CN106637159B - 一种化学镀液、制备方法及一种非金属化学镀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学镀液，所述化学镀液为含有镍盐，铜盐，络合剂，pH缓冲剂，表面活性剂，还原剂和二甲基甲酰胺的的水溶液。本发明还提供了所述化学镀液的制备方法，以及采用该化学镀液进行非金属表面化学镀的方法。本发明提供的化学镀液，具有更好的还原效果，同时，溶液具有较好的稳定性，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及非金属表面化学镀技术领域，尤其涉及一种化学镀液及其制备方法，以及一种非金属化镀的方法。
背景技术
硅片是太阳能电池的核心组成部分，硅片正极栅线的制作目前大批量生产电池时应用的两种低成本工艺是丝网印刷和电镀，另外就是需要昂贵真空设备的PVD工艺。丝网印刷工艺是含有金属的浆料通过一个掩模印刷到硅片上，而后烧结去除浆料中的粘结剂，金属于硅接触面合金化，降低金属电阻率和提高接触电阻，目前大量应用的是银浆，且业内存在技术垄断，成本居高不下。虽然镍、铝和铜浆是可能的低成本替代物，但目前技术不成熟，需用特定设备，成本依然较高。另一条技术路线是直接电镀工艺，将电池表面的绝缘层腐蚀出图形，在腐蚀出的图形上电镀出金属层线路。但是这种制作的产品容易出现断线和结合力差的问题。
除了上述两种方法外，还可以采用将硅片表面粗化活化后进行化学镀方法获得硅片金属化效果。但由于硅片表面较为光滑，难以粗化，同时这样形成的线路精度较差，不能满足光伏产品需要。因此，现有技术中对于上述方法做了一定改进，先在硅片上涂覆含有络合物的预处理浆料，经能量线辐照后形成线路图形后，通过高温烧结使线路图形与硅片紧密结合，经活化处理，后进行化学镀。这样形成的线路精度有所提高，线路图形对活性物质的吸附能力也有一定增加，但活化中心物质仍然较少，常规的化学镀液对其镀覆能力差，容易产生漏镀溢镀问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种化学镀液，所述化学镀液为含有镍盐，铜盐，络合剂，pH缓冲剂，表面活性剂，还原剂和二甲基甲酰胺的水溶液。
本发明提供的化学镀液具有很好的化学镀活性，可在硅片上实现镀覆效果优良的化学镀层。其中所添加的二甲基甲酰胺具有一定的表面活性，能降低金属离子在基材上的接触阻力，同时，二甲基甲酰胺还能络合一部分金属离子，使其更容易被吸附到基材上，从而有效提高了化学镀效果，减少漏镀、溢镀的发生。
本发明还提供了一种化学镀液的制备方法，包括将镍盐、铜盐先溶解于水中，再加入络合剂、pH缓冲剂、表面活性剂及二甲基甲酰胺，最后加入还原剂，搅拌至溶解即可。
本发明还提供了一种非金属表面金属化的方法，包括将表面经过预处理的非金属基材先采用离子钯活化液进行活化处理，然后置于还原液中进行还原处理后，再浸渍于化学镀液中进行化学镀镍-铜；其中，所述化学镀液为本发明提供的化学镀液。
本发明提供的化学镀液由多种组分复配而成，由于组分间的相互作用，该化学镀液在基材上具有很好的化镀活性，其引发周期短，镀速快，镀覆完整、有效降低了漏镀溢镀的问题。
具体实施方式
本发明的技术方案涉及一种化学镀液，所述镀液为含有镍盐，铜盐，络合剂，pH缓冲剂，表面活性剂，还原剂和二甲基甲酰胺的水溶液。
发明人通过大量实验发现，当化学镀液内含有二甲基甲酰胺时，二甲基甲酰胺能降低金属离子在基材上的附着阻力，同时二甲基甲酰胺能络合部分金属离子，促进金属离子在基材上的附着，进而提高镍、铜在基材上的附着量。发明人通过实验进一步发现，当二甲基甲酰胺的含量控制在1-5g/L时效果最佳。
在本发明中，所述镍盐的含量为10-30g/L，所述铜盐的含量为1-7g/L，所述络合剂的含量为30-80g/L，所述pH缓冲剂的含量为10-20g/L，所述表面活性剂的含量为0.001-0.05g/L，所述还原剂的含量为10-30g/L。
优选情况下，所述镍盐的含量为10-25g/L，所述铜盐的含量为1-5g/L，所述络合剂的含量为15-50g/L，所述pH缓冲剂的含量为5-20g/L，所述表面活性剂的含量为0.001-0.05g/L，所述还原剂的含量为15-30g/L。
