光伏靶材氧化锌与铜基板的非铟连接
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２４．工艺与新技术． 焊接技术 第 鲞箜堡塑２０ 生 旦
文章编号：１０８２—０２５Ｘ（２０１２）０４－００２４－０４
光伏靶材氧化锌与铜基板的非铟连接
李 英 ，－，董淑娟。，黄 艳 ，卢志云 ，谢明贵
（１．四川大学化学学院，四川成都６１００６４；２．四川大学化学工程学院，四川成都６１００６４；３．中国耀华玻璃集团，河北
秦皇岛０６６００４）
摘要：目前，光伏ＺｎＯ靶材与铜基板的连接主要依靠价格昂贵的金属铟。本文分别以贵金属钯、贵金属银、胶体铜为活化液，以甲醛、
多聚甲醛、次亚磷酸钠等为镀液还原荆，研究了光伏ＺｎＯ靶材的化学镀铜条件，实现了其表面化学镀铜，进而利用普通的价格低廉的钎
料ＳｎＡｇ０．３Ｃｕ０．７，ＳｎＢｉＡｇ成功实现了靶材与铜基板的连接。该工艺操作简单，耗费小，在大规模的工业生产中具有广泛的应用前景。
关键词：ＺｎＯ；焊接；化学镀铜
中图分类号：ＴＧ４５４ 文献标志码：Ｂ
０概述
ＺｎＯ是一种新型高导电性的宽带化合物，具有耐
高温、抗辐照、来源丰富、价格低廉等优点，在新一
代半导体照明、大面积平板显示、太阳能电池等领域
中用途广泛。制备ＺｎＯ薄膜最具有产业化潜力的方
法是采用磁控溅射方式，在其生产过程中，靶材ＺｎＯ
会产生大量的热，故需与散热功能好的铜背板连接。
由于普通钎料难以直接润湿ＺｎＯ表面．目前工业上
主要采用价格昂贵的金属铟（其目前市场价为４ ３００～
４ ３５０元／ｋｇ）来实现靶材ＺｎＯ与铜背板的连接，制约
了其在工业上的广泛使用。如果在ＺｎＯ表面进行金
属化处理（如镀铜等），则可采用常用钎料（如锡银
铜等）来实现与铜背板的连接。化学镀铜设备简单，
价格低廉，是工业生产中最经济有效的方法［ ］。有关
Ａ１ Ｏ ，ＳｉＣ等普通陶瓷的化学镀铜的文献极多，但有
关ＺｎＯ陶瓷化学镀铜的文献极少。其中文献『４］Ｙ Ａ
Ｙａｎｇ等人和文献［５］王森林等人分别采用ＵＶ辐照及
贵金属银活化来实现了ＺｎＯ薄膜的化学镀铜。而四川
大学谢明贵等人 发明了一种取代贵金属（钯、银等）
的胶体铜活化液，在塑料、环氧树脂印制电路板、陶
瓷等非金属基底上实现了化学镀铜。
本文分别以贵金属钯、贵金属银、胶体铜为活化
液，以甲醛、多聚甲醛、次亚磷酸钠等为镀液还原
收稿日期：２０１１－１２—０１ 剂．研究了光伏ＺｎＯ靶材的化学镀铜条件，对其表
面实现了化学镀铜，并采用普通的价格低廉的钎料
（ＳｎＡｇ０．３Ｃｕ０．７钎料，ＳｎＢｉＡｇ钎料，２００－４００元／ｋｇ），
成功实现了镀铜后光伏ＺｎＯ靶材与铜基板的连接。
该工艺操作简单。耗费低廉．在大规模的工业生产中
具有广泛的应用前景。
１试验部分
１．１主要药品和仪器
ＺｎＯ陶瓷，五水硫酸铜、甲醛、多聚甲醛、次亚
磷酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠、硫酸镍、２，２ 一联
吡啶、氯化钯、正丁醇、异丙醇、谷氨酸盐酸盐，上
述药品均是分析纯。水白松香、ＳｎＡｇＣｕ钎料膏、Ｔ２
纯铜片、金相砂纸、ＳｎＡｇ０．３Ｃｕ０．７钎料粉（２５～４５
Ｉｘｍ）、ＳｎＢｉＡｇ钎料粉、ＳｎＰｄ钎料粉。
所用仪器有：９８一Ｃ型ＧＨ熔锡炉（无锡市隔湖
电器五金有限公司）；Ｓ一４８００型场致发射扫描电子
显微（日本日立公司）；Ｘ射线衍射仪（Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏ
ＭＰＤ ＤＹ１２９１）；显微镜；ＤＨＧ一９０７０电热恒温干燥箱；
真空升华仪；外径千分尺（０～２５ ｍｍ）。
１．２化学镀铜
（１）表面预处理按文献［７］除油一敏化，室温敏
化２ ｍｉｎ，水冲洗ｌ ｍｉｎ后放人活化液中进行活化。
（２）活化选取了３种活化方式：银、钯、胶体
铜活化。①银活化液的配制：用ｑ￣（ＮＨ，）２５％的水溶液
