机械毕业设计英文外文翻译552在ABS塑料上的直接镀铜过程.docx

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机械毕业设计英文外文翻译552在ABS塑料上的直接镀铜过程

附录A：

引用的英文文献及其译文

1.英文原文

2.译文

在ABS塑料上的直接镀铜过程

摘要：

在ABS塑料上的直接镀铜过程可以由原子力显微镜（AFM）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）以及荧光分光学（XRF）技术进行研究。

底板由包含有Pd2+离子的CrO3/H2SO4溶液蚀刻，并由Pd/Sn胶体溶液催化，而且在含有铜离子的碱性溶液中进行加速。

蚀刻溶液中的Pd2+离子可以减小表面粗糙度并加强胶体的吸附作用。

分散良好的胶体具有很好的催化作用，并且具有宽阔的紫外可见吸收光谱（UV-vis）峰值。

进行加速反应后，碱性溶液中的稳定的Cu2+复合物的含量将相对降低，Sn2+离子被Cu2+氧化，与此同时则有Cu2O生成。

不对称的Cu2O反应将会继续进行，而金属铜则会在Pd粒子之间形成，所以ABS表面的导电性也得到增加。

铜粒子在决定镀铜过程中铜层增加的均匀性中起着重要的作用。

镀铜层中的粒子是均匀而细小的。

铜层中的原子浓度和厚度将由XRF技术进行分析。

关键词：

直接镀铜；ABS塑料；钯胶体溶液；蚀刻

1.引言

无电极镀铜是一种非常有效和廉价的将铜沉积在绝缘体的表面的办法。

然而这个过程也有两个不足之处。

众所周知，在绝缘体上直接镀铜作为一种为避免使用环境不友好的还原剂或复合剂的技术，已代替传统的无电极镀铜得到广泛的工业化应用。

这个过程使电镀铜成为可能而无须通过无电极铜沉积形成的一层导电铜层介质。

Radovsky[1]是第一个提出基于钯胶体催化剂的替代过程的研究者。

然而对于直接镀铜反应过程的机制的基础研究还很少。

Weng和Landau[2]提出一种分阶段增殖的理论，该理论充分解释了当前尖利边缘的优先获得性的机制，以及动态加强是由于多余自由边缘的快速增殖，如果表面被钯或其它导电金属以团簇种子的形式覆盖的话。

