标签: 电化学

电镀或者说电沉积是电发明以后除了照明以外最先应用的电化学加工技术，可惜由于种种原因，人们轻视了这门技术。它是在亚原子级别操控电子进入金属离子空轨而还原出金属原子并组装出金属结晶的技术，因而是原子级别的加法制造技术。这在芯片互连等应用中已经证明。更多的现代制造都要用到现代电镀技术，包括印制板电镀、纤维材料上电镀、金刚石复合镀用于切割太阳能硅片和晶圆芯片等。还有特殊合金，特别是冶金法无法获得的合金的电沉积等。都是以电化学为其基础理论。电子从电极表面进入离子空轨是量子力学过程，即是通过电子跃迁而呈激发态，进入不同能级空轨，这个过程经典电化学是粗略描述的，量子电化学给出了新的过程描述。因此，量子电化学开始进入当代新学科视野，值得关注。我写的《量子电化学与电镀技术》正在加紧编辑中，将尽快交由出版社出版发行，以支持我国现代制造中不可时或缺的电镀技术做大做强。

刚才推荐一篇关于人工触觉新进展的博文时，注意到新的植入人体与神经对接的电极已经是扁平的，方便与神经突的连接，以便使用更小的电流就能传递神经信号。与电极相连接的外电路是电子导电模式，连接的导线当然是金属（铜线或者银线），而神经信号的传递如果也是电子，它的导体是什么？当然是神经。问题是神经是“金属”化的吗？显然不是，那神经中能传导电流的应该不是电子，而是离子了。这是第二类导体，在电化学中是熟知的导电模式。如果确实是这样，对在电极与神经的界面就有双电层存在，当然这对电能的传导不会有影响，但却是很有趣味的一个现象，也许这就是电化学应用的一个新领域。记以备考。

