电镀参数对电镀镍层性能的影响

电镀参数对电镀镍层性能的影响

刘恺

37032219890321**** 山东淄博 255000

摘要：碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体材料，具有良好的热导性、宽带隙、大击穿电场等优良特性，被广泛应用于高温、高频、大功率等电子器件上。但是由于碳化硅具有很高的硬度和化学稳定性，Si-C键合能较大导致湿法刻蚀无法达到要求，因此针对深孔或高台阶刻蚀多采用感应耦合等离子体（ICP）对SiC进行刻蚀，目前研究人员系统研究了ICP刻蚀条件、气体组成等各种工艺条件对SiC刻蚀的影响；其中镍作为刻蚀掩膜层被广泛应用在刻蚀SiC中，因此镍的耐刻蚀性很重要，在一定程度上决定了刻蚀过程中的SiC/Ni的选择比（SiC刻蚀量与Ni刻蚀量的比值），在同等刻蚀条件下，镍消耗少，SiC/Ni的选择比就高，则所需镍层就薄，从而减少了工艺时间，提高了工艺效率。

关键词：电镀参数；电镀镍层性能；影响

引言

随着我国工业化进程的加快，所有制成品的质量要求不断提高，大型设备和基本设备所用零部件的质量要求也不断提高。某些外星部件或特殊零件的表面加工直接影响结构件的质量。例如，如果深孔零件需要均匀的衬层厚度，则内部应力不能发生变化。大型设备的大多数部件由多种材料组成，通常是陶瓷、铁和镍合金、铜和铜、银合金、钎焊等。，以及类似深孔螺纹的铜合金和铁合金铆钉。对于大型设备或关键设备上的零件产品，镀层质量要求非常严格，除了孔隙率低和联接力高外，厚度必须非常一致。否则，如果在恶劣环境中长期使用设备，则主电池可能会在焊接或连接部件的不同位置发生腐蚀，从而大大缩短部件生命周期，并导致大型设备的质量下降，甚至出现重大损失。

1.镀液温度对镀镍层性能的影响

镀液温度对镀镍层的显微硬度和刻蚀SiC/Ni选择比的影响。随着镀液温度的升高，镀镍层的显微硬度和SiC/Ni的刻蚀选择比均呈先增大后减小的趋势。材料的力学性能与材料的微观组织、晶粒大小和材料致密度等密切相关。由Hall-Petch关系可知，镀层的硬度与平均晶粒尺寸呈反比，平均晶粒尺寸越小，镀层的硬度越高，晶粒尺寸随着镀液温度升高而减小，因此相应的硬度也随之变大；当镀液温度升到60℃时，镀层易生成粗晶，同时氨基磺酸根离子的氧化分解产生的副产物夹杂到镀层中，从而使得镀镍层显微硬度降低。当镀液温度升到55℃时其镀镍层晶粒较小，缺陷少，导致刻蚀等离子体对Ni层的刻蚀量少，从而提高刻蚀SiC/Ni的选择比；当镀液温度升高到60℃时，氨基磺酸根离子在阳极表面氧化分解生成的硫等副产物变多，影响了镀镍层粗糙度和硬度，使得镀镍层缺陷增多，质量变差，导致了Ni易被刻蚀，降低了SiC/Ni的刻蚀选择比。

2.电镀参数对薄膜电路镀镍层性能的影响

(1)在试验选择的工艺条件下，薄膜电路镍含量随电流密度的增加而逐步提高；配合面缺陷将减小，随后增加，其中在1.0A/dm2和1.5A/dm2条件下，配合缺陷较少，形状较好；涂层粗糙度首先降低，然后增加，其中涂层粗糙度在1.0A/dm2条件下最低；在1.5A/dm2条件下，微带线的厚度比随后增大和减小，微带线的厚度比最高。(2)在试验性选择的工艺条件下，薄膜电路镍含量随匹配液温度的升高而逐步提高；涂层表面缺陷将减少并随后增加，其中50 c和55 c涂层缺陷较少，形状更好；贴合层的粗糙度首先降低，然后增加，贴合层的粗糙度最小至50c；微带线宽比首先增减，微带线宽比最高55 c. ( 3)在自由传播脉冲波形条件下，薄膜电路分别具有最高镍率和最低镍率；高低自由波条件下制备的薄膜电路镍层缺陷多，状态差，单相全波和脉冲波条件下涂层表面缺陷少，外观好；单相单波整流波形自由自上向下传播，匹配层粗糙度分别最大和最小；单相单波整流波形条件下薄膜电路微带线分别具有最小厚度比和最大厚度比；高、低自由波制备工艺较差，微带线厚度和宽度相对较小，不适用于高精度线路薄膜电路产品的制备。

