕劑液浸漬→干燥→檢測。

本實驗選擇了3種實驗工藝進(jìn)行交叉對比，確定了最優(yōu)的實驗工藝四。4種工藝是：①電鍍液是用自來水配置硫酸銅質(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 ℃，對試片進(jìn)行不同的前處理，電鍍時間40 min，對鍍層干燥后用粗糙度測試儀測試粗糙度，用顯微鏡拍照。

2 實驗結(jié)果

2.1 硫酸銅濃度對鍍層表面粗糙度的影響

實驗結(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，沉積速度也會加快。當(dāng)硫酸銅的質(zhì)量濃度為250 g/L時，粗糙度達(dá)到4.高濃度的銅離子可以使同一時間到達(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 硫酸含量對鍍層粗糙度的影響

實驗結(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。硫酸濃度過低，鍍液分散能力差，尖端放電嚴(yán)重。硫酸濃度過高，鍍液分散能力好，但是，鍍層粗糙度低，具體如表2所示。

2.3 電流密度對鍍層粗糙度的影響

實驗結(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，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，電流密度過高，濃差極化增強(qiáng)，會燒焦或形成海綿銅，具體結(jié)果如表3所示。

2.4 前處理方式對鍍層粗糙度的影響

實驗結(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)過有機(jī)溶劑擦洗的，鍍層粗糙度較低等級為4；通過砂紙打磨和噴砂處理過的試片，鍍層粗糙度等級為6；經(jīng)過硝酸侵蝕的試樣，獲得的粗糙度較好等級為7.由于硝酸侵蝕的試樣表面平整程度不一樣，經(jīng)過硝酸的侵蝕，會使表面微觀粗化，在電鍍過程中，又在微觀粗化的基礎(chǔ)面進(jìn)行晶粒的生長，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 ℃，對試片進(jìn)行硝酸侵蝕前處理，電鍍時間為40 min）處理后的粒銅金相圖片，粗糙度等級為7.

3 結(jié)論

通過對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，用硝酸處理2 min后電鍍，可得到粗糙度較好的鍍層。其表面積會增大，具有極高的散熱性能。

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〔編輯：白潔〕