（一） 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
化學(xué)鍍是指當(dāng)加入還原劑后導(dǎo)致金屬離子在基體表面發(fā)生的自催化還原的金屬沉積過(guò)程，通常情況下也叫做無(wú)電解鍍或者自催化鍍。其本質(zhì)是反應(yīng)過(guò)程中有電子轉(zhuǎn)移但是沒(méi)有外接電源的氧化還原沉積過(guò)程。
該項(xiàng)目研制一種新型節(jié)能環(huán)保的低溫化學(xué)鍍鎳液，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化配方降低化學(xué)鍍鎳工藝生產(chǎn)時(shí)的溫度，達(dá)到與高溫化學(xué)鍍鎳時(shí)相同的質(zhì)量與性能效果，簡(jiǎn)化工藝流程，達(dá)到生產(chǎn)所需的鎳層厚度（≥5μm）。
（二） 研究目的
研制一種新型節(jié)能環(huán)保的低溫化學(xué)鍍鎳液，并用于印刷線路板銅基板上沉積均勻致密的鎳金屬防護(hù)層，探索低溫化學(xué)鍍鎳表面處理技術(shù)，降低鍍液溫度不僅可以提高鍍液穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本，而且可以減少鍍液揮發(fā)量，從而起到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的雙重功效。
（三） 研究?jī)?nèi)容
1）通過(guò)多種配方實(shí)驗(yàn)比較，提出低溫化學(xué)鍍鎳液溶液配比的最佳方法，并在此配方基礎(chǔ)上研究添加劑的選擇、組分濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶液pH等條件對(duì)化學(xué)鍍鎳鍍速、外觀、鍍液穩(wěn)定性以及鍍層的性能的影響，確定低溫化學(xué)鍍鎳的最佳制備工藝條件。
2）研究添加劑種類、濃度對(duì)化學(xué)鍍鎳層沉積速度和鍍液穩(wěn)定性的影響，找到適合于低溫化學(xué)鍍鎳的有效添加劑。
3）根據(jù)結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)以及探討的最佳工藝條件設(shè)計(jì)6因素5水平的正交實(shí)驗(yàn)尋求在該工藝條件下最佳的實(shí)驗(yàn)配方。
4）運(yùn)用儀器進(jìn)行表征，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與總結(jié)。
（四） 國(guó)、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)
近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)和通訊等高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，為印刷線路板化學(xué)鍍鎳提供了廣闊的發(fā)展空間。印刷電路板(PCB)是實(shí)現(xiàn)電子元件整體功能的重要部件。隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展，PCB的需求量與日俱增。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展， PCB行業(yè)已成為全球性行業(yè)，但近幾年總產(chǎn)能呈現(xiàn)低速發(fā)展趨勢(shì)。中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2016年全球 PCB市場(chǎng)產(chǎn)值達(dá)到542億美元，雖相比2015年的市場(chǎng)產(chǎn)值下降2%，但仍是電子元件細(xì)分產(chǎn)業(yè)中比重最大的產(chǎn)業(yè)。未來(lái)在全球電子信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的帶動(dòng)下，全球 PCB市場(chǎng)有望維持2%左右增速。
過(guò)去十年，全球PCB持續(xù)向亞洲尤其是中國(guó)大陸遷移，中國(guó)大陸迅速成為電子產(chǎn)品和PCB生產(chǎn)大國(guó)。在2000年以前，全球PCB產(chǎn)值70%分布在歐洲、美洲（主要是北美）、日本等三個(gè)地區(qū)。而隨著產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的不斷進(jìn)行，現(xiàn)在亞洲地區(qū)PCB產(chǎn)值接近全球的90%，是全球PCB的主導(dǎo)，而中國(guó)大陸成為了全球PCB產(chǎn)能最高的地區(qū)。同時(shí)，亞洲地區(qū)內(nèi)產(chǎn)能在近幾年內(nèi)呈現(xiàn)出由日韓及臺(tái)灣地區(qū)向中國(guó)大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，使得大陸地區(qū)PCB產(chǎn)能以高于全球水平5%~7%的速度增長(zhǎng)。2017 年中國(guó)PCB產(chǎn)值將達(dá)到289.72 億美元，占全球總產(chǎn)值的50%以上。具體情況見圖：
圖1全球PCB生產(chǎn)產(chǎn)值規(guī)模
圖2 中國(guó)PCB生產(chǎn)產(chǎn)值規(guī)模
