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脉冲电镀的应用
时间:2011-03-24 18:00 来源:未知 作者:admin 点击:
由于各种金属离子在不同镀液中的电化学行为的不同,电源波型对各种电沉积过程的影响也是不一样的,实践中要根据不同的镀种和不同的工艺来选用不同的脉冲电源。

 

由于各种金属离子在不同镀液中的电化学行为的不同,电源波型对各种电沉积过程的影响也是不一样的,实践中要根据不同的镀种和不同的工艺来选用不同的脉冲电源。以下只是一些常用镀种带共性的例子。
脉冲镀铜
有研究表明脉冲电流主要是改善了微观深度能力,特别是双脉冲电流可以提高印制板深孔镀层的均匀性。目前印制板电镀已经有采用双脉冲电流镀铜的动向,反向高脉冲电流有利于解决高厚径比(high desity interconnection,HDI)印制板中微孔的电镀问题。
脉冲镀镍
 
硫酸镍
200~250g/L
氯化镍
30~45g/L
硼酸
35~509/L
硫酸镁
60~80g/L
十二烷基硫酸钠
0.Olg/L
pH
3.6~4.1
温度
40~45℃
脉冲电流参数
正向脉冲
l000Hz
反向脉冲
l0000Hz
工作比(正向:反向)
20%:l0%
时间比(正向:反向)
800ms:100ms
三氯化铬(6个结晶水)
0.4mol/L
硼酸
0.2mol/L
次磷酸钠
2.2mol/L
氟化钠
0.1mol/L
甲酸铵
3.28mol/L
 
脉冲镀银
 
氰化银
45g/L
温度
25
氰化钾
120g/L
平均电流密度
l A/dm2
氢氧化钾
7.5g/L
占空比
10
商业添加剂A
l5mL/L
频率
800Hz
商业添加剂B
l5mL/L
 
关断时间
toff=4.5ms.
脉冲电流密度
jp=6.5 A/dm2
导通时间
ton=0.5ms
   脉冲镀金
 
(1)单脉冲酸性镀金
氰化金钾
l2g/L
pH
4.8~5.1
磷酸二氢钾
60g/L
阴极电流密度
0.1~0.2A/dm2
氰化钾
1.5g/L
 
电流参数
K2C204
0.5g/L
频率
700~1000Hz
柠檬酸钾
50g/L
工作比
10%~20%
温度
55
 
(2)双脉冲中性镀金
氰化金钾
l2~18g/L
K2C204
100g/L
磷酸氢二钾
20g/L
温度
55
氰化钾
6~12g/L
pH
4.8~5.1
K2S203
1.5g/L
阴极电流密度
0.1~0.2A/dm2
磷酸二氢钾
10g/L
双脉冲电流参数:
正向脉冲
700Hz
反向脉冲
700Hz
工作比(正向:反向)
20%:20%
时间比(正向:反向)
lOOms:10ms
 
脉冲镀合金
脉冲电镀在合金电镀领域有更为广泛的应用前景,已经成为合金电镀研发的新手段之一。
有人利用不同频率的脉冲电流对四种不同组分的镍铁合金受脉冲电流的影响做过试验。证明采用交流频率对铁的析出量有明显影响。同时与镀液中络合物的浓度也有关。在频率增加时,铁的含量增加。因为频率增大后,阴极表面的微观阳极作用降低,使铁的反溶解降低,从而增加了铁的含量,但是在络合物含量低时,则铁的增加量不明显。
通过对碘化物体系脉冲电沉积Ag—Ni合金工艺的研究,证明随着[Ni2+]/[Ag+]浓度比增大,镀层中镍含量上升;镀液温度升高时,镀层中镍含量降低;增大平均电流密度会提高镀层中镍含量,但使镀层表面变差;占空比和频率的变化也对镀层成分有一定影响;增加反向脉冲的个数,会使镀层表面状况好转,随着镀层中镍质量分数的升高,结晶变得粗大。
现在,智能化的脉冲电源可以精确地控制槽电压及具有恒流恒压功能,可以用于合金电镀以控制其合金组成的比例,与直流电沉积相比,脉冲电沉积有明显的优点。由于合金组成的广泛选择性,合金电镀的研究受到越来越多研究者的重视,在脉冲电镀领域也是这样。
脉冲电流下的合金电沉积还出现了一些原来难以共沉积金属变得较容易共沉积的现象,这就为开发新的合金镀层提供了技术支持,比如沉积Cr-Ni—Fe合金。有一项发明专利表明,采用脉冲电镀Ni—W镀层的方法,可以获得镀层平滑、细致的镀层,并且分散能力也获得了改善。在对锌镍合金镀层进行的方波脉冲电沉积研究中,发现脉冲电沉积比直流电沉积呈现更细的颗粒,而且镍的含量增加。同时,温度增加也将促进镍的沉积,镀层的耐腐蚀性明显提高。所采用的镀液组成为:
 
硼酸
30g/L
氯化锌
130g/L
氯化钾
160g/L
pH
3.5
氯化镍
135g/L
脉冲电流参数
ton=lms,toff=10ms,jp=92mA/cm2
 
试验证实,脉冲电镀在许多合金镀层中的应用都取得了积极的结果,包括Cu—Zn、Cu—Ni、Ni—Fe、Cu—C0、Ni—C0、Zn—C0等合金和各种复合镀层。
 
脉冲复合镀和纳米电镀
 
 
特别引人注目的是脉冲电镀在纳米膜电沉积中的应用。美国的一项专利显示,采用脉冲电镀技术,在以下条件下获得了0.25一0.3mm厚、平均粒径为35nm的纳米镀镍层:
 
硫酸镍
300g/L
糖精
0.5g/L
氯化镍
45g/L
pH
2
硼酸
45g/L
 
   脉冲电流参数:ton=2.5ms,toff=4ms,jp=1.9mA/cm2。
 
很有趣的是这种镀液中糖精的添加量对纳米晶体的尺寸有明显影响,当糖精的含量为2.5g/L时,可得0.25mm厚无孔隙的晶粒为20nm的镀镍层,当糖精的量增加到5g/L时,晶粒的大小则变成llnm。

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