TWI733963B

TWI733963B - 電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極

Info

Publication number: TWI733963B
Application number: TW106143504A
Authority: TW
Inventors: 李文熙
Original assignee: 國立成功大學
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-07-21
Also published as: TW201928123A

Abstract

一種電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極，係對該厚膜鋁電極在進行後續電鍍金屬前進行一前處理，該前處理為純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理，俾以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質，令該厚膜鋁電極具有表面平整度與低含氧量，使該厚膜鋁電極後續電鍍金屬品質具有與貴金屬厚膜銀電極品質相當。

Description

電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極

本發明係有關於一種電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極，尤指涉及一種經由純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理前處理可以大幅改善厚膜鋁電極平整度與含氧量。

目前以金屬銀作為電極雖可易於後續電鍍金屬鎳或錫，但由於銀是貴金屬，以貴金屬銀粉為主要導體材料，導致材料成本昂貴，容易受價格起伏不定的影響，為了降低材料成本而選擇以卑金屬厚膜鋁電極取代貴金屬厚膜銀電極時，厚膜鋁電極表面粗糙與容易氧化之缺點，將導致其後續電鍍金屬製程不容易鍍上。

一般厚膜鋁電極表面粗糙且有孔洞，如第7圖所示，將此厚膜鋁電極做後電鍍金屬製程(電鍍鎳與錫)，與一般厚膜銀電極電鍍鎳與錫金屬比較，如第8圖所示，可很明顯地發現厚膜銀電極可以電鍍出連續且非常平整的鎳與錫，但厚膜鋁電極電鍍鎳與錫卻是不連續且凹凹凸凸，這乃是原先厚膜鋁電極表面不平整與有氧化鋁之形成所導致無法平整電鍍金屬鎳與錫之情形。

鑑於厚膜銀電極表面平整且不易氧化，雖然於後電鍍製程容易實踐，但銀屬於貴金屬價格昂貴且不穩定，若以厚膜鋁電極取代，惟其表面粗糙與易氧化，導致後電鍍製程不容易實踐。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種經由純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或是以化學式陽極處理前處理來大幅改善厚膜鋁電極平整度與含氧量，達成經前處理後之厚膜鋁電極後續金屬電鍍品質可與貴金屬厚膜銀電極品質相當者。

為達以上之目的，本發明係一種電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極，係對該厚膜鋁電極在進行後續電鍍金屬前進行一前處理，該前處理為純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理，俾以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質，令該厚膜鋁電極具有表面平整度與低含氧量，使該厚膜鋁電極後續電鍍金屬品質具有與貴金屬厚膜銀電極品質相當。

於本發明上述實施例中，該純機械式處理為機械式研磨，係將該厚膜鋁電極以一定比例混合介質鐵珠置於滾筒內研磨，令該介質鐵珠與該厚膜鋁電極摩擦以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質。

於本發明上述實施例中，該介質鐵珠粒徑係介於0.55~0.81mm之間，且該厚膜鋁電極與該介質鐵珠係以球料比1：10比例混合研磨6.5~9.5小時。

於本發明上述實施例中，該純化學式鹼洗/酸洗處理係將該厚膜鋁電極置於滾筒，且浸漬於鹼洗液或酸洗液中滾動，令該鹼洗液或酸洗液與該厚膜鋁電極蝕刻反應以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質。

於本發明上述實施例中，該鹼洗液係在40~60℃下進行12~18分鐘。於本發明上述實施例中，該鹼洗液包括氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨或其組合。

於本發明上述實施例中，該酸洗液係在50~80℃下進行12~18分鐘。

於本發明上述實施例中，該酸洗液包括硫酸鎳、硫酸或其組合。

於本發明上述實施例中，該化學式陽極處理係將該厚膜鋁電極置於滾筒，且浸漬於酸性液中滾動，以白金電極為陰極，該厚膜鋁電極為陽極，施以25~35V電壓進行陽極處理反應，令該厚膜鋁電極經由電解反應以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質。