在上世紀(jì)70年代后化學(xué)鍍鎳出現(xiàn)了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了次亞磷酸鈉為還原劑得到Ni-P鍍層的化學(xué)鍍鎳磷工藝[1]，硼氫化鈉作為還原劑得到的Ni-B鍍層的化學(xué)鍍鎳硼工藝[2]，以及肼作為還原劑的化學(xué)鍍鎳工藝[3]。目前在化學(xué)鍍鎳液中，次亞磷酸鈉是最常見的還原劑，在Ni沉積過(guò)程中，通常伴有P的沉積，根據(jù)Ni-P層中的P含量又可以分為高磷層（9-12 wt%）、中磷層（5-8 wt%）和低磷層（1-4 wt%），P含量越高，鍍層的晶粒越小。
在化學(xué)鍍鎳液中加入少量的化學(xué)試劑，以達(dá)到穩(wěn)定鍍液、加速鎳沉積、改善鍍層質(zhì)量等效果。因而根據(jù)其用途可以分為加速劑、穩(wěn)定劑、緩沖劑、光亮劑等，而根據(jù)添加劑的屬性可以分為無(wú)機(jī)添加劑和有機(jī)添加劑。無(wú)機(jī)添加劑主要是鉍、鉈、鉛等。這些金屬離子在催化金屬表面的吸附，并與同時(shí)吸附在金屬表面上的 相互作用，在沉積過(guò)程中起加速作用。孫碩等[4]發(fā)明了一種低溫酸性化學(xué)鍍鎳-磷合金的溶液。該工藝保留了酸性高溫鍍液鍍層結(jié)晶細(xì)，光亮，耐蝕性優(yōu)異，鍍液穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，沉積速度達(dá)15 ~ 20μm/h。解決目前在化學(xué)鍍鎳-磷技術(shù)存在的酸性鍍液施鍍溫度高，能耗大，和堿性低溫鍍液制備的鍍層結(jié)晶粗大，耐蝕性差等問(wèn)題。張冬梅等[5]研究丁二酸鈉對(duì) Ni-P 合金鍍層沉積速率、組織和 P 含量的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ni-P合金鍍液中加入丁二酸鈉的質(zhì)量濃度達(dá)到18 g /L 時(shí)，鍍層連續(xù)致密，表面平整，胞狀組織尺寸較小，鍍層的質(zhì)量最好。
有機(jī)添加劑主要包括表面活性劑，高分子聚合物。這些有機(jī)物能吸附在鍍層表面，從而影響沉積過(guò)程。不同類型的有機(jī)分子具有不同的作用，如提升鍍層的均勻性，致密性等。吳鋒景等[6]研究非鈀活化的化學(xué)鍍鎳工藝，發(fā)現(xiàn)高濃度的硫脲能有效降低銅表面電極電位，使得銅置換鍍鎳反應(yīng)得以進(jìn)行，開發(fā)出的非鈀活化鍍鎳工藝制備的鎳鍍層主要由Ni和P元素組成，厚度約為5.95μm，表面均勻、平整、致密。鍍層與基體結(jié)合優(yōu)良，耐沖擊性能良好。Xie[7]等研究了硫酸銨在鍍液中對(duì)沉積速率，次磷酸鹽效率，鍍液穩(wěn)定性和化學(xué)鍍鎳-磷層特性的影響。發(fā)現(xiàn)添加硫酸銨可以提高化學(xué)鍍鎳-磷的沉積速率，并且硫酸銨的最佳濃度可以減小晶粒尺寸，改善微觀結(jié)構(gòu)并改善耐腐蝕性。Park[8]等研究了硝酸鉛穩(wěn)定劑濃度對(duì)灰鑄鐵化學(xué)鍍鎳鍍層性能的影響。發(fā)現(xiàn)特定的臨界穩(wěn)定劑濃度改變了化學(xué)鍍鎳涂層性質(zhì)。在臨界穩(wěn)定劑濃度或更高濃度下，鍍層速率和化學(xué)鍍鎳涂層的化學(xué)組成發(fā)生變化，因?yàn)檫^(guò)量的穩(wěn)定劑濃度會(huì)抑制Ni和P的沉積。
在目前低溫化學(xué)鍍鎳體系相對(duì)成熟的情況下，通過(guò)對(duì)添加劑的研究是提高鍍液和鍍鎳層性能的趨勢(shì)之一。國(guó)內(nèi)有較多研究低溫化學(xué)鍍鎳的工藝，并用于實(shí)際生產(chǎn)中，但該低溫化學(xué)鍍鎳液組分復(fù)雜、實(shí)際生產(chǎn)工藝操作復(fù)雜，并未被廣泛應(yīng)用。在國(guó)外最新工藝中，也有很多機(jī)構(gòu)在研究低溫化學(xué)鍍鎳的具體配方和改進(jìn)低溫鍍鎳工藝，但大多都處于研究階段，仍存在許多問(wèn)題，并未成熟，如：有的低溫化學(xué)鍍鎳液效果不好，不能滿足工業(yè)需要；有的工藝過(guò)于復(fù)雜，成本太高，工業(yè)生產(chǎn)可行性不高。這些缺陷使得目前低溫化學(xué)鍍鎳工藝的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段。若要在工業(yè)生產(chǎn)中采用低溫化學(xué)鍍鎳工藝，有很大的難度。
那么，是哪些因素影響著低溫化學(xué)鍍鎳的工業(yè)化發(fā)展呢？其限制因素主要有兩大類：一是低溫化學(xué)鍍鎳液組分復(fù)雜，工業(yè)生產(chǎn)操作復(fù)雜；二是低溫化學(xué)鍍鎳液本身不穩(wěn)定造成的。低溫化學(xué)鍍鎳過(guò)程中有著一系列潛在的化學(xué)反應(yīng)，這是影響化學(xué)鍍鎳鍍層各項(xiàng)性能的根源。
因此，研究性能穩(wěn)定的低溫化學(xué)鍍鎳液很有必要。其實(shí)質(zhì)就是在降低化學(xué)鍍鎳溫度的情況下，其鍍層厚度和耐蝕性等也能達(dá)到PCB生產(chǎn)要求。
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（五） 創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色
1、新研制的低溫化學(xué)鍍鎳液鍍速能與高溫鍍鎳液相當(dāng)，鍍液壽命更長(zhǎng)，低溫化學(xué)鍍鎳液不僅可以提高鍍液穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本，而且可以減少鍍液揮發(fā)量，從而起到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的雙重功效；
