CN115874171A - 一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，通过以下步骤实现：首先将22份络合剂与1份金盐混合后，再加入2份还原剂配制成无氰镀金液，并通过pH调节剂调节无氰镀金液的pH值为6～13，避光室温储存备用；再将镀镍微球分散在超纯水中制备成镀镍微球分散液，加热至温度为60～90℃；将步骤1配制的无氰镀金液加入步骤2中制备的镍微球分散液中；对步骤3中的镀镍微球分散液保温60～90℃并搅拌，整个过程使用pH调节剂保持镀镍微球分散液的pH值稳定；本发明的工艺简单，能满足大规模的制备生产需要，同时使用的无氰镀金液，安全无害，生产成本低，制备的镀金微球金层分布均匀不易剥落，并且致密度高孔隙小，导电性能好。

Description

一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法

技术领域

本发明涉及化学镀技术领域，尤其涉及一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法。

背景技术

在电子设备中，微电极之间的电连接通过各向异性导电材料实现，导电粒子在各向异性导电材料的质量和性能中起决定性作用，导电粒子的设计上以在弹性聚合物微球表面沉积镍/金层为主流技术。

由于金镀层具有极佳的化学稳定性，与大部分化学物质都不发生反应，可焊性好，可热压键合、接触电阻低，因此镀金微球被应用于PCB、电子插接件、半导体芯片制造、液晶显示等领域，镀金层的致密度和孔隙率直接影响导电粒子的导电性和稳定性。

现有的镀金技术主要使用氰化物镀金技术，氰化物镀金液性质稳定、镀层质量高，但氰化物属于国家管制的剧毒药品，其清洗水及残液较难处理，同时废液对操作人员身体安全、大气排放和环境保护造成极大困难，传统的含氰镀金工艺逐渐被安全无毒的无氰镀金工艺取而代之。

现有的无氰镀金工艺中，其中有通过调节镀金液中复配磷酸盐络合导电盐的组分来避免了金质歧化带来的镀液不稳定问题，此镀金液体系性质稳定，但所得的镀金层表面金层颗粒不均匀，镀层稀疏、致密性较差，孔隙率高，并且结合力差，镀层易剥落。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在镀金层表面金层颗粒不均匀，镀层稀疏、致密性较差，孔隙率高，并且结合力差，镀层易剥落的缺点，而提出的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种无氰镀金液，所述无氰镀金液包括如下重量份数的各组分：络合剂22份、金盐1份、还原剂2份、pH调节剂适量备用；

基于上述无氰镀金液的所述金层致密度控制方法包括如下步骤：

步骤1，将22份络合剂与1份金盐混合后，再加入2份还原剂配制成无氰镀金液，并通过pH调节剂调节无氰镀金液的pH值为6～13，避光室温储存备用；

步骤2，将镀镍微球分散在超纯水中制备成镀镍微球分散液，加热至温度为60～90℃；

步骤3，将步骤1配制的无氰镀金液加入步骤2中制备的镍微球分散液中；

步骤4，对步骤3中的镀镍微球分散液保温60～90℃并搅拌，整个过程使用pH调节剂保持镀镍微球分散液的pH值稳定；

步骤5，反应结束，使用磁铁吸引固体，分离并倒出液体，使用超纯水对镀金完成的镀金微球进行洗涤3～5遍，洗涤完成后出料。

优选的，所述金盐为氯金酸、硫代硫酸金钠、亚硫酸金钠的一种或几种混合。

优选的，所述络合剂为柠檬酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、乙二胺、有机多膦酸中的一种或几种混合。

优选的，所述还原剂为次磷酸钠、二甲基胺硼酸盐、抗坏血酸、葡萄糖的一种或几种混合。

优选的，所述pH调节剂为盐酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水等一种或几种。

优选的，所述步骤2中的超纯水用量为1～50mL，镀镍微球与超纯水比例为0.1g:15～25mL。

优选的，所述步骤3中的无氰镀金液用量为5～30mL，镀镍微球与无氰镀金液比例为0.1g:15～25mL。

优选的，所述步骤4中的搅拌速度为300～600r/min，时间为10～60分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过化学镀金工艺对镀镍微球进行镀金，化学镀金层结合力强、分布均匀，不易剥落。

2、本发明并利用镀金液的pH值去控制镀金层的金颗粒大小，获得表面孔隙小、金层致密度高的金球，提高了镀金微球的质量。

3、本发明采用亚硫酸盐体系的无氰镀金液，具有操作安全简单、对环境无害、稳定性高、生产成本低等优点，可取代行业主流的含氰镀金工艺；

4、本发明中通过工艺简单的化学镀金方法，在镀镍微球上成功镀金，可实现大规模制备，具有广泛的应用前景。

本发明的工艺简单，能满足大规模的制备生产需要，同时使用稳定性高的亚硫酸盐体系的无氰镀金液，安全无害，生产成本低，制备的镀金微球金层分布均匀不易剥落，并且致密度高孔隙小，导电性能好。

附图说明

图1为本发明中pH＝11时所得的镀金微球扫描电镜(SEM)图；

图2为本发明中pH＝7时所得的镀金微球扫描电镜(SEM)图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

