脉冲电镀应用现状及对策分析_于永民_看图王.docx
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1、82 DO I 牶 牨 牥 牣 牨 牰 牬 牴 牥 牤 j牣 cnki 牣 issn牣 牨 牥 牥 牨 牠 牫 牰 牰 牥 牣 牪 牥 牥 牰 牣 牥 牫 牣 牥 牫 牥 于永民等 脉冲电镀应用现状及对策分析 脉冲电镀应用现状及对策分析 于永民 , 孙斌 (中原 工 学 院 , 河 南 郑 州 450007) 摘 要 脉冲电镀具有镀件质量好 、 生产效率高 、 节 约原材料及环保等优点 。 分析 了单金属电 镀 、 合金 电镀在国 内 企业中的研究 及应用现状 , 研究表明 , 大型企业由于 研发实力较强 , 脉冲电镀技术 应用情况较好 , 但是 , 中小企业由于经 济 实力及技术水平 的限制
2、 , 推广应用还比较困难 。 指出降低脉冲电源价格 、 优化普通金属脉冲电镀工艺配方是推动该技术 在 国内中小企业应 用的有效途径 。 关键 词 脉冲电 镀 ;小企 业 ;现 状 ;对 策 中图分类 号 TQ 153 文献标识 码 B 文章编 号 1001 - 3660(2006)03 - 0082 - 03 App lication S ituation and S trategy of the Pu lse E lectrop lating YU Yong -m in , SUN B in (Zhongyuan Ins titute o f Techno logy, Zhengzhou 4
3、50007, China) Ab stract Pu lse electroplating possesses the advantages of the good deposition quality, h ighe r produc- tion efficiency, conse rvation o f raw m a teria ls and env ironm en tal pro tection. The presen t situation o f the sing le- m e tal electropla ting and a lloy e lec trop lating i
4、n the dom estic enterp rises is ana lyzed. It is shown tha t the pu lse e- lec trop lating techno logy is applied w idely because of the stronger resea rch ability, bu t the applica tion of the pulse e lec trop lating techno logy is m ore difficu lt in the sm a ll enterprises because o f the econom
5、ic strength and techno logica l leve l restrictions. A dd itiona lly, it is pointed out that reducing the price o f the pow er and op tim izing the pla ting param ete rs are the basic stra tegy for the im provem ent of applica tion in the sm a ll enterp rises. Key word s Pu lse electropla ting;Sm al
6、l enterprises;S ituation;S trategy 1 脉冲电镀的原理及优点 1. 1 脉 冲 电 镀 原 理 脉冲电镀是使电 镀回路周 期性地 接通和断 开 , 或者在 固定 直流上再叠加某一 波形脉 冲的电镀 方法 。 与 普通电 镀相比 , 这 种方法 具有镀层 平整致密 、 附着性 好 , 电 流效率高 、 环保性 能好 等优点 , 在一般的研究和应用中 , 脉冲电 镀所使用的脉冲方式可 分为单向脉冲和双向脉冲两种 。 使用的 脉冲波主要是矩形波和 正弦波 。 用直流电电镀时 , 在阴极和溶液界面处形成较厚的扩散层 , 使阴极表面金属离子 浓度降低 产生浓 差极化 ,