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PCB电化学与小孔电镀制程 1、Active Carbon　活性炭 是利用木质锯末或椰子壳烧成粒度极细的木炭粉，因其拥有极大的表面积，而能具备高度的吸附性，可吸附多量的有机物，故称为活性炭。常用于气体脱臭，液体脱色，或对电镀槽液进行有机污染清除之特殊用途。商品有零散式细粉或密封式罐装炭粒等。 2、Addition Agent 添加剂 改进产品性质的制程添加物，如电镀所需之光泽剂或整平剂等即是。 3、Amp﹣Hour 安培小时 是电流量的单位，即 1 安培电流经 1 小时所累积的电量，镀液中添加的有机助剂常用"安培小时计"当成消耗量监视的工具。 4、Anion 阳向游子（阴离子） 在镀液（或其它电解液）中朝向阳极游动的带负电的离子团或游子团。 5、Anode Sludge 阳极泥 当电镀进行时，常因阳极不纯而有少许不溶的细小杂质出现在镀液中，若令其散布的话，将被电场感应而游往阴极，造成镀层粗糙。故需加装阳极袋(Anode Bag)予以阻绝，以免影响镀层品质。又另在粗铜进行电解纯化时，其粗铜阳极所产生的阳极泥中，常有铂族贵金属，尚可提炼出各种珍贵的元素。 6、Anode 阳极 是电镀制程中供应镀层金属的来源，并也当成通电用的正极。一般阳极分为可溶性阳极及不可溶的阳极。又此字之形容词为 Anodic，如 Anodic Cleaning 就是将工作物放置在电解液的阳极上，利用其溶蚀作用，及同时所产生的氧气泡进行有机摩擦性的清洗动作，谓之 Anodic Cleaning。 7、Anodizing 阳极化 指将金属体放在电解槽液中的阳极上进行表面处理，与一般电镀处理放置在阴极的电解处理恰好相反。此词又可说成 Anodise Treatment。例如铝材即可由阳极处理，而在表面上生成一层结晶状氧化铝的保护膜。 8、Aspect Ratio 纵横比 在电路板工业中特指"通孔"本身的长度与直径二者之比值，也就是板厚对孔径之比值，以国内的制作水准而言，此纵横比在 4/1 以上者，即属高纵比的深孔，其钻孔及镀通孔制程都比较困难。 9、Carrier载体 镀镍制程常在槽液中加入两种有机光泽剂，第一种称 Primary Brightener或称Carrier Brightener，多为磺酸盐类，做为运送的功用。第二种为真正发光发亮的二级光泽剂(Secondary Brightener)，以不饱和双键或三键类有机物居多。前者可进行运送分发的工作，使镀层能全面均匀的发亮。此种初级载体光泽剂，本身对镀层亦有整平的功用，且对镀面亦具有半光泽的效果，为电路板金手指镀镍所常采用。 10、Cathode 阴极 是电镀槽液中接受金属镀层生长的一极，而电路板在进行各种电镀湿式加工时，亦皆放置在阴极。 11、Cation阴向游子，阳离子 由正负电荷离子所组成的电解质水溶液中，其带正电荷的简单离子，或聚集成群的大型游子团，均有泳向阴极的趋势，称为Cation。 12、Current Density 电流密度 是指在电镀或类似的湿式电解处理中，在其阴阳极单位面积上所施加的电流强度 (安培)而言。假设阴极面积为 10 ft２ ，所加的电流为 300 A，则其阴极电流密度应为 30 A/ft２ (ASF)。电流密度是电镀操作的一项重要条件，通常若专指阳极时应注明为"阳极电流密度"，未特别指明时则多半指阴极电流密度。电流密度的公制单位是 A/dm２ (ASD)，而 1 ASD＝9.1 ASF。在各种电镀制程中，皆有其"临界电流密度"(Critical Current Density)，是指能得到良好镀层组织的最大电流密度，凡超过此一数值者，将产生其它意外的反应，而导致镀层劣化无法使用。 13、Diffusion Layer 扩散层 即电镀时，液中镀件阴极表面所形成极薄"阴极膜"(Cathode Film) 的另一种称呼。 14、Dipole 偶极，双极 指具有极性的分子或化合物，其限定距离的两端各拥有电性互异的相同电量，谓之"偶极"，其间所呈现的力矩称为 Dipole Moment。 15、Double Layer电双层 是指电镀槽液中在最接近阴极表面处，因槽液受到阴极强力负电的感应而出现的一层带正电的离子层，其与阴极之间的薄层称为"电双层"。此层厚度约为10 A,是金属离子在阴极上沉积镀出的最后一道关卡。此时金属离子团会将游动中附挂各种"配属体"(Ligand，如水分子 CN－NH３ 等)丢掉，将独自吸取电子而登陆阴极，镀出金属来。 16、Electrodeposition电镀 在含金属离子的电镀液中施加直流电，使在阴极上可镀出金属来。此词另有同义字Electroplating，或简称为Plating 。更正式的说法则是ElectrolyticPlating 。是一种经验多于学理的加工技术。 17、Electroforming电铸 使用低电流密度与长时间操作，进行极厚镀层的特殊电镀技术，谓之电铸。以"镍电铸"最常见，可用以制作唱片的复制压膜，立体成形的电胡刀网，与其它各种外形复杂的"反形"模具等。 18、EMF 电动势 为Electromotive Force的缩写，是使电子在导体中产生流动的原动力，其近似的术语有"电位差"或"电压"等。 19、Farady 法拉第 是一种"静电量"的单位。按理论值每个单独电子所负荷电量为4.803*10-1个"静电单位"，其每个莫耳电子(Mole，6.023*102个)的总静电荷，应为96500库伦（安培．秒）。为纪念发现电解定律的的英国电化学家Michael Farady起见，特将此96500库伦的静电量命名为１个Farady。 20、Flash Plating 闪镀 指在极短时间内以较高的电流密度，使被镀物表面得到极薄的镀层称为闪镀，通常多指很薄的镀金层而言。例如，ASTM B488即规定，凡在10微吋（?in）或0.25微米以下的镀金层即称为"闪镀"。 21、Galvanic Series 贾凡尼次序 亦即电化学教科书中所说的金属"电动次序"(Electromotive Series)。是将各种金属及合金，在既定环境中，按其活泼的程度所排列的顺序。即以解离电压为排列的准则，"负值"表示反应是自然发生的，其数值表示已高出自然平衡状态若千伏特。"正值"则表示反应是不自然发生的，若硬欲其进行时，须从外界另施加电压若千伏特才行。The Electromotive Force Series Electrode Potential,VLi Li＋ －3.045Rb Rb＋ －2.93K K＋ －2.924Ba Ba＋＋ －2.90Sr Sr＋＋ －2.90C Ca＋＋ －2.87Na Na＋ －2.715Mg Mg＋＋ －2.37Al Al３＋ －1.67Mn Mn＋＋ －1.18Zn Zn＋＋ －0.762Cr Cr３＋ －0.74Cr Cr＋＋ －0.56Fe Fe＋＋ －0.441Cd Cd＋＋ －0.402In In３＋ －0.34Tl Tl＋ －0.336Co Co＋＋　 －0.227Ni Ni＋＋　 －0.250Sn Sn＋＋　 －0.136Pb Pb＋＋　 －0.126Fe Fe３＋　 －0.04Pt/H２ H＋　　 　0.000Sb Sb３＋　 ＋0.15Bi Bi３＋　 ＋0.2As As３＋　 ＋0.3Cu Cu＋＋ 　 ＋0.34Pt/HO- O2　 　 ＋0.40Cu Cu＋ 　　＋0.52Hg Hg2＋＋ ＋0.789Ag Ag＋ 　 ＋0.799Pd Pd＋＋　 ＋0.987Au Au３＋　 ＋1.50Au Au＋　 ＋1.68 由附表中可看以出由锂到金，按其活性所排列的次序，其在上位者可胍下位金属予以"还原"，使其从离子状态中取代出来，并使之还原成金属。例如将锌粒投入硫酸铜溶液中，即发生锌被溶解掉，而铜被沉积出来的反应，若以简式说明，即为：Zn＋Cu2+ Zn2+＋Cu↓，其电位变化为 -0.726－(+0.34)= -0.422，表示此反应能自然发生。贾凡尼(Galvani)是 18世纪的意大利解剖学家，由于曾用铜及铁的钩子钩住动物**(电解质)，而发现产生电流的情形，因此开启了"电化学"的另一片领域。后人特将有关金属"电化学含意"的许多名词都，冠以他的名字以示纪念，如 Galvanic Effect、Galvanic Cell、Galvanic Corrosion 等。 22、Haring-Blum Cell 海因槽 系 Haring 及 Blum 二人在 1923 年所发明的，是一种对电镀溶液"分布力"(Throwing Power)的好坏，所进行测试的简易小型试验槽。在其长方型槽中的两端各放置被镀的阴极两片，在两阴极片间所含溶液中放置一片阳极，此阳极与两端阴极的各目距离并不相等，致使其间的电阻也不相同。进而使得"一次电流分布"(Primary Current Distribution)的大小也不一样。但若能在镀液中另外加入有机物整平剂(Leveller)，则可使其电流分布得以改善(即二次电流分布)，让两阴极板上所镀得的重量更为接近，也就是已使其"分布力"获得提升，而让电路板面各处的镀厚更为均匀。用以监视这种"镀液分布力"好坏的仪器即为"海因槽"(详见电路板信息志杂第 31期55 页)。