步骤1，将22份络合剂与1份金盐混合后，再加入2份还原剂配制成无氰镀金液，并通过pH调节剂调节无氰镀金液的pH值为11，避光室温储存备用；

步骤2，将镀镍微球按分散在15mL超纯水中制备成镀镍微球分散液，镀镍微球与超纯水的比例为0.1g:15mL，加热至温度为80℃，方便后续的镀金工序；

步骤3，将步骤1配制的无氰镀金液加入步骤2中制备的镍微球分散液中，镀镍微球与无氰镀金液比例为0.1g:15mL，保证镀金效果并避免无氰镀金液的浪费；

步骤4，对步骤3中的镀镍微球分散液保温80℃并搅拌，搅拌速度为450r/min，时间为15分钟，整个过程使用pH调节剂保持镀镍微球分散液的pH值稳定，保证镀金效率，保证镀镍微球与无氰镀金液的充分混合和反应；

步骤5，反应结束，使用磁铁吸引固体，分离并倒出液体，使用超纯水对镀金完成的镀金微球进行洗涤5遍，洗涤完成后出料。

测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果，并对所得镀金微球使用扫描电镜拍摄得到附图1中的镀金微球扫描电镜(SEM)图。

本发明使用化学镀金工艺对镀镍微球进行镀金，化学镀金层结合力强、分布均匀，并采用亚硫酸盐体系的无氰镀金液操作安全简单、对环境无害、稳定性高，同时通过调节无氰镀金液的pH值控制镀金层的金颗粒大小，保证镀金层孔隙小，金层的致密度高，并保持镀金微球的体积电阻率较低，提高镀金微球的质量。

实施例二

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为10，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果。

实施例三

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为9，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果。

实施例四

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为7，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果，并对所得镀金微球使用扫描电镜拍摄得到附图2中的镀金微球扫描电镜(SEM)图。

实施例五

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为13，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果。

实施例六

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为11，并将步骤2中的加热温度及步骤4中的保温温度调整为70℃，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果。

实施例七

按照实施例一中的实验步骤，并将步骤1中配制的无氰镀金液的PH值调整为11，并将步骤2中的加热温度及步骤4中的保温温度调整为60℃，测量制备的镀金微球的体积电阻率并在表1中列出测试结果。

图1为本发明中PH＝11时所得的镀金微球扫描电镜(SEM)图，可见在1.5万倍的放大下镀金层细腻致密，金颗粒之间无空隙。

图2为本发明中PH＝7时所得的镀金微球扫描电镜(SEM)图，可见在1.5万倍的放大下镀金层稀疏，且金颗粒之间空隙较大。

表1为本发明中具体描述的七个实施例中不同实验条件下镀金微球的镀金层状态及体积电阻率数据，可见在pH＝11时所得的镀金微球致密度最高，同时体积电阻率较低，并且在同为pH＝11的条件下，温度降低所得镀金微球体积电阻率有所升高，但致密度影响不大，因此可判定pH值为致密度的主要影响因素，且pH＝11时镀金微球的金层致密无空隙，同时导电性最好，此现象表明通过调节无氰镀金液的pH值可改变微球表面金层致密度，并能提高导电性。

表1、不同实验条件所得镀金微球体积电阻率数据

本发明采用无氰镀金液对镀镍微球进行化学镀金，所得镀金微球的镀金层结合力强，分布均匀，并且通过对无氰镀金液的pH进行控制，使金层避免孔隙小，金层致密，导电性好，同时采用亚硫酸盐体系的无氰镀金液，操作安全简单、对环境无害、稳定性高、生产成本低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无氰镀金液，其特征在于，所述无氰镀金液包括如下重量份数的各组分：络合剂22份、金盐1份、还原剂2份、pH调节剂适量备用；

基于上述无氰镀金液的所述金层致密度控制方法包括如下步骤：

步骤1，将22份络合剂与1份金盐混合后，再加入2份还原剂配制成无氰镀金液，并通过pH调节剂调节无氰镀金液的pH值为6～13，避光室温储存备用；

步骤2，将镀镍微球分散在超纯水中制备成镀镍微球分散液，加热至温度为60～90℃；

步骤3，将步骤1配制的无氰镀金液加入步骤2中制备的镍微球分散液中；

步骤4，对步骤3中的镀镍微球分散液保温60～90℃并搅拌，整个过程使用pH调节剂保持镀镍微球分散液的pH值稳定；

步骤5，反应结束，使用磁铁吸引固体，分离并倒出液体，使用超纯水对镀金完成的镀金微球进行洗涤3～5遍，洗涤完成后出料。

2.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述金盐为氯金酸、硫代硫酸金钠、亚硫酸金钠的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、乙二胺、有机多膦酸中的一种或几种混合。

4.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述还原剂为次磷酸钠、二甲基胺硼酸盐、抗坏血酸、葡萄糖的一种或几种混合。

5.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水等一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述步骤2中的超纯水用量为1～50mL，镀镍微球与超纯水比例为0.1g:15～25mL。

7.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述步骤3中的无氰镀金液用量为5～30mL，镀镍微球与无氰镀金液比例为0.1g:15～25mL。

8.根据权利要求1所述的一种基于无氰镀金液的金层致密度控制方法，其特征在于，所述步骤4中的搅拌速度为300～600r/min，时间为10～60分钟。

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