CN103469183A - 一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，包括粗化预处理、一次镀镍和二次镀铜各单元过程，其中粗化预处理是将氧化铝陶瓷基板放入粗化液中超声处理20-40分钟，之后用去离子水冲洗，得到预处理基板；一次镀镍是将所述预处理基板置于镀液Ⅰ中，室温下超声沉积40-60分钟，取出后用去离子水冲洗，干燥后得到镀镍基板；二次镀铜是将所述镀镍基板置于镀液Ⅱ中，于60-80℃反应40-60分钟，冷却后取出用去离子水冲洗，干燥后得到镀铜基板。本发明所制备的氧化铝陶瓷基板表面金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。

Description

一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法
一、技术领域
本发明涉及一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，通过二次化学镀完成氧化铝陶瓷基板表面镀铜。
二、背景技术
氧化铝陶瓷基板表面金属化可以使陶瓷与金属连接起来制成复合基板，结合了陶瓷材料优良的力学性能以及金属材料优异的导热、导电性能，是电真空陶瓷器件生产的关键技术。在氧化铝陶瓷金属化过程中经常遇到如下问题：金属化强度偏低、膜层结合力差、致密度低、金属化面透光、易氧化等。这些不仅导致成品率减低，而且影响产品质量，因此不断研究提高金属化工艺水平，对于提高产品质量、促进真空电子器件的发展至关重要。目前，陶瓷金属化的方法主要有化学镀法、电镀法、高温烧结被Ag(Ni)法、Mo-Mn烧结法、真空蒸发镀膜法和真空溅射镀膜法。传统的Mn-Mo烧结法由于是高温烧结，不仅耗能大，而且不能适用于高分子聚合物等制成的贴片骨架。电镀法虽然与陶瓷结合力强、内应力小，但是明显的缺点是受金属化瓷件表面的清洁和镀液纯净程度的影响大。化学镀是陶瓷金属化较为常见的方法之一，但因氧化铝陶瓷基板表面不具备催化活性，工业生产中，一般需要进行含贵金属的催化活化处理，但是含有贵金属Pd等元素，工艺复杂。
三、发明内容
本发明旨在提供一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，不需要敏化和活化处理，操作简便，不会产生重金属污染，节约资源。本发明所制备的氧化铝陶瓷基板表面的金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。
本发明首先通过粗化预处理，利用粗化液对氧化铝基板表面的刻蚀作用使陶瓷基板表面产生一定的粗糙度，然后进行第一次超声波辅助化学镀镍处理，其中化学镀液的稳定性不高，从而在化学镀过程中可以使氧化铝陶瓷基板表面沉积一定量均匀分布的镍颗粒，再通过第二次化学镀铜，以第一次化学镀中产生的镍原子为反应活化中心使氧化铝表面形成具有一定厚度的，均匀的镀铜层。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，包括粗化预处理、一次镀镍和二次镀铜各单元过程：
所述粗化预处理是将氧化铝陶瓷基板置于粗化液中超声处理20-40分钟，之后采用去离子水冲洗，得到预处理基板；
所述粗化液为氢氟酸与氟化铵的水溶液，所述粗化液中氢氟酸的浓度为20-60ml/L，氟化铵的浓度为1-4g/L。
所述一次镀镍是将所述预处理基板置于镀液Ⅰ中，室温下超声沉积40-60分钟，取出后用去离子水冲洗，并于80-100℃烘箱干燥2-4小时，得到镀镍基板；
所述镀液Ⅰ是硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和柠檬酸钠的水溶液，所述镀液Ⅰ中硫酸镍的浓度为20-30g/L，次亚磷酸钠浓度为22-27g/L，硼酸的浓度为24-30g/L，柠檬酸钠的浓度为50-60g/L。所述镀液Ⅰ的pH值用氢氧化钠调至10-11。
所述二次镀铜是将所述镀镍基板置于镀液Ⅱ中，于60-80℃反水浴应40-60分钟，冷却后取出用去离子水冲洗，干燥后得到镀铜基板。
所述镀液Ⅱ是硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和2,2-联吡啶的水溶液，所述镀液Ⅱ中硫酸铜的浓度为10-13g/L，2,2-联吡啶的浓度为0.03-0.05g/L，甲醛的浓度为15-25mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为35-45g/L。所述镀液Ⅱ的pH值用氢氧化钠调至11-12。
