化学镀工艺在电子工业中的应用现状

李家明,　徐淑庆，　梁铭忠

(1.钦州学院 石油与化工学院, 广西 钦州　535000;　2.钦州学院 海洋学院,广西 钦州　535000; 3.钦州学院 资源与环境学院,广西 钦州　535000)



化学镀工艺在电子工业中的应用现状

李家明1,徐淑庆2，梁铭忠3

(1.钦州学院 石油与化工学院, 广西 钦州535000;2.钦州学院 海洋学院,广西 钦州535000; 3.钦州学院 资源与环境学院,广西 钦州535000)

摘要：综述了化学镀镍、镀铜、镀锡、镀钴工艺和镀贵金属工艺在电子工业中的应用现状。除电子器件和设备的表面防护和表面金属化均借助化学镀工艺实现外，化学镀在提高电子产品和印制板的性能，包括导电性、导磁性及可焊性等方面均起到不可替代的作用。电子器件和设备趋向微型化与集成化发展，化学镀工艺所发挥的作用愈发凸显，复合化学镀和制备特殊性能的多元化学镀将成为发展趋势。

关键词:化学镀工艺； 电子器件； 电子工业； 应用

Application Status of Electroless Plating Process

in Electronic Industry

LI Jiaming1, XU Shuqing2, LIANG Mingzhong3

(1.College of Petroleum and Chemical Engineering,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China; 2.School of Ocean,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China;3.College of Resources and Environment,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China)

Abstract:In this paper，application status of electroless nickel plating process,electroless copper plating process,electroless tin plating process,electroless cobalt plating process and electroless nobel metal plating process in electronic industry were summarized.In addition to surface protection and surface metallization of the electronic devices and electronic equipments may be realized by means of electroless plating，the electroless plating also played an irreplaceable role in improving the performances of electronic products，including electrical conductivity，magnetic conductivity and weldability and etc.With the development of electron devices and equipments towards microminiaturization and integration,composite electroless plating and diversified electroless plating for special performance preparation will be the development trend.

Keyword: electroless plating process; electronic device; electronic industry; application

引言

化学镀工艺以其独特的优势，在航空航天、机械、化工、石油、印刷和医疗等众多领域获得普遍应用，发挥着防护装饰与表面改性等作用[1-2]。电子工业中，同样不乏化学镀工艺的应用。电子器件和设备的表面防护与表面金属化等，有赖于化学镀工艺实现。随着电子器件和设备渐趋轻型化、微小化、高密度化和集成化，化学镀工艺所发挥的作用愈发凸显且难以替代。本文以电子工业为例，综述化学镀镍、镀铜、镀锡、镀钴和镀贵金属工艺的应用现状。

1化学镀镍工艺

化学镀镍层的形貌平整，厚度均匀，结合强度高且综合性能优良，在电子工业中赢得一定的应用空间。但相比而言，以镍为基相,复合适量金属或非金属元素形成的双元和多元合金镀层，应用更为广泛。满足了多样化的要求。

化学镀镍-磷合金镀层的应用相对最为普遍，主要归因于其成熟的制备工艺和优良的综合性能。以20～40g/L硫酸镍或氯化镍为主盐，20～40g/L次磷酸钠为还原剂，10～50g/L柠檬酸钠、10～25g/L乳酸和10～20g/L乙酸钠为络合剂，1～3mg/L硫脲为稳定剂的镀液配方，辅以优选的施镀工艺条件(如温度、时间等)，能够制备获得综合性能优良且稳定的化学镀镍-磷合金镀层。其形貌平整、厚度均匀且非磁性，可应用于计算机磁记录装置的磁盘(铝合金基体)，既不影响磁盘正常运行还能大幅扩充存储量，提升计算和记忆能力。研究证实，化学镀镍-磷合金镀层的磁盘存储量较普通磁盘近乎翻倍。例如，折算成文档页数约为25000页，而常规磁盘的存储量仅约为13000页[3]。利用Ni-P合金的耐磨减摩和耐腐蚀的特性，可用于磁盘以及复印机、打印机等电子产品中轴类零件的表面防护与改性，提升表面性能进而延长使用寿命[4]。电磁屏蔽研究证实，在4~12GHz频率范围内，化学镀镍-磷合金镀层对电磁的屏蔽效果达78dB，并且较为稳定不易受干扰，因而可用作半导体仪器、电子设备和铝材质硬盘的屏蔽层[5]，提高电磁兼容性能。Ni-P合金镀层可以增强电子器件钎焊性。良好钎焊性能致使其能够充当可焊面层，实现电子元器件间的焊接互连导通。同时也可充当扩散阻挡层，防止熔融焊料向电子元器件内部扩散渗透。此外，化学镀镍-磷合金镀层还可用于改善轻金属材质(铝等)电子器件的钎焊性能。印制线路板和电感-电容-电阻器件正是利用化学镀镍-磷合金镀层的良好钎焊性[6]。