於本發明上述實施例中，該酸性液係在25~65℃下進行12~18分鐘。

於本發明上述實施例中，該酸性液係為磷酸。

第1圖，係本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理後表面SEM圖。

第2圖，係本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理表面元素分析示意圖。

第3圖，係本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理後電鍍金屬鎳錫照片。

第4圖，係本發明之厚膜鋁電極化學式鹼洗/酸洗處理後表面SEM圖。

第5圖，係本發明之厚膜鋁電極化學式陽極處理後電鍍鎳SEM比較圖。

第6圖，係本發明之厚膜鋁電極化學式陽極處理後電鍍鎳錫照片。

第7圖，係習用厚膜鋁電極未處理前表面SEM圖。

第8圖，係習用厚膜鋁電極與銀電極電鍍金屬鎳錫比較圖。

請參閱『第1圖~第6圖』所示，係分別為本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理後表面SEM圖、本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理表面元素分析示意圖、本發明之厚膜鋁電極機械式研磨處理後電鍍金屬鎳錫照片、本發明之厚膜鋁電極化學式鹼洗/酸洗處理後表面SEM圖、本發明之厚膜鋁電極化學式陽極處理後電鍍鎳SEM比較圖、以及本發明之厚膜鋁電極化學式陽極處理後電鍍鎳錫照片。如圖所示：本發明係一種電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極，係對該厚膜鋁電極在進行後續電鍍金屬前進行一前處理，該前處理為純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理，俾以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質，令該厚膜鋁電極具有表面平整度與低含氧量，使該厚膜鋁電極後續電鍍金屬品質具有與貴金屬厚膜銀電極品質相當。如是，藉由上述揭露之流程構成一全新之電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極。

當運用時，本發明將厚膜鋁電極表面處理含機械式研磨一定時間、或化學式鹼洗/酸洗一定時間、抑或化學式陽極處理一定時間，可以大幅改善厚膜鋁電極表面平整度，且其含氧量也可大幅降低，使厚膜鋁電極後電鍍製程容易實踐。

於機械式研磨處理實施例中，本發明係將厚膜鋁電極晶片電阻器以一定比例混合粒徑介於0.55~0.81mm間之介質鐵珠置於滾筒內，該厚膜鋁電極晶片電阻器與該介質鐵珠係以球料比1：10比例混合研磨8小時，令該介質鐵珠與該晶片電阻器之厚膜鋁電極摩擦以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁，使厚膜鋁電極表面平整度大幅改善與去除氧化鋁非導電質。如第1圖所示利用機械式研磨含與滾磨、或砂紙拋磨後之厚膜鋁電極表面不同倍率之顯微結構，很明顯地，即使表面仍有些微孔洞，但表面平整度大幅改善。本發明另將機械式處理後之厚膜鋁電極與未處理之厚膜鋁電極做表面元素分析，如第2圖所示，圖(a)係無前處理，圖(b)右側係有前處理，經比較後顯示表面含氧量大幅降低，代表經過機械式處理後之厚膜鋁電極表面氧化鋁的含量已大幅減少。

本發明將上述機械式研磨處理過後之厚膜鋁端電極晶片電阻器進行電鍍鎳與錫，其中鎳以21A電流下電鍍40分鐘，錫以7A電流下電鍍40分鐘後，完成鋁端電極晶片電阻器製程。如第3圖所示，圖(a)係無前處理樣品，可見鍍鎳層許多位置不連續，而由圖(b)經過機械式研磨處理後之厚膜鋁電極電鍍鎳與錫照片中，可發現與目前貴金屬厚膜銀電極電鍍鎳與錫之品質相當，連續性相當好且平整。這說明本發明經過機械式前處理厚膜鋁電極其電鍍鎳與錫金屬品質可以如一般貴金屬厚膜銀鍍鎳錫水準。