3.电镀参数对电镀铜-镍工艺的影响

镁合金表面在铜镀锌工艺后形成铜电镀层，从而减小锌浸渍层与镍浸渍层之间的电位差，从而减小基材与电镀层之间可能发生的电腐蚀。 有大量文件表明，不同酸碱镀锌工艺制成的镀层优于单一电镀工艺制成的镀层，还有文件表明，复合镀层比唯一电镀层具有更强的耐蚀性。 因此，我们采用碱式铜电镀工艺，在镁合金表面获得均匀致密的电镀层，然后对铜电镀后的样品电镀操作采用两种不同的脉冲酸电电镀工艺。

4.镀镍-铜参数对各镀层与基体结合力的影响

为了测试不同配比层之间以及配比层与不同镍配比工艺制备的基材之间的组合强度， 我们还利用热冲击实验进行组合强度试验，即表2.7中铝和铝合金的热震试验标准对制备的样品进行热震试验方案。具体试验方案是将样品放入型电阻炉 然后在室温下连续三次放进冷水里，检查是否有泡沫、跌落等现象 电镀层。尽管电镀锌工艺不同，但制备的镍层满足了热冲击实验的相关要求，即电镀层组合良好，能够承受一定温度变化而不影响产品性能。此外，镀层耐蚀性是镀层的一个重要特征，是可应用于工业生产的评价标准。电流参数为1.5A/dm2和2A/dm2，直流电镀(频率50Hz)可在电流密度为2A/dm2的条件下产生含相同组分的电镀锌镍层，直流电镀后复合镀层性能优于脉冲电镀。贴合层与镍贴合试样基体之间的结合力符合各参数解的相关试验要求。制备的镍层硬度远远高于镁合金基本阶段(alpha阶段)，与镁合金强化阶段(bêta阶段)相似。由于镀铜层更为灵活，因此其良好的形状保证了底座与镀铜层之间的连接力。

5.薄膜电路镀镍层性能的影响

薄层电路通常包含多层金属薄膜层，以满足设计的电气性能指标和以下操作的装配要求。其中镍通常用作薄膜电路的屏障。焊接薄膜电路时，焊接点处的金层可能会出现吃金的现象。在多次或多次焊接时，可能会对设备造成严重损坏，甚至导致设备报废。镍层作为阻隔层位于金膜之下，能有效保护基材在焊接过程中不受损伤，提高电路焊接能力，保证薄膜电路的高合格率和修复能力，对薄膜电路的质量可靠性起着至关重要的作用。随着微波和混合集成电路的快速发展，薄膜电路的设计变得越来越复杂，质量要求也越来越高。如果薄膜电路的镍层质量不符合要求，通常会导致性能不符合要求，例如电路键强度、镀层粘附性和焊接能力，特别是对于细线薄膜电路而言，镍质量不符合要求很容易导致生长 这可能导致细线之间的连接问题，直接导致薄膜电路无法使用。 因此，通过改进镍贴合工艺提高镍层质量对于提高薄膜电路性能至关重要。

结束语

随着镀液温度的升高（45℃至60℃），镀镍层表面形貌变化不大。随着镀液pH的增大，镀层表面先致密后变疏松。镀镍层粗糙度随温度和pH的增加呈先减小后增大的趋势，镀镍层的显微硬度和SiC/Ni的刻蚀选择比均呈先增大后减小的趋势。

参考文献

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