化学镀镍-金合金层在电子工业中也有着较为普遍的应用。良好的可焊性能和阻扩散性能，致使其可用于复杂电路芯片的制作，充当金属过渡层，连通芯片焊盘与凸点。并同时有效起到保护与阻隔的作用，保护芯片粘附层金属免受氧化，阻隔凸焊点材料间的扩散[7]。良好的打线性能、可接触导通和可散热等性能，适用于密集布线的多层印制线路板和半导体器件的制作，作为导电底层。另外，其良好的耐磨性能，可用于对铜材质或镀铜电子器件的表面防护[8]。

较低的制备成本，加之本身理想的接触电阻是化学镀镍-硼合金镀层在电子工业中较受应用青睐的主要原因。因与镀银层的接触电阻接近，化学镀镍-硼合金镀层在特定应用场合可替代镀银层，用以对电子器件表面导电化处理或改善电子器件的表面导电性能，在满足应用要求的同时，也达到节约成本的目标[9]。

2化学镀铜工艺

微电子行业和计算机行业的迅猛发展，电子器件和电子设备的结构微型化、功能集成化已成为必然趋势，无形之中拓宽了化学镀铜工艺的应用广度，也拓展了应用深度。

印制线路板微孔金属化是化学镀铜工艺在电子工业中最为典型的应用[10]。不论是导电微孔，抑或是非导电微孔，借助化学镀铜工艺在其内壁镀覆薄铜层，均可实现导通互连。由于微孔金属化工艺效果对印制线路板的导通状况有着明显影响，因此化学镀铜工艺格外受到重视和关注。为了获得较理想的效果，印制线路板从业人员和相关学者对化学镀铜工艺进行了改进。文献[11]报道了一种以乙醛酸作为还原剂的化学镀铜工艺。镀液配方及操作条件为：28g/L硫酸铜、32g/L乙二胺四乙酸二钠、12.6g/L乙醛酸、26g/L氢氧化钠、10mg/L α,α'-联吡啶和10mg/L亚铁氰化钾，θ为35～40℃、t为30min。相比目前常用的甲醛化学镀铜工艺和酸性化学镀铜工艺，其突出优势在于，镀液均镀及深度能力优，成分稳定且易于维护，无毒环保。应用表明，印制线路板金属化微孔的电阻较低，各层板间导通互连状况良好。文献[12]报道了几个典型的化学镀铜镀液。

1)以甲醛加成物作为还原剂的化学镀铜工艺，镀液配方：10g/L五水合硫酸铜，30g/L五羟丙基二亚乙基三胺，40g/L甲醛加成物。

2)以二甲基胺硼烷作为还原剂的化学镀铜工艺最佳镀液配方：5g/L五水合硫酸铜，12.25g/L EDTA·2Na，10mg/L硫代乙醇酸，11mg/L聚氧乙烯表面活性剂，50mg/L氨水，5.5g/L二甲氨基硼烷。

3)以次磷酸钠作为还原剂的化学镀铜工艺最佳镀液配方：0.032mol/L硫酸铜，0.052mol/L柠檬酸钠，0.27mol/L次磷酸钠，0.5mol/L硼酸，0.0024 mol/L硫酸镍，1g/L聚氧乙烯表面活性剂。

电子器件屏蔽罩的制作也应用化学镀铜工艺。采用化学镀铜工艺在电子器件表面镀覆薄铜层，可有效屏蔽电磁干扰。与非金属材质的电磁屏蔽罩相比，化学镀铜层充当的电磁屏蔽罩不仅制备成本低、质量轻，并且对电磁波的屏蔽效果更优，因而尤为受应用青睐[13]。除上述外，化学镀铜工艺还在电路基板制作以及微电子封装方面有所应用。