Bladonetal[3].提出了“分阶段的连续导电增殖”的模型，声称稳定的硫化钯粒子是由将催化剂底板浸没在硫化物溶液中并覆盖整个表面因此提供了导电性而获得的。

直接镀铜过程不是用单一的表面的导电性变化能解释得了的。

最近，Onoetal[4]研究了一种直接镀铜系统，在该系统中通过将系统浸没在含有铜离子的加速溶液中，锡会从钯/锡催化剂粒子中脱离出来。

该文确信向加速溶液中增加铜离子可以在侧向增殖速度上产生显著效果，这是由“一种修改的通过分散铜粒子种子的分阶段增殖机制”模型得到的。

我们将在五个方面阐释直接镀铜的机制：

蚀刻、活化、加速、镀铜速率、原子浓度和塑料表面。

2.实验

2.1直接镀铜过程

在所有的实验中用的都是纯水。

所有的试剂都是纯分析级别的试剂。

氯化亚锡晶体在使用之前须贮存在真空干燥器中。

在所有实验中使用的ABS塑料块的尺寸都是100 mm × 20 mm × 3 mm。

表1列出了ABS塑料的预处理过程。

Step

Composition

Degreasing

NaOH30 g/L,Na3PO430 g/L,Na2CO330 g/L,OP1–2 mL/L;70 °C,10 min

Etching

CrO3g/L,98%H2SO4200 mL/L,Pd2+5–10 mg/L;70 °C,7 min

Neutralization

Na2SO310 g/L;25 °C,2 min

Condition

C16H33（CH3）3NBr0.5 g/L;25 °C,4 min

Predip

37%HCl200 mL/L;25 °C,30–60 s

Activation

Pd/Sncolloids;40 °C,7 min

Acceleration

NaOH30 g/L,CuSO4·5H2O3 g/L,EDTANa215 g/L;55 °C,7 min

Copperelectroplating

CuSO4·5H2O80 g/L,98%H2SO4150 mL/L,Cl−50 mg/L;25 °C,C.D.3 A/dm2

表1预处理过程的步骤和成分

首先，将用碱性溶液对ABS塑料进行油清除之后再用水漂洗。

第二步，蚀刻基体，然后用水漂洗三次。

在蚀刻后根据条件进行表面放电处理并加强对Pd/Sn胶体的吸附。

第三步，先前进行的对基体的蚀刻由Pd/Sn胶体溶液催化。

活化之前的预处理可以减少胶体的损失。

第四步，将活化后的表面浸入含有铜离子的碱性加速溶液中去。

最后，基体在酸性的硫化铜溶液里镀上铜。

Pd/Sn胶体的准备

Pd/Sn胶体的准备步骤如下：

（1）将0.1克的粉末状氯化钯加入到40毫升的50%浓度（V/V）的盐酸中。

然后对钯溶液搅动直到氯化钯完全溶解。

（2）将1.0克的氯化亚锡晶体加入到20毫升的浓缩盐酸中。

20毫升的纯水加进亚锡溶液中直到晶体完全溶解。

（3）将溶液

（2）加入溶液

（1）并搅拌20分钟。

该混合溶液将慢慢变成黑褐色。

（4）将40克氯化钠、0.8克锡酸钠和10克氯化亚锡加入50毫升的水中并溶解，之后再将该溶液加入溶液（3）中并搅拌1个小时。

混合液慢慢变成深绿色。

（5）溶液被放在65 °C的平底盘的水中并保持4个小时。

2.3测量方法

在实验中，胶体的大小、胶体的分散度、ABS塑料的表面粗糙度以及原子浓度都是通过UV–vis,AFM和XRF技术来测量的。

Pd/Sn胶体的活性是通过ABS塑料的吸附量和直接镀铜的所得来评估的。

3.结果与讨论

3.1蚀刻阶段

蚀刻时将塑料浸入65–70 °C的CrO3/H2SO4的混合液中。

经过这样的处理，ABS塑料的表面将被强烈氧化并形成亲水性的极性基。

表面就变成了泡沫状结构，该结构主要是通过溶解聚丁橡胶微粒来让塑料表面变得粗糙。

（图1）

图1AFM成像的蚀刻后的ABS塑料表面（a）普通蚀刻液（b）含钯离子的蚀刻液

蚀刻阶段是直接镀铜的关键过程之一。

以前的工作显示在蚀刻时加入微量的金属离子可以强化蚀刻效果并减少蚀刻时间。

钯的总体含量约是5–10mg/L。

JunOkada认为蚀刻的两种功能——让表面具有亲水性和是表面变得粗糙——是不同的。

当向蚀刻液中加入钯时，第一个功能起的是加速反应的作用，后一个功能则是抑制[6]。

在图1的a中，使用普通蚀刻液形成的孔的深度约为150-500nm。

相应的，向蚀刻液中加入7mg/L的钯离子液，孔深则为150-200nm如b中所示。

由此显示加入钯离子可以显著降低表面粗糙度。

Pd的吸收量也从1.0 mg/dm2增加到1.5 mg/dm2以上。

ABS的表面则从Pd胶体溶液中吸取尽可能多的Pd，在蚀刻阶段ABS表面形成的一些极性粒子团也具有重要的作用，像

OH,

SO3H,>C 

 O等。

3.2活化阶段

为了增加ABS的表面吸收量，将浓度为0.5-2g/L的4-羟基-3-甲氧加入胶体溶液中[7]。

芳香醛可以保护钯/锡胶体并能阻止他们在盐溶液中成块或凝结。

图2和图3显示了含有4-羟基-3-甲氧的胶体。

图2不同的钯胶体分散度的UV-vis的吸收光谱

图3不同分散度的立体显微镜图象

在准备的过程中，加入Sn2+时溶液的颜色从黄色变成深绿色最后经过加热又变成黑褐色，这种变化由金属钯粒子的形式造成的。

在减速反应完成之后将用UV–vis光谱进行测量。

图2显示了不同的分散度具有不同的吸收量。

在UV–vis的光谱区内Pd胶体显示了它具有宽阔的吸收峰值。