在本发明中，所用的镍盐为硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍中的至少一种；铜盐为氯化铜、硫酸铜中的至少一种。其中，以重量计，镍盐：铜盐=1:0.03-0.2。所得的镍铜合金镀层有利于后续的电镀工艺，从而进一步提高线路导电能力。
在本发明中，采用的络合剂为柠檬酸钠、氨基磺酸、丁二酸、醋酸钠、乳酸、柠檬酸、乙二胺中的至少一种。进一步优选为采用柠檬酸铵、氨基磺酸、丁二酸、醋酸钠和乳酸多种络合剂复配，以重量计，柠檬酸铵：氨基磺酸：丁二酸：醋酸钠：乳酸=1：0.06-0.6：0.03-0.42：0.17-0.75：0.17-0.75，在该种配比下络合剂的络合能力较强，稳定性好。
在本发明中，pH缓冲剂为硼酸、碳酸钠中的至少一种；表面活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；还原剂为次亚磷酸钠。
在本发明中，可以加入一定量的氯化铵，当氯化铵含量在1-5g/L之间时，有利于加速待镀金属在基材上的附着。
在本发明中，还可以加入一定量的稳定剂，如硫脲、葡萄酸钠、碘酸钾、硫脲、氟化钠、硝酸铅中的至少一种作为稳定剂。用量在0.001-0.003g/L范围内时，能起到加强镀液稳定性，提高使用寿命的作用。
在本发明中，将化学镀液的pH值控制在8-9之间时，会有更好的化镀效果。
本发明还提供了所述化学镀液的制备方法，将镍盐、铜盐先溶解于水中，再加入络合剂、pH缓冲剂、表面活性剂及二甲基甲酰胺，最后加入还原剂，搅拌至溶解。当pH值控制在8-9之间时，化学镀效果最佳。
本发明还提供了非金属表面化学镀的方法，包括将表面经过预处理后的非金属基材采用离子钯活化液进行活化处理，然后置于离子钯还原液中进行还原处理，最后将其浸渍于化学镀液中进行化学镀；其中，所述化学镀液为本发明提供的化学镀液。
本发明提供的化学镀液具有优异的化学镀覆效果，因此化镀处理的条件无需过高，仅需将经过前处理的基材与化学镀液接触即可。优选情况下，化镀处理的条件包括：温度为40-50℃，时间为1-10min。
所述预处理为将预处理浆料涂覆在基体表面，往涂覆有所述处理液的基体表面需要金属化的区域照射能量线，使得该区域上的处理液发生降解反应；将经能量线照射的基体用显影药水进行浸泡，使得未经能量线照射的区域上的处理液溶解在所述显影药水中而经能量线照射的区域上的降解产物不溶解在所述显影药水中，以形成光刻图案；将得到的产物进行高温烧结，使光刻图案与基体紧密结合。
所述预处理浆料为一种含有络合物的溶液，所述络合物的形成体可以为钛离子、镍离子中的至少一种，配位体可以为麦芽酚，乙酰丙酮中的至少一种。该预处理浆料可以通过商购，或者自制获得。
另外，在对基材进行预处理之前，还可对其表面进行除油，如超声除油，但不限于此。
所述离子钯活化液为本领域技术人员所公知，本发明没有特殊限定。对于活化时间和温度也没有特殊限定，在本领域内常规范围内即可。同时，所述还原液也为本领域技术人员所公知，本发明没有特殊限定，例如可以采用各种常见的还原液，但不局限于此。
为了进一步说明本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果，以下结合实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中所述实施例中的所有原料如非特指，均为市售产品。
实施例1~6
1、制备化学镀液：将硫酸镍、硫酸铜溶于水，加入络合剂，稳定剂，pH缓冲剂，还原剂，最后加入二甲基甲酰胺， pH值控制在8-9。按照表1中的组分配比得到化学镀液A1~A5。各组分具体用量见表1。