滴定２．０ ｇ／Ｌ的硝酸银溶液，使褐色沉淀变透明为止；
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１２ ・工艺与新技术・２５
②钯活化液的配制：把０．Ｏ８ ｇ氯化钯加入１ ０００ ｍＬ
乙醇中；③胶体铜活化，用胶体铜溶液可将传统敏化
和活化合为一步。胶体铜溶液的配制：把１Ｏ．０ ｇ五水
硫酸铜、１Ｏ．Ｏ ｇ明胶溶于６００ ｍＬ热水中，并在５５～６０
℃缓慢加入１００ ｍＬ （Ｎ２Ｈ４・Ｈ２０）５％的水溶液（水合
肼溶液），用正丁醇（约１０ ｍＬ）消泡。胶体铜活化，
步骤略去敏化。活化条件：４０～５０℃，活化时间：４
ｍｉｎ。室温下流水冲洗１ ｍｉｎ后进行施镀
（３）化学镀铜镀液采用碱性镀液体系。主盐：
五水硫酸铜溶液；还原剂：次亚磷酸钠、甲醛、多聚
甲醛；络合剂：ＥＤＴＡ・２Ｎａ；添加剂：２，２’一联吡啶。
根据不同的还原剂选用不同的络合剂、添加剂和设置
不同温度、时间。表１为基础镀液配方及施镀条件。
表１基础镀液配方及施镀条件
物质名称 物质浓度／（ｇ・Ｌ ） 五水硫酸铜 ６．０Ｎ２０．０
硼酸 ２０．０￣３０．０
ＥＤＴＡ・２Ｎａ １０．０￣３５．０
２．２’一联吡啶 ０．００ｌ一０．０ｏ５
甲醛／（ｍＬ－Ｌ－’） １０．０—１６．０ 多聚甲醛／（ｇ・Ｌ－１） １０．０￣２０．０
还 次亚磷酸钠／（ｇ・Ｌ－ ） ２８．Ｏ一４０．０ 原 次亚磷酸钠与 ２８．０—４０．０． 剂 多聚甲醛／（ｇ・Ｌ－ ） ３．Ｏ一５．０
次亚磷酸钠／（ｇ・ ）， ２８ ４ｎ０． 甲醛／（ｍＬ・Ｌ－ ） １０．Ｏ一２∞
镀液ｐＨ值 １３ １３ １Ｏ １０ １０
施镀温度， ２５ ２５ ７０ ７０ ７０ 施镀时间，Ｉｌ Ｏ．５ Ｏ．５ １．５ １．５ １．５
（４）镀后处理镀毕，流水冲洗１ ｍｉｎ，风干待
用。
１．３ ＳＥＭ分析镀层形貌
室温，加速电压２０ ｋＶ。
１．４ ＸＲＤ分析镀层金属组分
室温条件下，角度：３０。～８０。；时间间隔：０．２ Ｓ。
１．５镀层的热稳定性测试
在８０ ｃＩ＝下恒温１２ ｈ。
１．６镀层的附着力、钎焊性试验
试验分别遵循ＧＢ／Ｔ ５２７Ｏ一２００５，ＧＢ／Ｔ １６７４５—
１９９７进行。
１．７ ＺｎＯ陶瓷与铜基板的钎焊
（１）对化学镀铜后的ＺｎＯ陶瓷进行了钎焊试验。
试验使用９８一Ｃ型ＧＨ熔锡炉。钎料膏为ＳｎＡｇＣｕ；钎
焊温度２２５～２４０℃；钎焊时间３Ｏ～６０ ｓ。
（２）为了减少钎焊后钎缝层的空洞，钎焊时也可 采用少量的助钎剂与熔融的钎料替代钎料膏。助钎剂
的质量分数为：Ｗ（异丙醇）８９％，Ｗ（水白松香）ｌ％，
Ｗ（谷氨酸盐酸盐）ｌ％。分别在铜片和镀铜后的陶瓷样
品上涂敷１层助钎剂，再在铜片上加入适量的熔融钎
料，放上陶瓷样品，锡炉上加热３Ｏ～６Ｏ ｓ。
１．８钎焊后的热稳定性测试
真空度１．９ｘ１０ Ｐａ，温度（１００＿＋３）ｏＣ，时间８ ｈ。
２结果与讨论
２．１ 还原体系与活化方式的筛选
按照表１，配制了数十种不同还原剂体系、不同
浓度的镀液，每种镀液都分别采用贵金属钯、银和胶
体铜这３种不同活化方式所得的光伏ＺｎＯ靶材为施
镀对象。近百次的化学镀铜试验表明：３种活化方式
的光伏ＺｎＯ靶材均可在甲醛作还原剂的镀液中镀上
明亮的铜层，如图ｌａ，ｂ，ｃ所示；在多聚甲醛镀液
中亦均可获得明亮的铜镀层，但表面可见明显的铜渣
（图１ｄ），并可在容器的烧杯壁上观察到铜层，这是
由于镀液中的还原反应进行得过于剧烈，以致活化表
面对整个还原反应的吸引不够而造成的：在次亚磷酸
钠镀液中，钯活化后的铜镀层，色泽暗淡（图ｌｅ），
银活化情况与之类似。而胶体铜活化的ＺｎＯ靶材表
面无法镀上明显的铜层（图ｉｆ），这可能是因为由胶
体铜活化后所产生的铜粒子活性相对更低，尽管额外
添加有催化量的金属镍离子，其次在亚酸磷钠镀液中
仍无法有效实现自催化作用＿８］。
（ａ）甲醛为还原剂钯活化
（ｂ）甲醛为还原剂银活化
