本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)電碳膜的靜電自組裝制備及其直接電沉積銅研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前印刷電路板(PCB)中集成的電子元器件分別通過銅導(dǎo)電線路及金屬化的孔實(shí)現(xiàn)互聯(lián),如采用傳統(tǒng)的非金屬電鍍工藝加工,需經(jīng)膠體鈀活化與化學(xué)鍍銅后再接續(xù)電沉積銅,不僅工藝繁雜,且使用貴金屬鈀和對人體有害的甲醛。隨著國家對節(jié)能減排要求不斷提升,傳統(tǒng)制造工藝已不適合繼續(xù)應(yīng)用,本文提出靜電自組裝制備導(dǎo)電碳膜,并在其表面直接電沉積形成銅層。具體來講,分別以碳黑和石墨烯為導(dǎo)電介質(zhì),在陽離子聚合物處理后將基板表面荷正電荷,通過靜電吸附荷負(fù)電荷的碳顆粒實(shí)現(xiàn)自組裝成膜,并進(jìn)行了自組裝碳膜上直接電沉積銅的研究。該新型加成法制造工藝免去化學(xué)鍍工序,生產(chǎn)效率高、污染物排放低,對推動(dòng)PCB制造技術(shù)的發(fā)展提供有價(jià)值的指導(dǎo)。碳黑的分散實(shí)驗(yàn)表明在篩選六種表面活性劑中壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)性能優(yōu)于其他表面活性劑,添加量為碳黑量25wt.%時(shí)體系粘度和透光率降到最低。采用分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件Material Studio(MS)從潤濕分散的角度建立表面活性劑在碳黑表面吸附模型,探討了表面活性劑的吸附形態(tài)和結(jié)構(gòu)與吸附能的關(guān)系,明確了TX-10分子平臥時(shí)吸附作用能較大,且能量高于其它篩選的表面活性劑,印證碳黑分散實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。進(jìn)而對其陰離子改性后的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(TXP-10)進(jìn)行考察,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其在均勻分散碳黑的基礎(chǔ)上,具有調(diào)整碳顆粒荷負(fù)電荷的作用。通過紫外-可見光譜測試證實(shí)對于陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)預(yù)處理過的基體,TXP-10分散的碳黑吸附量顯著提高。探討預(yù)處理液中聚合物濃度和陽離子度、碳分散液中碳含量和分散方式等因素對自組裝碳黑膜性能的影響,確定優(yōu)化的制備工藝條件為:陽離子度10%的CPAM溶液,濃度為100mg/L,浸漬時(shí)間150s;碳黑含量是1.0wt.%,TXP-10添加量0.25wt.%;采用球磨分散碳黑,球料比1:1,球磨時(shí)間為120min;自組裝浸漬的循環(huán)次數(shù)為2次。在自組裝碳黑膜直接電沉積實(shí)驗(yàn)中,采用陰極極化曲線法研究了分散劑對碳黑上銅沉積影響。結(jié)果表明,分散劑包覆在碳黑表面阻礙銅離子還原,增大還原反應(yīng)的極化電位,致使碳上銅沉積速率低,施鍍30min后,銅層覆蓋率小于5%。針對該問題,實(shí)驗(yàn)采用添加劑調(diào)整鍍液組分,有效地抑制銅離子在銅表面的優(yōu)先沉積。陰極電流密度1.5A·dm-2時(shí),30mg/L的PEG10000可使銅在碳與銅表面還原電位差增大至70m V。經(jīng)鍍液優(yōu)化后碳膜覆銅速率顯著提高,然而獲得銅層發(fā)暗。而碳表面經(jīng)氧化后帶有羥基和羧基等含氧極性官能團(tuán),采用MS模擬計(jì)算明確表面氧化降低了TXP-10在碳黑表面吸附作用能,并通過微分電容和極化曲線測試進(jìn)一步證實(shí)陰極極化時(shí)分散劑TXP-10在氧化碳黑表面發(fā)生脫附,減小了銅離子還原的極化,增大碳上銅沉積速率,在施鍍20min后組裝碳膜完全被沉積銅層所覆蓋。以此陽離子聚丙烯酰胺和高氧化碳黑分散液的工藝處理通孔徑為0.2~1.0mm的PCB板,電沉積后孔內(nèi)銅層均勻完整且與孔壁結(jié)合力良好。在自組裝氧化石墨烯(GO)膜的研究中,首先探討p H值對GO分散性影響,在優(yōu)化p H為10溶液中GO分散更充分,且對應(yīng)最低zeta電位-68m V。而通過紫外-可見光譜測試表明自組裝多層膜特征峰的吸光度與層數(shù)呈正比關(guān)系,即組裝GO層是均勻等厚的。