2、将2×2cm的多晶硅片，经超声除油，用预处理浆料（该预处理浆料为由钛酸四异丙酯、乙酰丙酮镍、乙基麦芽酚、溶剂乙酸乙酯按照重量比0.20：0.05：0.31：1混合形成的浆料）涂覆硅片表面，之后再硅片表面上遮盖掩模，掩模包括透光区和不透光区，经UV光照后在透光区域内形成电路图形，用显影药水（该显影药水是浓度为2重量%的四甲基氢氧化铵水溶液）浸泡洗去多余预处理浆料后，在500℃下烧结0.5h。将烧结后的硅片放入25℃的离子活化液中活化3min，该离子钯活化液为永星化工公司，商品号为POP-PLUS MIDs AD-457的活化液；活化完成后将塑料件浸渍于还原液中1min，该还原液为1%的水合肼溶液，还原处理温度为25℃；最后在40℃下步骤（1）中配置的化学镀液中进行化学镀。
表1：
对比例1
化学镀液D1配方与实施例1相比，缺少二甲基甲酰胺，其余与实施例1相同。并按照实施1同样的方法进行化学镀。
对比例2
以公开号为CN104445997A中实施例1的化学镀镍液作为D2，并采用，其余与实施例1相同。并按照实施1同样的方法进行化学镀。
性能测试及结果
1、使用上述化学镀液A1~A5及D1~D2进行化学镀效果测试，观察引发周期、完全镀覆时间及化学镀后样品外观。
引发周期：浸入化学镀铜液起到试片表面产生气泡所需时间为引发周期；完全镀覆时间：从试片浸入镀液起到试片完全镀覆铜所需时间为完全镀覆时间。测试结果见表2。
表2：
从表2中可以看出，使用本发明提供的化镀镀液可以显著缩短化学镀引发周期及完全度镀覆时间，提高镀覆效果，有效防止漏镀、溢镀现象。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种化学镀液，其特征在于，所述化学镀液为含有镍盐，铜盐，络合剂，pH缓冲剂，表面活性剂，还原剂和二甲基甲酰胺的水溶液；所述镍盐的含量为10-30g/L，所述铜盐的含量为1-7g/L，所述络合剂的含量为30-80g/L，所述pH缓冲剂的含量为10-20g/L，所述表面活性剂的含量为0.001-0.05g/L，所述还原剂的含量为10-30g/L，所述二甲基甲酰胺的含量为1-5g/L；所述络合剂为柠檬酸铵、氨基磺酸、丁二酸、醋酸钠、乳酸的复配，按质量比，柠檬酸铵：氨基磺酸：丁二酸：醋酸钠：乳酸=1：0.06-0.6：0.03-0.42：0.17-0.75：0.17-0.75。
2.根据权利要求1所述的化学镀液，其特征在于，所述镍盐的含量为10-25g/L，所述铜盐的含量为1-5g/L，所述络合剂的含量为15-50g/L，所述pH缓冲剂的含量为5-20g/L，所述表面活性剂的含量为0.001-0.05g/L，所述还原剂的含量为15-30g/L。
3.根据权利要求1所述的化学镀液，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍中的至少一种；所述铜盐为氯化铜、硫酸铜中的至少一种；所述络合剂为柠檬酸铵、氨基磺酸、丁二酸、醋酸钠、乳酸、柠檬酸、乙二胺中的至少一种；所述pH缓冲剂为硼酸、碳酸钠中的至少一种；所述表面活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；所述还原剂为次亚磷酸钠。
4.根据权利要求1所述的化学镀液，其特征在于，所述化学镀液中含有氯化铵，所述氯化铵的含量为1-5g/L。
5.根据权利要求1所述的化学镀液，其特征在于，所述化学镀液中含有稳定剂，所述稳定剂为硫脲、葡萄酸钠、碘酸钾、硫脲、氟化钠、硝酸铅中的至少一种；所述稳定剂的用量为0.001-0.003g/L。
6.根据权利要求1所述的化学镀液，其特征在于，所述化学镀液的pH为8~9。
7.权利要求1~6中任意一项所述的化学镀液的制备方法，其特征在于，包括将镍盐、铜盐先溶解于水中，再加入络合剂、pH缓冲剂、表面活性剂及二甲基甲酰胺，最后加入还原剂，搅拌至溶解。
8.一种非金属表面金属化的方法，包括将表面经过预处理的非金属基材先采用离子钯活化液进行活化处理，再置于还原液中进行还原处理，最后将其浸渍于化学镀液中进行化学镀；其特征在于，所述化学镀液为权利要求1-6任意一项所述的化学镀液。
9.根据权利要求8所述的非金属表面金属化的方法，其特征在于，所述化学镀温度为40-50℃；所述化学镀时间1-10min。
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