所述超声沉积时的超声频率为40KHz，功率为300-400W。
本发明采用预处理液对氧化铝陶瓷基板进行化学镀前粗化预处理，然后通过常温超声波辅助二次化学镀方法在氧化铝陶瓷基板表面生长化学镀铜层。整个过程简便，易操作，不会产生重金属污染，有很大的经济社会效益。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明的化学镀工艺不需要敏化和活化处理，通过粗化预处理结合常温超声波辅助二次化学镀进行氧化铝表面金属化的工艺，操作简便，能够降低污染，节约资源。本发明所制备的氧化铝陶瓷基板表面金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
四、附图说明
图1是本发明实施例1中氧化铝陶瓷基板经过粗化预处理之后的表面形貌照片。从图1中可以看出氧化铝表面已无杂质存在，颗粒边缘化，并且颗粒表面有一定的表面缺陷及凹陷。
图2是本发明实施例1中镀镍基板的表面形貌。从图2中可以看出镀镍基板表面已沉积了许多亚微米级的镍颗粒，均匀的分布在其表面。
图3是本发明实施例1中镀铜基板的表面形貌。从图3中可以看出镀铜基板表面金属层膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。
五、具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
1、粗化预处理
在室温、空气气氛中将氧化铝陶瓷基板置于粗化液中，超声处理30分钟，之后采用去离子水冲洗，得到预处理基板。
所述粗化液为氢氟酸与氟化铵的水溶液，粗化液中氢氟酸浓度为40ml/L，氟化铵浓度2g/L。
2、一次镀镍
将经过预处理的氧化铝陶瓷试样置入镀液Ⅰ中，用氢氧化钠调节pH为10后，超声沉积50分钟，超声沉积的超声频率为40KHz，功率为300W，反应完成后取出试样，用去离子水冲洗，并于90℃烘箱干燥3小时，室温冷却，得到镀镍基板。
所述镀液Ⅰ为硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和柠檬酸钠的水溶液，其中硫酸镍的浓度为25g/L，次亚磷酸钠浓度为25g/L，硼酸的浓度为25g/L，柠檬酸钠的浓度为55g/L。
3、二次镀铜
将镀镍基板放入镀液Ⅱ中，用氢氧化钠调节pH为12，60℃水浴加热反应50分钟，之后随液冷却至室温，用去离子水冲洗并干燥得到镀铜基板。
所述镀液Ⅱ为硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和2,2-联吡啶的水溶液，其中硫酸铜的浓度为12g/L，甲醛的浓度为20mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为40g/L，2,2-联吡啶的浓度为0.04g/L。
本实施例制备的氧化铝陶瓷表面金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。
实施例2：
1、粗化预处理
在室温、空气气氛中将氧化铝陶瓷基板置于粗化液中，超声处理40分钟，之后采用去离子水冲洗，得到预处理基板。
所述粗化液为氢氟酸与氟化铵的水溶液，粗化液中氢氟酸浓度为60ml/L，氟化铵浓度4g/L。
2、一次镀镍
将经过预处理的氧化铝陶瓷试样置入镀液Ⅰ中，用氢氧化钠调节pH为11后，超声沉积40分钟，超声沉积的超声频率为40KHz，功率为300W，反应完成后取出试样，用去离子水冲洗，并于100℃烘箱干燥4小时，室温冷却，得到镀镍基板。
所述镀液Ⅰ为硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和柠檬酸钠的水溶液，其中硫酸镍的浓度为20g/L，次亚磷酸钠浓度为22g/L，硼酸的浓度为24g/L，柠檬酸钠的浓度为50g/L。
3、二次镀铜
将镀镍基板放入镀液Ⅱ中，用氢氧化钠调节pH为11，70℃水浴加热反应50分钟，之后随液冷却至室温，用去离子水冲洗并干燥得到镀铜基板。
所述镀液Ⅱ为硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和2,2-联吡啶的水溶液，其中硫酸铜的浓度为10g/L，甲醛的浓度为15mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为35g/L，2,2-联吡啶的浓度为0.03g/L。