吸收量与粒子大小之间的关系则不是很明确。

VanderPuttenetal[8]发现很小的黄金微粒（d < 15 nm）在λ = 515 nm处的最大吸收光谱会慢慢变宽，而微粒的直径则会减小直至消失。

微粒越小，分散度就会越高，因此吸收峰值将会显著变宽，如图2和图3所示。

为了研究在减少Sn2+时的Pd胶体的形成过程，在加热到65 °C之前利用UV-vis光谱进行观测，在加热到65 °C保持30分钟后再进行一次观测，如图4。

Pd2+的第一的峰值位置在470.9 nm处。

在642.1 nm处的第二个峰值是[PdSn6]Cl14，是一绿色线。

峰值在299.8 nm处消失，我们可以得出结论就是[PdCl4]2−已不存在。

溶液颜色在加热并保持在65 °C之前变成了深绿色是因为此时溶液中含有金属Pd胶体和[PdSn6]Cl14的混合物。

图4Pd胶体的UV-vis的吸收光谱：

（1）绿色Pd胶体；

（2）在65 °C加热保持半小时

在65 °C是由于过量的Sn2+，[PdSn6]Cl14的反应如下：

[PdSn6]Cl14 → Pd0 + Sn4+ + 5Sn2+ + 14Cl−

（1）

Sn2+有两种功能：

（1）减速剂，它拥有在酸性或弱酸性环境中抑制Pd2+向Pd0转化的能力；

（2）胶体保护剂，过量的Sn2+对于阻止小胶体成块是必须的。

而且有报道称，加热保温具有增加Pd胶体活性的作用。

3.3加速阶段

加速的目的是将胶体溶液中的Sn2+从Pd0的周围去除。

通常将盐酸溶液或氢氧化钠溶液加入加速溶液。

直接镀铜中的碱性溶液含有铜离子和Sn2+络合剂。

在加速溶液中加入铜离子被认为在侧向增殖速度上具有显著的促进作用。

在这种情况下，对Cu2O的形成和铜晶体的生成的解释如下：

当稳定的Cu（II）络合物的含量下降时，在碱性溶液中的Cu（I）将以Cu2O的形式形成。

公式如下：

CuL42- →Cu2++ 4L-

（2）

2Cu2+ +Sn2+→2Cu++Sn4+（3）

2Cu++ 2OH−→ Cu2O + H2O（4）

这里L代表的是络合剂，可以同Sn4+形成络合物。

该络合物能促进反应过程。

之后在酸性的镀铜过程中进行的Cu2O的反应如下：

Cu2O + H2O → Cu + Cu2+ + 2OH−（5）

3.4镀铜的速率

由于量子的大小的原因，最初沉积的铜层是黑色的。

当沉积的铜层的厚度超过Cu–Pd粒子的高度时，表面的颜色将变为铜的金属色泽。

在镀铜过程中，铜层一开始是在与导电体连接的地方形成的，之后再扩展到整个ABS塑料表面。

当整个基体的表面都覆盖上铜层时，镀层的厚度约为1.5 μm,

因此可以估算出沉积速率约为2.0 × 10−5 mm/s。

而在当前条件下直接镀铜的速率是0.07 mm/s，约为前者的3500倍。

直接将这种解释运用于当前的情况是很困难的，因为条件有很大的不同：

在不同成分的酸性溶液中进行的电镀。

然而，铜层前移的条件要求必须是非常高的，因为这需要很高的电流密度。

例如，溶液中的浓度、pH和温度都必须改变。

Pd是很多反应的催化剂，所以它也可能是镀铜反应的催化剂。

因此在直接镀铜过程中在表面吸收了Pd的地方增殖速率要远高于沉积生成速率。

沉积时的厚度是均匀的，厚度误差在0.1 μm内（如图5）。

当表面全被覆盖上铜时，镀铜就和普通镀铜的方法一样了。

图5铜层厚度分布

3.5XRF分析

所镀铜层具有金属色泽，晶体细小，如图6所示。

XRF技术用于对元素及在在沉积层中的含量进行分析，如表2和图7所示。

图6沉积铜的显微镜图象

表2铜层中的元素

图7对沉积铜中的元素进行的XRF成像

图7显示了活化后的所有元素。

直接镀铜中早活化后Pd和Sn的含量要高于无电极镀铜，这也建立了形成导电层的基础。

如表1所示，活化后Pd的含量为10.64%，Sn的含量则为39.29%。

而S的生成则是因为在蚀刻阶段使用了CrO3和H2SO4从而发生硫化反应，这些反应还生成了亲水的基团-SO3H。

X射线荧光技术是一种薄镀层厚度的新方法。

XRF技术的理论基础是：

当一个层非常薄时，并具有恒定的密度和成分，它的强度将达到最大强度。

测定该层的辐射强度就可知它的厚度。

用XRF技术测定的铜层厚度与用重力法得到的厚度一致。

X射线可以穿透沉积层，并捕捉到一些基团如S、O、Cr、Pd和Sn等，所有这些元素含量都较低。

Rh线是通过将Rh设为目标得到的。

4.结论

（1）接镀铜中预处理过程的机制作了解释。

在这种新的蚀刻过程中会产生一些极性基团，这些基团对于从胶体溶液中吸收更多的Pd是必须的。

（2）Pd/Sn胶体催化剂具有良好的分散度和很小的微粒尺寸（直径为320nm），这让它具有更好的催化作用。

微粒越小，分散度就越高，因此就具有更好的催化作用。

（3）u2+的碱性加速溶液有利于在ABS塑料的表面形成导电层。

在加速反应后，当稳定的Cu2+络合物的含量降低时，碱性溶液中的Sn2+被Cu2+氧化，同时生成了Cu2O。

之后Cu2O的反应将会继续，而在Pd微粒处则生成了金属铜，因此增加了ABS表面的导电性。

铜微粒在镀铜增殖的均匀性上起到重要作用。

（4）所镀铜层中的微粒非常均匀且细小。

运用XRF技术对原子浓度和铜层厚度进行分析得到良好效果。

附录B：

主要参考文献摘要

[1]王成焘.现代机械设计—思想与方法[M].上海.上海科学技术文献出版社，1999.

