开题报告Cu-Ag 电沉积材料的研究

专业名称：应用化学学生姓名：朱雅平指导教师：王为 教授时间： 2013 年 1 月 15 日

主要内容

国内外研究近况

课题的研究目标

研究内容

研究方法及手段

时间进度安排

一、国内外研究近况

面临的问题

发展前景及优势

研究现状

张锦秋等人研究了在电子产品的表面贴片元件弱酸性电镀Sn-Ag-Cu 合金及镀层焊接性能的研究，经优化工艺得到的Sn-Ag-Cu 合金镀层外观光亮、平整、结晶细致。镀层中银的质量分数为 2 ％ -6 ％，铜的质量分数为 0 ． 5 ％ -2 ％，接近共晶成分，阴极电流效率在 25 ％左右。耐腐蚀性能和结合力较好。

研究现状

S. Strehle 等人近年来一直在研究在硫酸体系硅晶片上电 沉积 Cu-Ag 合金，以提高其电导率，更好地应用在电子产品。而对于较大器件上共沉积 Cu-Ag 合金电镀尚未开展有效的研究。

F.Berthier 等通过电沉积 Ag-Cu (0 0 1) 理论联合实验探究了经典成核理论的的限制性。

面临的问题

由于银与许多化合物容易生成不溶性盐。因此，银在镀液中的稳定性差．容易引起镀液分解。由于银是电化学中的贵金属，难以与其他金属形成合金镀层。因此，银合金镀液种类较为有限。已有的银合金镀液大多数是含有氰化物的碱性镀液，氰化镀银发展较成熟但毒性较大，面临淘汰，寻找可替代 CN- 的自身稳定的配位剂并不容易，近年来镀银配位剂 DMH 的发现可以无氰镀银，但并没有获得很大的应用。 Cu2+ 和 Ag+ 标准电位相差较大，所以寻找一种合适的配位剂至关重要。 而且镀银层变色较为明显特别是高温下。

发展前景及优势 镀银层具有很高的导电性、光反射能力 , 对有机酸和碱的化学稳定性高 , 且价格相对便宜 , 已广泛地应用于装饰品和电子电器部件等产品中。但银硬度不高 , 熔点低 , 不耐磨，所以发展银的合金镀层很有必要。 电镀铜基合金是应用最广泛的合金镀层之一。电镀铜基合金具有镀层整平性、光亮度好，成本较低廉，色泽较逼真，装饰效果好，良好的平滑性、耐蚀性和适宜的硬度；能阻止底层金属向面层的扩散，防止金属镀层变色等优点。正好可以弥补单纯镀银的一些缺点。 但单纯的铜层在空气中易氧化特别是高温下，所以共沉积得到的铜银合金镀层可以取长补短。

二、课题的研究目标

获得优良的镀液体系（一）

获得优良的镀层性能（二）

优化的工艺条件（三）

获得优良的镀液体系

优良的镀液体系包括：镀液的分散能力、镀液的整平能力、镀液的覆盖能力、电流效率

研究的关键是获得自身稳定的络合剂及其他的添加剂

镀层性能镀层成分达到要求

具有一定的结合强度

具有一定的厚度

高温耐磨

导热性良好

优化的工艺条件

前处理（ 1）

电沉积过程中的工艺条件（ 2）

镀后处理（ 3）

三、研究内容

（ 1）获得合适的配位剂

已知 Cu2+ 的标准电极电位为 0.34V ， Ag+ 的标准电极电位为 0.799V 。所以需要加入合适的配位剂才能使 Cu2+

和 Ag+ 共沉积

以下为常见的几种配位剂及电沉积银常用的配位剂

配位剂离子

柠檬酸钠 EDTA乙二胺四乙酸

硫脲 S2O32- DTPA

二乙烯三胺五乙酸

乙二胺

Cu2+ 稳定常数 CuL18CuHL22.3CuH3L28.3

CuL415.4 CuL10.3CuL212.2CuL313.8

CuL210.8

Ag+ 稳定常数 AgL7.3AgHL13,3

AgL313.05 AgL8.82AgL213.46AgL314.15

AgL8.7 AgL4.7AgL27.7AgHL12.3Ag2L213.23

配位剂离子

DMH5,5- 二甲基乙内酰脲

甲基磺酸 Cl- Br- I- CN-

Cu2+ 稳定常数 CuL415.4 CuL-0.55CuL2-1.84

CuL224CuL329.2CuL430.7

Ag+ 稳定常数 AgL313.05 AgL4.15AgL27.1AgL37.95AgL48.9Ag2L9.7

AgL313.85AgL414.28Ag2L14.15

AgL221.1AgL321.9AgL420.7

焦磷酸钾

亚氨二磺酸

咪唑磺基水杨酸

烟酸

（ 2）确定主盐浓度及其他添加剂

其他的添加剂包括缓冲剂、稳定剂、光亮剂、整平剂、抗氧化剂等

第一主盐通常为CuSO4·5H2O第二主盐选择AgNO3或者Ag(CH3SO3)(甲基磺酸银 )

前处理施镀条件

后处理

（ 3）确定适宜的工艺条件

打磨、除油、酸洗活化

电镀方式、电流密度镀液 PH 、温度、时间 钝化

（ 4）优化镀液及工艺条件

CuSO4·5H2OAgNO3

H2SO4

配位剂（ EDTA 、 DMH 、 KI）添加剂

CuSO4·5H2OAg(CH3SO3)(甲基磺酸银 ) H2SO4

配位剂（ EDTA 、 DMH 、 KI）添加剂

初始镀液

初始工艺条件温度 40℃电流密度 0.5A/dm2

PH 9时间 1h

四、研究方法和手段

循环伏安、交流阻抗、赫尔槽、电流效率测定等

SEM 、 XRD 、硬度、高温测试最后主要利用控制变量法、正交试验优化

五、进度安排

2013.2-2012.3 得出初步共沉积 Cu-Ag 方案

2013.4-2012.5 寻找更佳的配位剂、添加剂

2013.6-2013.10 优化工艺条件，提高电流密度

2013.11-2014.1 获得最佳工艺条件

　　　谢　　谢！