本实施例制备的氧化铝陶瓷表面金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。
实施例3：
1、粗化预处理
在室温、空气气氛中将氧化铝陶瓷基板置于粗化液中，超声处理20分钟，之后采用去离子水冲洗，得到预处理基板。
所述粗化液为氢氟酸与氟化铵的水溶液，粗化液中氢氟酸浓度为20ml/L，氟化铵浓度1g/L。
2、一次镀镍
将经过预处理的氧化铝陶瓷试样置入镀液Ⅰ中，用氢氧化钠调节pH为11后，超声沉积60分钟，超声沉积的超声频率为40KHz，功率为300W，反应完成后取出试样，用去离子水冲洗，并于80℃烘箱干燥2小时，室温冷却，得到镀镍基板。
所述镀液Ⅰ为硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和柠檬酸钠的水溶液，其中硫酸镍的浓度为30g/L，次亚磷酸钠浓度为27g/L，硼酸的浓度为30g/L，柠檬酸钠的浓度为60g/L。
3、二次镀铜
将镀镍基板放入镀液Ⅱ中，用氢氧化钠调节pH为12，80℃水浴加热反应40分钟，之后随液冷却至室温，用去离子水冲洗并干燥得到镀铜基板。
所述镀液Ⅱ为硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和2,2-联吡啶的水溶液，其中硫酸铜的浓度为13g/L，甲醛的浓度为25mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为45g/L，2,2-联吡啶的浓度为0.05g/L。
本实施例制备的氧化铝陶瓷表面金属铜层，膜基结合良好，涂层致密性良好，组织成分均匀。

Claims (6)

1.一种氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，包括粗化预处理、一次镀镍和二次镀铜各单元过程，其特征在于：
所述粗化预处理是将氧化铝陶瓷基板放入粗化液中超声处理20-40分钟，之后用去离子水冲洗，得到预处理基板；
所述一次镀镍是将所述预处理基板置于镀液Ⅰ中，室温下超声沉积40-60分钟，取出后用去离子水冲洗，干燥后得到镀镍基板；
所述二次镀铜是将所述镀镍基板置于镀液Ⅱ中，于60-80℃反应40-60分钟，冷却后取出用去离子水冲洗，干燥后得到镀铜基板。
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，其特征在于：
所述粗化液为氢氟酸和氟化铵的水溶液，所述粗化液中氢氟酸的浓度为20-60ml/L，氟化铵的浓度为1-4g/L；
所述镀液Ⅰ是硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和柠檬酸钠的水溶液，所述镀液Ⅰ中硫酸镍的浓度为20-30g/L，次亚磷酸钠浓度为22-27g/L，硼酸的浓度为24-30g/L，柠檬酸钠的浓度为50-60g/L。
3.根据权利要求1或2所述的氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，其特征在于：
所述镀液Ⅰ的pH值用氢氧化钠调至10-11。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，其特征在于：
所述镀液Ⅱ是硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和2,2-联吡啶的水溶液，所述镀液Ⅱ中硫酸铜的浓度为10-13g/L，2,2-联吡啶的浓度为0.03-0.05g/L，甲醛的浓度为15-25mL/L，乙二胺四乙酸二钠的浓度为35-45g/L。
5.根据权利要求1或4所述的氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，其特征在于：
所述镀液Ⅱ的pH值用氢氧化钠调至11-12。
6.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板表面金属化的方法，其特征在于：
所述超声沉积时的超声频率为40KHz，功率为300-400W。
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