摘要：

本书旨在从总体角度系统地向学生讲授现代机械设计基本思想和方法。

本书的最大特点是将现代机械设计思想和方法归纳为四大部分，即：

设计哲学，设计准则和方法，广义优化理论和方法，现代设计制造技术。

[2]王积伟，章宏甲，黄谊.液压与气压传动[M].北京.机械工业出版社，2005.

摘要：

本书将液压部分与气动部分有机地融合在一起编写，内容包括：

流体力学基础、能源装置及辅件、执行元件、控制元件、密封件、基本回路、系统应用与分析、系统设计与计算等。

[3]成大先.机械设计课程设计手册[M].北京.化学工业出版社，2000.

摘要：

本手册是根据机械设计和机械设计基础课程教学基本要求编写的，可供学习这两门课程及其课程设计时使用。

手册中包括机械设计常用减（变）速器、电机与电器，机械传动，气压传动等几个部分。

[4]朱辉等.画法几何及工程制图[M].上海.东华大学，2002.

摘要：

本书主要介绍画法几何和工程图的基本原理及工程制图的一般方法，工程制图的基础，零件图和装配图的画法，以及计算机制图的方法，展开图和焊接图的表示方法。

[5]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京.高等教育出版社，2003

摘要：

本手册主要介绍机械设计常用的标准和规范，零部件的装配连接，润滑和密封，极限配合和形状，位置公差，齿轮传动和链传动的公差，以及电动机的选择原则。

在手册的附录中还介绍了机械设计课程设计指导书的写法。

[6]郑萍.现代电气控制技术[M].重庆.重庆大学出版社，2001.

摘要：

本书在介绍传统的低压电器、典型的控制线路以及设计方法的基础上，系统地介绍了现代电气控制系统的构成和特点。

[7]秦曾皇.电工学－电工设计[M].北京.高等教育出版社，1998.

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本书内容为低压电器及继电器控制系统；可编程序控制器及其应用；直流电动机调速控制系统；交流电动机调速系统等。

[8]HiguchiA,SaitohY,ProcessofdirectcopperplatingonABSplastics[J].VehicleSystemDynamics,1993,22（5-6）:

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Abstract:

TheprocessesofdirectcopperplatingonABSplasticswereinvestigatedbyatomicforcemicroscopy（AFM）,ultraviolet–visibleabsorptionspectrometry（UV–vis）andX-rayfluorescencespectroscopy（XRF）techniques.ThesubstrateswereetchedbyCrO3/H2SO4solutioncontainingPd2+ions,catalyzedbyPd/Sncolloidssolutionandacceleratedinanalkalinesolutioncontainingcopper

[9]rogrammingspindlespeedvariationformachinetoolchattersuppression

EmadAl-Regib,JunNi,Soo-HunLee；

InternationalJournalofMachineTools&Manufacture43（2003）1229–1240

Abstract：

Thispaperpresentsanovelmethodforprogrammingspindlespeedvariationformachinetoolchattersuppression.Thismethodisbasedonvaryingthespindlespeedforminimumenergyinputbythecuttingprocess.TheworkdonebythecuttingforceduringsinusoidalspindlespeedvariationS3VissolvednumericallyoverawiderangeofspindlespeedstostudytheeffectofS3VonstableandunstablesystemsandtogeneratechartsbywhichtheoptimumS3Vamplituderatiocanbeselected.Foron-lineapplication,asimplecriterionforcomputingtheoptimalS3Vamplituderatioispresented.Also,aheuristiccriterionforselectingthefrequencyoftheforcingspeedsignalisdevelopedsothattheresultingsignalensuresfaststabilizationofthemachiningprocess.Theproposedcriteriaaresuitableforon-linechattersuppression,sincetheyonlyrequireknowledgeofthechatterfrequencyandspindlespeed.TheeffectivenessofthedevelopedS3Vprogrammingmethodisverifiedexperimentally.

[10]Hermann-JosefMiddeke.PlatingonPlasticsPartⅣ—ElectrolessMetalDeposition[J].Electroplating&Finishing，2005-4，24（4）：

18-24.

Abstract:

Tohaveasurfaceconductiveforsubsequentelectroplating,electrolessmetaldepositionisused,whichisnotreallyelectrolessbutusesaninternalcurrentsource.Today,twosystemsareusedcommercially:

oneisforthedepositionofcopperbymeansofformaldehydeasthereducerandanotherofnickelusingeitherboranatesorhypophosphiteasreducer.