原创 第六章 电镀和沉积金属涂层

第六章 电镀和沉积金属涂层

1、电子应用中的电镀涂层用于改善零件的外观、提供对零件表面的保护、改善零件表面的物理或化学性质。元素周期表上的众多元素中，只有16种元素能够用于电镀涂层，相关控制要求是由美国材料试验学会（ASTM）和其他协会、机构及国际标准化组织ISO提供的；

2、电镀槽
a.组成：
■整流器或电源，使电子通过外电路从阳极向阴极运动；
■称之为离子的带点原子，它们在溶液中运载电流；
■称之为阳极的电极是溶液中金属离子的来源，它们提供了内电路的电子，它们与整流器正极相连；
■另外一个电极（镀件）称为阴极，它与整流器负极相连，使之形成了闭合回路；
b.阴极反应：阴极即负电极，它实际是一个被镀零件；
c.阳极反应：在阳极，电子离开金属电极，形成金属离子并进入到溶液中；
d.清洗：一个典型的电镀工艺过程都包含着电镀前零件表面的清洗、漂洗以及活化几个步骤。
e.电流分布：电流密度、电镀液类型以及电镀时间对镀层厚度均产生影响；
f.沉积质量：镀层里面的针孔或孔隙度会降低沉积的质量，可利用脉冲镀、化学添加剂及多层镀的方法降低之；
g.刷镀：镀液直接刷在零件上，而不是将零件浸在镀液中；

3、镀铜：
a.酸性镀铜：酸性的硫酸铜镀液对于制备、操作和废液处理来说都很实用，它们被用作印制电路、电子、半导体、轮转凹版印刷、电铸和装饰制品以及在塑料制品上的镀层；
b.氰化物镀铜：其主要优点是具有良好分散力和覆盖能力，可使轻金属基体材料上镀出具有良好结合力的初始镀层，但氰化物镀液有剧毒，但其安全处理技术已经建立并证明行之有效；
c.焦磷酸盐镀铜：与前二者比需要更多的控制和维护，相对无毒并主要应用在电铸和印制电路中，但工作温度范围不应超过43~60℃；
d.其他镀铜工艺：一种非氰化物的碱性镀铜溶液正在不断开发中，可代替氰化物镀液直接在锌压铸体和钢上，目前使用还比较有限（氟硼酸盐镀铜溶液）；

4、镀镍：
镀镍工艺在世界范围内被广泛地用于装饰、工程和电铸的目的，镀镍层大多是从水溶液中通过电沉积的方式镀覆的，它们还能通过化学镀（自催化）技术、物理和化学气相淀积工艺以及热喷涂方法进行涂覆；

5、贵金属镀层：对于特定用途选择贵金属时所要考虑的一些因素有接触特性、反射率、耐蚀性、可焊性、耐热性、耐磨性、颜色和价格；
a.银：使用银镀层最让人们关注的问题是离子迁移（冲击镀银、伍德镍冲击镀、锑光亮剂）；
b.铑：被广泛用于需要耐磨和高温稳定性的电子领域，一般是从强酸溶液中镀出的；
c.钯：钯的熔点低，密度为12.02/cm3，与同样厚度镀金层比其重量只有其一半；
d.金：是一种相当昂贵的涂镀层，具有很低的电阻率且表面不会形成表面氧化物，可提供很低的表面接触电阻
贵金属还有一些特殊的性能使得它们很有吸引力，铂耐腐蚀，常在含有氯化物的镀液中作为阳极使用，金在红外区具有很高的反射率，铱在高温下对难熔金属的保护非常理想；

6、镀层硬度：努氏硬度和维氏硬度；

7、镀层性质：温度超过125℃时可能使多种电镀层性能变坏，通过镀层晶界河孔隙的扩散，使基体金属原子向镀层表面运动，于是这些扩散的金属暴露出来并可能发生氧化，氧化的金属将增加镀层的接触电阻，而这可能导致器件失效；

8、脉冲镀：金属镀层是通过脉冲电解的方式沉积的，脉冲镀可以定义为电流间断的电镀，间断电流包括施加某一特定时间的直流电，随后再将电流降至零维持另一特定时间，与用间断电流(CI)来改善镀层性能不同的是，脉冲镀时间间隔为几毫秒，而间断电流时间间隔为几秒钟；

9、化学镀：化学镀是水溶液中金属离子在催化表面上的受控电化学还原过程。所有化学镀液都包含如下成分：金属离子的来源、还原剂、络合剂、反应抑制剂和稳定剂。一些贵金属也能够进行化学镀，常见的有银、金、钯和铂；

10、锡和锡合金镀层：在电子元器件上最常见的非贵金属镀层是纯锡和锡合金。金属间化合物（IMC）定义为在钎料和金属化之间形成的合金，一般有三类可钎焊的镀涂层（易熔的、可熔的、不熔的）

11、储存的环境因素：表面氧化和氧穿透到基体能影响金属间化合物的形成。
a.锡晶须：是从固态镀锡表面自发生长出来的发状晶体，它们可以长大到直径1um，长度5mm，研究发现镍基涂镀层能够防止晶须生长。
■影响可焊性的镀液因素：高电流密度、有机污染物、悬浮颗粒、低金属浓度、薄镀层；
■众所周知的正确电镀操作：镀层要有足够的厚度以提供一个良好的扩散阻挡层、维持镀液洁净（过滤镀液以去除镀液中的所有颗粒物）、采用良好的清洗和活化预镀步骤、监控所有镀液成分和操作条件以得到高质量的镀层；
■铅的替代；
b.无铅镀层：元器件的镀层可以使用多种锡合金而非锡铅合金，业已报道的镀涂层有锡-锌、锡-镍、锡-镉、锡-钴、锡-铋以及锡-铜，或者电镀纯锡。