2、研制的低溫化學(xué)鍍鎳液能夠解決生產(chǎn)工藝中高溫能耗大，操作不便，以及降低槽體材料、過(guò)濾機(jī)、加熱材料對(duì)耐高溫和防鍍覆的要求，還可以緩解由于局部過(guò)熱，造成的鎳的析出；
3、由于5G終端天線對(duì)周邊金屬很敏感，即對(duì)印刷電路板提出了新的要求，需要PCB板與有金屬的物體之間保持1.5mm的凈空，并且采用了的是柔性線路板，而本項(xiàng)目的研制也同時(shí)作用于柔性線路板上的化學(xué)鍍鎳。
（六） 技術(shù)路線、擬解決的問(wèn)題及預(yù)期成果
a項(xiàng)目的技術(shù)路線:
 
  
b.擬解決的問(wèn)題:
1、對(duì)于低溫化學(xué)鍍鎳，主要是溫度對(duì)鍍速有很大的影響，溫度每降低10℃，鍍速降低一倍。所以找尋一種環(huán)保且能提高鍍速的添加劑十分重要。
2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選，得到低溫化學(xué)鍍鎳液的最佳制備方法，并對(duì)各組分質(zhì)量濃度、溫度、pH等影響因素進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)，確定影響低溫化學(xué)鍍鎳鍍速和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，研制出一種新型節(jié)能環(huán)保的低溫化學(xué)鍍鎳液。
c. 預(yù)期成果:
1、研發(fā)一種新型環(huán)保節(jié)能的低溫化學(xué)鍍鎳液，為PCB化學(xué)鍍鎳工藝提供應(yīng)用。
2、研究成果主要以論文的形式提交，將在國(guó)內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表相關(guān)研究論文1-2篇，申請(qǐng)專利1項(xiàng)。
（七） 項(xiàng)目研究進(jìn)度安排
1、2019.05—2019.07，低溫化學(xué)鍍鎳的基礎(chǔ)配方的構(gòu)建。查找大量的文獻(xiàn)專利，收集各種資料，找到合適的基礎(chǔ)配方，并對(duì)配方做出調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化。
2、2019.09-2020.07，開展實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行表征。用表面分析技術(shù)包括X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）；電化學(xué)測(cè)試包括循環(huán)伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、計(jì)時(shí)電流法等研究方法，分析表征鍍鎳液在修飾電極上的電化學(xué)行為，優(yōu)化各組份的比例，獲得最佳的低溫鍍鎳液配方。
3、2020.09-2021.05，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。
（八） 已有基礎(chǔ)
1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累和已取得的成績(jī)
a 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究積累
本項(xiàng)目申請(qǐng)人李昕，梁奧博，高瑞，朱家雨，萬(wàn)興在老師的指導(dǎo)下，依托我們學(xué)校較為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和老師豐厚的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)得到了低溫化學(xué)鍍鎳的初步配方，并結(jié)合各類電化學(xué)分析技術(shù)，比如電化學(xué)測(cè)試包括循環(huán)伏安（CV）、計(jì)時(shí)電流法等研究方法，分析表征銅片在低溫化學(xué)鍍鎳液中的電化學(xué)行為，得出影響鍍速快慢的因素以及低溫化學(xué)鍍鎳的作用機(jī)理。
b 已取得的成績(jī)
本小組已在實(shí)驗(yàn)室做了許多前期試驗(yàn)，已經(jīng)研制出了初步的低溫化學(xué)鍍鎳液配方，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)方法，得出了目前的最優(yōu)低溫化學(xué)鍍鎳液配方。初步結(jié)果顯示，化學(xué)鍍鎳鍍速、鍍層質(zhì)量和鍍液穩(wěn)定性都比較好，很有希望研制出節(jié)能環(huán)保的低溫化學(xué)鍍鎳液。
2. 已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法
a 已具備的條件
實(shí)驗(yàn)室具備制備，已有的儀器能夠進(jìn)行部分的分析和檢測(cè)條件。
b 尚缺少的條件及解決方法
分析檢測(cè)儀器如SEM，XRD等實(shí)驗(yàn)室不具備，可以向其他院校實(shí)驗(yàn)室借助或者去檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。
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