分別采用恒電位極化和硼氫化鈉原位在線還原自組裝GO膜,對比顯示硼氫化鈉相較恒電位電化學(xué)還原更有效率,在20min內(nèi)還原反應(yīng)基本完成,且明確了還原氧化石墨烯(RGO)的還原程度與其陰極銅沉積過程具有對應(yīng)關(guān)系,還原程度越大則石墨烯上銅沉積反應(yīng)的電流越大。而通過自組裝和后續(xù)原位化學(xué)還原在PCB板表面形成圖形化RGO/CPAM導(dǎo)電層,恒流沉積時(shí)銅沿RGO層逐漸沉積生長,20min內(nèi)圖形區(qū)域完全被銅層覆蓋,實(shí)現(xiàn)PCB板表面的直接電沉積金屬化。對自組裝過程GO與CPAM的相互作用進(jìn)行系統(tǒng)地研究。首次通過電化學(xué)石英晶體微天平佐證GO在組裝過程中靜電力的作用效果,并采用紅外光譜測試和MS分子動(dòng)力學(xué)模擬,證實(shí)GO的羧基和CAPM的氨基形成N—H…:O結(jié)構(gòu)的分子間氫鍵。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了自組裝膜結(jié)構(gòu)模型并提出GO自組裝反應(yīng)歷程,主要包括兩個(gè)步驟:第一,靜電作用為自組裝的驅(qū)動(dòng)力,GO在吸引力下接近CPAM吸附層表面;第二,GO片層在完成形態(tài)調(diào)整后繼續(xù)靠近CPAM,并且與CPAM形成分子間氫鍵,最終GO在靜電力、范德華力和氫鍵共同作用下固定在CPAM表面。
【關(guān)鍵詞】：靜電自組裝 直接電沉積銅 碳黑 還原氧化石墨烯 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TQ153
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-17
• 第1章 緒論17-32
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義17-18
• 1.2 印刷電路板互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展概述18-21
• 1.2.1 印刷電路板的歷史和發(fā)展18-19
• 1.2.2 層內(nèi)布線技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 孔金屬化技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀20-21
• 1.3 自組裝技術(shù)概述21-24
• 1.3.1 自組裝定義和發(fā)現(xiàn)21
• 1.3.2 自組裝方法分類21-24
• 1.4 PCB電沉積銅技術(shù)概述24-27
• 1.4.1 電沉積銅的分類24-25
• 1.4.2 PCB酸性電沉積銅的發(fā)展25-26
• 1.4.3 PCB酸性電沉積銅的研究現(xiàn)狀26-27
• 1.5 直接電沉積的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀27-31
• 1.5.1 直接電沉積的產(chǎn)生與分類27-29
• 1.5.2 碳膜直接電沉積的應(yīng)用進(jìn)展29-30
• 1.5.3 碳膜直接電沉積的研究現(xiàn)狀30-31
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容31-32
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法32-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及主要儀器32-33
• 2.2 自組裝膜制備及電沉積銅溶液配制33-34
• 2.2.1 預(yù)處理液和碳分散液的制備33-34
• 2.2.2 自組裝碳膜的制備流程34
• 2.2.3 電沉積銅溶液的配制34
• 2.3 實(shí)驗(yàn)中的電化學(xué)測試方法34-36
• 2.3.1 陰極極化曲線法35
• 2.3.2 計(jì)時(shí)電位曲線法35
• 2.3.3 電化學(xué)阻抗譜法35
• 2.3.4 循環(huán)伏安曲線法35-36
• 2.3.5 微分電容曲線法36
• 2.3.6 電化學(xué)石英晶體微天平36
• 2.4 處理液和自組裝膜層性質(zhì)的表征36-38
• 2.4.1 處理液分散性表征36-37
• 2.4.2 膜層的表面形貌及界面性質(zhì)37
• 2.4.3 表面官能團(tuán)和元素分析37
• 2.4.4 膜電阻測量37-38
• 2.5 自組裝過程的分子動(dòng)力學(xué)模擬38-39
• 第3章 靜電自組裝制備碳黑導(dǎo)電膜的研究39-66
• 3.1 引言39
• 3.2 碳黑在水溶液中分散穩(wěn)定性的研究39-51
• 3.2.1 碳黑分散劑的篩選39-43
• 3.2.2 表面活性劑在碳黑表面吸附的模擬研究43-47
