銅表面置換鍍鎳及鍍層性能研究.pdf

1、在電子領域中,精細銅線路表面的化學鍍鎳通常需要借助鈀活化,不但價格昂貴,而且容易造成溢鍍,開發(fā)在銅表面直接化學沉積鎳鍍層的方法具有重要意義。基于硫脲與一價銅離子和鎳離子形成的絡合物穩(wěn)定常數(shù)相差14個數(shù)量級,本文選擇硫脲為銅的特定配位劑,使銅的穩(wěn)定電位大幅度負移并低于鎳的沉積電位,開發(fā)出了銅表面置換鍍鎳的方法。根據(jù)不同條件下制備的置換鍍鎳層組成和性能的差異,將其用作自催化型化學鍍鎳的催化層來代替鈀活化,或者直接作為銅基體的保護性鍍層。

2、r>　　利用XPS證明了銅在硫脲溶液中會發(fā)生配位溶解生成一價銅離子。通過考察硫脲溶液pH值與銅的配位溶解速率之間的關系,明確了隨硫脲溶液pH值的升高,銅表面會逐漸生成一層保護膜,導致硫脲對銅配位溶解能力的降低。依據(jù)Nernst方程計算和電化學測試,發(fā)現(xiàn)了在高濃度硫脲溶液中銅的穩(wěn)定電位將低于鎳的沉積電位,證明了銅表面置換鍍鎳的熱力學可行性,并利用EDX和XPS驗證了置換鍍鎳層在銅表面的沉積。通過對鍍層的成分分析,發(fā)現(xiàn)強酸性條件下鎳與硫共沉

3、積于鍍層之中,但是隨著鍍液pH值的升高鍍層中還會夾雜有硫脲分子。
　　將強酸性條件下制備的置換鍍鎳層用作自催化型化學鍍鎳的催化層,探討了置換鍍鎳層成分和催化活性之間的關系。通過對鍍層的分析和電化學測試,發(fā)現(xiàn)了鍍層中硫含量隨著沉積時間的延長和鍍液pH值的升高而上升,導致鍍層更容易發(fā)生自鈍化,從而造成鍍層催化活性的降低。當置換鍍鎳層的沉積時間為10s、置換鍍鎳溶液的pH=0時,制備的置換鍍鎳層催化活性最高。根據(jù)電化學測試及XPS分析結

4、果,闡釋了置換鍍鎳層必須經過后處理去除吸附的硫脲,才能表現(xiàn)出對化學鍍鎳的催化活性。從催化活性、所得化學鍍鎳層的性能以及對化學鍍鎳溶液壽命的影響等方面對比了基于銅表面置換鍍鎳的鎳活化法和傳統(tǒng)的鈀活化法,證明了鎳活化可以取代鈀活化。利用交流伏安法和XPS揭示了鎳可以在析氫的電位區(qū)間內發(fā)生非常規(guī)的亞單層氧化,明確了其氧化電位與次亞磷酸根在鎳表面氧化電位之間的關系,并根據(jù)亞穩(wěn)態(tài)水合氧化物催化模型提出了鎳的亞單層氧化催化了次亞磷酸根氧化的假說。<

5、br>　　將近中性條件下制備的置換鍍鎳層用作銅的保護性鍍層,發(fā)現(xiàn)鍍層可以為銅基體提供有效的電化學保護。對鍍層成分與耐蝕性之間的關系進行了探討,認為當鍍液pH=6.0時,鍍層中夾雜的硫脲分子以及氧化亞銅有利于鍍層耐蝕性的提高。詳細研究了鍍液pH值、沉積時間、施鍍溫度和鍍液組成等因素對置換鍍鎳層耐蝕性能的影響,優(yōu)化出了最佳的施鍍工藝,即:置換鍍鎳溶液的pH為6.0,沉積時間為4min,施鍍溫度為60℃,鍍液組成為40g/L檸檬酸鈉、30~4