7、 限制 了电沉 积的 速度 , 使用较大的电流密度不但不能提高镀速 , 反而使阴极上的 氢气析出量增加 , 电流效率降低 , 镀层质量变坏出现氢脆 、 针孔 、 麻点 、 烧焦和起泡等 。 脉冲电镀由于有关断时间 , 被消耗的金属 离子利用这段时间扩 散补充到 阴极附 近 、 当 下一个 导通时 间到 来时 , 阴极附近的金属离子浓度得以恢复 , 故可以使用较高的电 流密度 。 脉冲电镀峰值 电流可 以大大 高于平 均电流 , 促使 晶种 的形成速 度高于晶 体长大的速 度 , 使 镀层结晶 细化 , 排列紧密 , 孔隙减少 , 硬度增加 。 1. 2 脉 冲 电 镀 的 优 点 脉冲电镀与传
8、统的直流电镀比较 , 有如下优点 3 : 1) 镀件质量 高 主要 表 现 为 :具 有 镀层孔 隙 率 低 , 可 得 到 光亮均 匀 致密的 镀 层 , 提 高镀层的 抗 腐蚀性 能 ;较 好 的结合 力 , 较好的分 散力 , 能增加镀层 的密度 , 增加硬 度 , 提 高延展性和 耐 磨性 , 改进了镀层的物理性能 。 2) 镀层厚度薄 在 相同 的镀 层性 能 指标 的前 提下 , 可 使 镀层厚度减 薄 1 /3 1 /2, 进而 可 节约 原 材 料 (如 黄 金 、 白 银 等 ) 10% 20%, 这对 金 、 银 、 锡 、 锗 、 镍等贵金属来 说 , 具有十分 重 大
9、的经济意义 。 3) 生产效率高 脉冲 电镀 大幅 度提 高了 瞬时 电流 密度 , 使其平均电流 密度 有可 能大 于直 流电 镀的 实际 电流 密度 。 因 而 , 加 速了电沉 积速度 , 使生产效 率增高 , 一般可 减少受镀时 间 1 /3 1 /2, 或更多的时间 。 4) 改进常规的 电镀 溶液 配方 和工 艺 在 直流 电镀 中 , 为 了实现合金共沉积 、 增加镀层 的光亮度 或者是 改善镀 层的物 理 收稿日期 2006 - 02 - 18 作者简介 于永民 (1964 - ), 男 , 河南郑州人 , 工程师 , 学士 , 从事机械制造及表面处理研究 。 83 第 35
10、卷 第 3 期 表 面 技 术 V o.l 35 NO. 3 2006 年 6 月 SURFACE TECHNO LOGY Jun. 2006 性能 , 通常要 加入络合 剂 、 光 亮剂等添加 剂 , 而 这些添加剂 通常 都是毒性很强的溶 液 , 所 以对生 产和环 保非常 不利 。 使用 脉冲 电 镀 , 可以通过调 节 6 个电镀参 数 (双向脉 冲 )来 获 得好 质 量 的 镀层 , 而又不使用任何的添加剂 。 2 脉冲电镀的研究及应用现状 2. 1 脉 冲 单 金 属 电 镀 脉冲单金属电镀 , 尤其贵 金属电 镀仍是 脉冲电 镀研究 应用 的重要领域 , 双向脉冲电 镀工艺 更
11、显现 出其突 出的优点 。 国内 一电子封装研究室在 仅有 30 40 m2 的电镀车间内装配 10 台左 右的双脉冲电镀电 源 , 用于镀 镍 、 镀金 等 , 质量 高 , 销售旺 盛 。 这 样的单位国内有好多 家 。 除贵金属外 , 近年来普通 金属的 脉冲电 镀工艺 研究及 应用 也取得了很大进展 。 例如 , 美国的 Lucent 公司在占空 比为 25% 30%、 工作时间 为 0. 05 0. 5m s、 电流 密 度 为 0. 1 0. 4A /dm2 的条件下 , 于硫酸亚锡镀液 中镀出了 超细晶 粒光亮 度很高 的锡 镀层 , 其晶粒尺寸 为 8 22 nm。 2. 2
12、脉 冲 合 金 电 镀 脉冲电源尤其智 能化的脉 冲电源 , 可以 精确控 制槽端 电压 及具有恒流 、 恒压功能 , 被广泛用于合金 电镀以控制其合金组分 比例 , 与直流电镀相比 , 具有 明显的 优点 。 众所 周知 , 要使 两种 或几种金属离子在阴 极上共析 出 , 必 要条件 是它们 的放电 电位 接近 。 金属离子的放电 电位由 三部份 加和构 成 , 即 金属的 平衡 电位 , 金属离子的浓 度 (严格讲 应 为活 度 )以及金 属 离子 的 放 电 过电位 (阴极极化 )。 对于两种金属 的平衡电 位相近 , 电极 极化 也不大的金属 , 可以从它 们的简 单盐溶 液中实 现
13、共沉积 。 显然 放电金属离子的浓度成为影响 共沉积的主要因素 。 直流电镀的 特点是沉积金属离子 受扩散控 制 , 而 脉冲电 镀借助 关断时 间内 扩散层的松驰 , 能够克服自 然传递的 限制使 金属离 子浓度 得到 恢复 , 因而有利于金属离 子共沉 积 。 对于两 金属平 衡电位 相差 较大 , 这时除使用络合剂改 变沉积金 属离子 的浓度 使欲沉 积的 两种金属的平衡电位 数值相近 外 , 由 于脉冲 电镀时 瞬间的 峰电 位很高 , 也有利于金属离子的共沉积 。 目前 , 在工业中已经广泛应用的合金电镀体系有金合金 、 银 合 金 、 钯合 金 、 镍合 金 、 钴合 金 、 铬合
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