於化學式鹼洗/酸洗處理實施例中，係將厚膜鋁電極晶片電阻器置於滾筒，且浸漬於鹼洗液(0.25M NaOH，溫度：50℃)或酸洗液(硫酸鎳：410g/l，硫酸：10%，溫度：65℃)中經過約15分鐘滾動，令該鹼洗液或酸洗液與該晶片電阻器之厚膜鋁電極蝕刻反應以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁，使厚膜鋁電極表面平整度大幅改善與去除氧化鋁非導電質。如第4圖所示係經過化學式鹼洗或酸洗處理後之厚膜鋁電極表面微結構圖，其中圖(a)係未化學處理前表面微結構，圖(b)係鹼性化學處理後表面微結構，圖(c)係酸性化學處理後表面微結構。如同之前機械式前處理厚膜鋁電極一般，經化學鹼洗或酸洗前處理厚膜鋁電極其平整度也可以大幅改善，雖然厚膜鋁電極表面孔洞仍然存在，但將化學式鹼洗或酸洗處理過之厚膜鋁電極電鍍上鎳與錫，可以發現與目前貴金屬厚膜銀電極電鍍鎳與錫之品質相當，連續性相當好且平整。這說明本發明經過化學式鹼洗或酸洗前處理厚膜鋁電極其電鍍鎳與錫金屬品質可以如一般貴金屬厚膜銀鍍鎳錫水準。於化學式陽極處理實施例中，係將厚膜鋁電極晶片電阻器置於滾筒，且浸漬於酸性液(磷酸：1/10Vol%，溫度：25~65℃)中，以白金電極為陰極，該厚膜鋁電極晶片電阻器為陽極，施以30V電壓進行陽極處理反應，經過約15分鐘滾動，令該晶片電阻器之厚膜鋁電極經由電解反應(Al→Al³⁺+3e-)以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁，使厚膜鋁電極表面平整度大幅改善與去除氧化鋁非導電質。將上述化學式陽極處理不同時間過後之鋁端電極晶片進行電鍍鎳，如第5圖所示之厚膜鋁電極化學式陽極處理含未、適當與過度陽極處理後電鍍鎳表面結構圖(a)、(b)與(c)，可見未處理厚膜鋁端電極電鍍鎳(Ni：21A，60分鐘)係呈現一顆一顆電鍍鎳不連續性，經過15分鐘陽極處理厚膜鋁電極後再電鍍鎳(Ni：21A，60分鐘)已可呈現片狀連續性鎳，但當陽極處理時間過長40分鐘後，因厚膜鋁電極鋁再次氧化反應發生，所以電鍍時又再次呈現一顆一顆電鍍鎳不連續性。因此，本發明係選擇化學式陽極處理過後之厚膜鋁端電極晶片電阻器進行電鍍鎳與錫，將鎳以21A電流下電鍍60分鐘，錫以7A電流下電鍍60分鐘後，完成鋁端電極晶片電阻器製程。將上述化學式陽極處理後之厚膜鋁電極電鍍上鎳與錫，如第6圖所示之照片，圖(a)係無前處理樣品，可見鍍鎳層許多位置不連續，而由圖(b)經過化學式陽極處理後之厚膜鋁電極電鍍鎳與錫照片中，可以發現與目前貴金屬厚膜銀電極電鍍鎳與錫之品質相當，連續性相當好且平整。這說明本發明經過化學式適當陽極前處理厚膜鋁電極其電鍍鎳與錫金屬品質可以如一般貴金屬厚膜銀鍍鎳錫水準。

藉此，本發明為解決厚膜鋁電極後續電鍍金屬之問題，將經由純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或是以化學式陽極處理前處理來大幅改善厚膜鋁電極平整度與含氧量，達成經處理後之厚膜鋁電極後續金屬電鍍品質可與貴金屬厚膜銀電極品質相當。綜上所述，本發明係一種電鍍金屬前處理之厚膜鋁電極，可有效改善習用之種種缺點，係對該厚膜鋁電極在進行後續電鍍金屬前進行一前處理，該前處理為純機械式處理，純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理，俾以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質，令該厚膜鋁電極具有表面平整度與低含氧量，使該厚膜鋁電極後續電鍍金屬品質具有與貴金屬厚膜銀電極品質相當，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種電鍍金屬前對厚膜鋁電極進行之前處理方法，係對該厚膜鋁電極在進行後續電鍍金屬前進行一前處理，該前處理為純機械式處理、純化學式鹼洗/酸洗處理、混合機械化學式、或化學式陽極處理，俾以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質；其中，該純機械式處理為機械式研磨，係將該厚膜鋁電極以一定比例混合粒徑介於0.55~0.81mm之間之介質鐵珠置於滾筒內，該厚膜鋁電極與該介質鐵珠係以球料比1：10比例混合研磨6.5~9.5小時，令該介質鐵珠與該厚膜鋁電極摩擦以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質；該純化學式鹼洗/酸洗處理係將該厚膜鋁電極置於滾筒，且浸漬於包括氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨或其組合之鹼洗液在40~60℃下進行12~18分鐘滾動，或浸漬於包括硫酸鎳、硫酸或其組合之酸洗液在50~80℃下進行12~18分鐘中滾動，令該鹼洗液或酸洗液與該厚膜鋁電極蝕刻反應以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質；該化學式陽極處理係將該厚膜鋁電極置於滾筒，且浸漬於磷酸之酸性液中在25~65℃下進行12~18分鐘滾動，以白金電極為陰極，該厚膜鋁電極為陽極，施以25~35V電壓進行陽極處理反應，令該厚膜鋁電極經由電解反應以移除該厚膜鋁電極之表面不平整與氧化鋁非導電質。