• 3.2.3 表面活性劑TX-10陰離子改性對碳黑分散的影響47-49
• 3.2.4 分散工藝對碳黑溶液分散的影響49-51
• 3.3 預(yù)處理工藝的研究51-55
• 3.3.1 預(yù)處理對表面潤濕性的影響51-54
• 3.3.2 預(yù)處理對碳黑膜作用的研究54-55
• 3.4 自組裝制備碳黑膜的影響因素55-64
• 3.4.1 自組裝碳黑膜的紫外-可見光譜55-57
• 3.4.2 預(yù)處理和分散劑對自組裝碳黑膜的影響57-58
• 3.4.3 陽離子聚丙烯酰胺濃度和陽離子度對自組裝碳黑膜的影響58-60
• 3.4.4 分散劑比例對自組裝碳黑膜的影響60-62
• 3.4.5 碳黑含量對穩(wěn)定性和膜層電阻的影響62-64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第4章 自組裝碳黑膜直接電沉積工藝的研究66-90
• 4.1 引言66
• 4.2 導(dǎo)電碳黑膜直接電沉積銅的研究66-71
• 4.2.1 碳膜直接電沉積的實(shí)現(xiàn)66-67
• 4.2.2 導(dǎo)電碳黑膜上陰極反應(yīng)的研究67-68
• 4.2.3 分散劑對碳膜陰極反應(yīng)影響的研究68-70
• 4.2.4 TXP-10在導(dǎo)電碳黑膜中的吸脫附特性70-71
• 4.3 鍍銅添加劑對碳黑膜陰極反應(yīng)的影響71-78
• 4.3.1 基礎(chǔ)鍍銅液中碳黑膜的陰極反應(yīng)71-72
• 4.3.2 抑制劑對碳黑膜鍍銅計(jì)時(shí)電位曲線的影響72-73
• 4.3.3 抑制劑對碳黑及銅上銅沉積電位的影響73-75
• 4.3.4 健那綠B對碳黑及銅上銅沉積電位的影響75-77
• 4.3.5 優(yōu)化的鍍液中碳黑膜上鍍銅的研究77-78
• 4.4 氧化碳黑直接電沉積銅的研究78-83
• 4.4.1 TXP-10在氧化碳黑膜中的吸脫附特性78-80
• 4.4.2 TXP-10在不同碳黑表面的吸附作用模擬80-81
• 4.4.3 TXP-10對氧化碳黑膜陰極反應(yīng)影響81-83
• 4.5 自組裝碳黑膜用于印刷電路板直接電沉積研究83-88
• 4.5.1 自組裝碳黑膜電沉積銅效果83-84
• 4.5.2 自組裝碳黑在孔內(nèi)成膜的研究84-85
• 4.5.3 自組裝碳黑在孔內(nèi)直接沉積銅的效果85-88
• 4.6 本章小結(jié)88-90
• 第5章 自組裝石墨烯膜直接電沉積及其自組裝反應(yīng)歷程的研究90-116
• 5.1 引言90
• 5.2 自組裝氧化石墨烯的吸附規(guī)律90-94
• 5.2.1 p H值對氧化石墨烯分散的影響90-92
• 5.2.2 氧化石墨烯層層自組裝規(guī)律92-93
• 5.2.3 氧化石墨烯自組裝膜的形貌93-94
• 5.3 自組裝氧化石墨烯膜的在線還原94-103
• 5.3.1 自組裝氧化石墨烯膜的電化學(xué)還原94-97
• 5.3.2 自組裝氧化石墨烯膜的化學(xué)還原97-100
• 5.3.3 電化學(xué)和化學(xué)還原自組裝膜的比較100-103
• 5.4 還原氧化石墨烯層直接電沉積銅103-106
• 5.5 氧化石墨烯自組裝機(jī)理的研究106-114
• 5.5.1 氧化石墨烯與陽離子聚丙烯酰胺的作用106-107
• 5.5.2 氧化石墨烯與陽離子聚丙烯酰胺靜電作用107-108
• 5.5.3 氧化石墨烯與陽離子聚丙烯酰胺的氫鍵作用108-109
• 5.5.4 氧化石墨烯與陽離子聚丙烯酰胺相互作用的模擬109-113
• 5.5.5 氧化石墨烯與陽離子聚丙烯酰胺自組裝反應(yīng)歷程113-114
• 5.6 本章小結(jié)114-116
• 結(jié)論116-118
• 論文創(chuàng)新點(diǎn)118
• 展望118-119
• 參考文獻(xiàn)119-131
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果131-133
• 致謝133-134
• 個(gè)人簡歷134

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 余鳳斌;夏祥華;馮立明;;焦磷酸鹽鍍銅工藝的改進(jìn)[J];電鍍與環(huán)保;2009年03期

2 陳新強(qiáng);;導(dǎo)電聚合物直接電鍍技術(shù)[J];印制電路信息;2014年05期

3 楊大成;美國電化學(xué)公司直接電鍍工藝有關(guān)問題回答[J];印制電路信息;1995年09期

  本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)電碳膜的靜電自組裝制備及其直接電沉積銅研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：298958