臺灣博碩士論文加值系統

本研究以微電鍍銅結合聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Poly acrylonitrile-butadiene-styrene,ABS)基材之銅薄膜厚度、鍍膜質量、表面微結構與表面形貌之分析，並深入探討其機械性質相關之影響，ABS塑膠電鍍之試片採用MAKERBOT-ABS 白色塑膠圓片，其外圓直徑20mm、厚度1mm，扣除圓內銅線吊掛處長10mm、寬1mm，質量0.3g，藉由塑膠電鍍法，將本為絕緣體之塑料基材表面金屬化，以致表面附著一層導電性膜，並以電鍍時間、敏化處理時間、電流密度、鍍液溫度做為主要之參數進行塑膠電鍍，而電鍍完成之ABS塑材試片，分別以掃描式電子顯微鏡(SEM)分析並觀察及量測薄膜厚度與表面形貌，以2D‧3D表面粗度輪廓儀(SRM)進行2D表面粗糙度量測，以X光繞射光譜儀(XRD)觀察晶相結構與晶格參數，最後根據各種機械性質測試結果，以分析出效果最佳之參數值。
由研究結果可得知，鍍液溫度對膜厚與質量影響之最佳膜厚為 0.09mm，質量為0.15g，電鍍時間對膜厚與質量影響之最佳膜厚為0.03mm，質量為0.2g，電流密度對膜厚與質量影響之最佳膜厚為0.22mm，質量為 0.8g，敏化時間對膜厚與質量影響之最佳膜厚為0.25mm，質量為1.72g。

In this study the thickness, quality, surface micro-structure, and surface topography of copper thin-film micro-plated on poly acrylonitrile – butadiene - styrene (ABS) substrate has been analyzed for in-depth investigation of their impacts on mechanical properties. The MAKERBOT-ABS white plastic disc with outer diameter of 20mm and thickness of 1mm is used as the specimen of ABS plastic plating with the mass of 0.3 g after the 10 mm long 1 mm wide area for hanging the copper wire within the circle is excluded. The surface of plastic substrate, which was originally an insulator, is metalized by plastic plating to generate a layer of conductive thin-film. The plastic plating is carried out based on the main parameters of plating time, sensitization treatment time, current density, and temperature of plating solution. The plated ABS plastic specimen is observed and analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM) to measure the thin-film thickness and surface topography, while the 2D‧3D profiler of surface roughness measurement (SRM) is used for 2D surface roughness measurement, and the X-ray Diffractometer is used for observing the crystalline structure and lattice parameters. In the end the parameters with the optimal performances are analyzed in accordance with the results of various mechanical property tests.
The result of this study indicates that the optimal film thickness for the impact of plating solution on film thickness and mass is 0.09mm with mass of 0.15g, the optimal film thickness for the impact of plating time on film thickness and mass is 0.03mm with mass of 0.2g, the optimal film thickness for the impact of current density on film thickness and mass is 0.22mm with mass of 0.8g, and the optimal film thickness for the impact of sensitization time on film thickness and mass is 0.25mm with mass of 1.72g.

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目錄 v
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的與動機 3
第二章 文獻探討 4
2.1 電鍍 4
2.1.1 何謂電鍍 4
2.1.2 電鍍原理 4
2.1.3 電鍍之主要條件 6
2.1.4 電鍍製程操作事項 6
2.1.5 電鍍程序 7
2.1.6 電鍍液 7
2.1.7 電鍍層的構造及性質 8
2.2 銅 10
2.2.1 銅之特性 10
2.2.2 鍍銅與銅鍍液[1] 11
2.3 電鍍銅 14
2.3.1 電鍍銅簡介 14
2.3.2 電鍍銅原理 15
2.3.3 硫酸銅鍍浴組成與硫酸銅鍍浴成分的作用 15
2.3.4 鍍浴中之質傳方式 18
2.3.5 電荷轉移 18
2.4 電解之基本概念[1] 19
2.4.1 離子 19
2.4.2 電解 19
2.4.3 法拉第定律 19
2.5 電鑄 21
2.5.1 電鑄原理 21
2.5.2 電鑄與電鍍之差異性 22
2.5.3 LIGA製程與類LIGA製程之電鑄相關研究 23
2.5.4 電流效率 24
2.6 塑膠電鍍 25
2.6.1 塑膠電鍍之歷史 25
2.6.2 ABS塑膠電鍍 25
第三章 實驗設備與方式 31
3.1 ABS塑膠電鍍實驗製程 31
3.2 實驗設備與分析儀器 31
3.2.1 微電鍍槽(Micro-Electroplating Bath) 33
3.2.2 微電鍍前處理槽(Micro-Electroplating Pre-Treatment Tank) 34
3.2.3 微電鍍過濾循環攪拌系統(Micro-Electroplating Filter Circulation Mixing System). 36
3.2.4 微電鍍直流電源控制器(Micro-Electroplating DC Power Controllers) 37
3.2.5 精密鑽石刀切割機(Precision Diamond Knife Cutting machine) 39
3.2.6 超音波洗淨機(Ultrasound Machine Wash) 40
3.2.7 3D列印機(3D Printing Machine) 41
3.2.8 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 43
3.2.9 X光繞射光譜儀(X-Ray Diffraction) 45
3.2.10 2D‧3D表面粗度輪廓儀(Surf Corder 2D Surface Roughness and Contour Measuring Instrument) 47
3.3 實驗材料 48
3.3.1聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Poly crylonitrile-Butadiene-Styrene) 48
3.3.2 鹼性脫脂劑(Alkaline Degreasant) 49
3.3.3 酸性脫脂劑(Acid Degreasant) 50
3.3.4 氯化氫(Hydrochloric Acid) 52
3.3.5 氯化亞錫(Stannous Chloride) 54
3.3.6 硫酸(Sulfuric Acid) 55
3.3.7 氨水(Ammonia) 57
3.3.8 氫氧化鈉(Sodium Hydroxide) 59
3.3.9 硝酸銀(Silver Nitrate) 60
3.4 實驗方式 62
3.4.1 實驗流程 62
3.4.2 實驗步驟 63
第四章 結果與討論 65
4.1 不同敏化時間對薄膜厚度與鍍膜質量之分析 66
4.1.1 持鍍時間為16h不同敏化時間下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 66
4.1.2 持鍍時間為4h不同敏化時間下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 69
4.1.3 持鍍時間為4h不同敏化時間下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 72
4.2 不同電流密度對薄膜厚度與鍍膜質量之分析 76
4.2.1 鍍浴溫度為25℃不同電流密度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 76
4.2.2 鍍浴溫度為30℃不同電流密度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 80
4.2.3 鍍浴溫度為35℃不同電流密度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 84
4.3 不同電鍍時間對薄膜厚度與鍍膜質量之分析 88
4.3.1 敏化時間為15min不同電鍍時間下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 88
4.3.2 敏化時間為10min不同電鍍時間下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 91
4.4 不同鍍浴溫度對薄膜厚度與鍍膜質量之分析 94
4.4.1 電流密度為0.03A/dm2不同鍍浴溫度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 94
4.4.2 電流密度為0.06A/dm2不同鍍浴溫度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 97
4.4.3 電流密度為0.09A/dm2不同鍍浴溫度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 100
4.4.4 電流密度為0.12A/dm2不同鍍浴溫度下對薄膜厚度與鍍膜質量之影響 103
4.5 X光繞射分析 106
4.6 表面形貌與表面粗糙度量測分析 108
4.6.1 經表面加工處理 108
4.6.2 未經表面加工處理 113
第五章 結論 128
參考文獻 130

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