3化学镀锡工艺

化学镀锡工艺在印制线路板和半导体器件等的制造中应用相对普遍，缘于成本低、流程简单和质量稳定，并且化学镀锡层的品质出众、可焊性能和耐蚀性能良好。此外，化学镀锡工艺能耗低且环保的优势，可一定程度取代化学镀铅-锡合金和化学镀镍-金合金工艺[14-15]。

针对于复杂形状、微型结构及功能集成的印制线路板和电子器件，电子工业应用中对化学镀锡工艺加以改进。研究表明，以50～90g/L甲烷基磺酸、25～70g/L甲烷基磺酸锡、20～100g/L次磷酸钠、5～10g/L水合肼、20～80g/L烯丙基硫脲、10～20g/L EDTA、1～4g/L对苯二酚和1.5～2.0g/L LY-920润湿剂为镀液配方的改进型甲基磺酸盐体系化学镀锡工艺，兼具诸多优势，成本较低且实施方便，在50～70℃条件下施镀获得的镀锡层可焊性能、热稳定性能优良，能够承受多次焊接，尤其适用于印制线路板制作[16]。改进型氯化物体系化学镀锡工艺，同样有着较为突出的优势，也因此获得较为广泛的应用。成功应用于复杂结构电子器件和铜制印制电路板的制作，收获满意的实际效果[17]，凸显出氯化物体系化学镀锡工艺的优越性。

4化学镀钴工艺

化学镀钴层的可焊性能、接触性能和耐蚀性能均较好，磁性能也较优，是化学镀钴工艺得以在电子工业中应用的原因所在。研究表明，化学镀钴层的最高饱和磁感应强度接近1.3T，最大矫顽力达8000A/m。鉴于其硬磁性的特质，加之理想的磁性能，因而被视为制造记忆存储功能型电子器件的理想材料。电子器件上起装饰作用的零件、起导电作用的接触电阻以及起储存记忆功能的磁记录模块等的制作，均应用化学镀钴工艺[18-19]。

化学镀钴基合金层，比如化学镀钴-磷合金镀层、化学镀钴-镍-磷合金镀层、化学镀钴-铁-磷合金镀层和化学镀钴-铜-磷合金镀层等，在电子工业中也获得应用。化学镀钴基合金镀层的制备，依赖于不同类型的镀液配方，在以硫酸钴、次磷酸钠和柠檬酸钠为主要成分的镀液中，添加不同类型的还原剂、促进剂与络合剂，通过调节成分配比、调控镀液pH、镀液温度和施镀时间，优化镀层性能。化学镀钴-磷合金镀层既保持了化学镀钴层的优良磁性能，还表现出其它额外性能，因而被用于高速存储电子元件和高密度、高质量电子记忆元件的制作[20]。化学镀钴-镍-磷合金镀层融合钴、镍、磷的优良性能，表现出优良的磁性能和电磁转换性能，被用于电子设备磁记录元件的制作。据报道，采用化学镀钴-镍-磷合金镀层制作而成的磁盘，容量扩充明显[21]。化学镀钴-铁-磷合金镀层和化学镀钴-铜-磷合金镀层的电磁性能同样较优，被用作对电子器件进行表面防护以及用于电子设备磁盘底层、电磁屏蔽层的制作[22]。

5化学镀贵金属工艺

金、银和钯等贵金属的化学镀工艺，在电子工业中也有应用。集成线路板框架引线、半导体芯片载体、印制线路板插脚和微电子器件电接触触点等的制作，以及非导通高档印制线路板、电子设备介面卡板等的表面精饰，均应用化学镀金工艺[23]。电子工业早期，应用硼氢化钾-二甲胺硼烷镀液体系化学镀金工艺，镀液成分为：0.02mol/L氰化金钾，0.02 mol/L氰化钾，0.8mol/L氢氧化钾，0.4mol/L DMAB，最佳适用θ为85℃，沉积速率最高接近0.4μm/(dm2·h)。后期为提高沉积速率并改善镀液的稳定性，镀液成分被加以改良，提出以0.005mol/L氰化金钾，0.035mol/L 氰化钾，0.8mol/L氢氧化钾，0.45mol/L碳酸钾，15mg/L醋酸钾，0.05mol DMAB和0.25 mol/L联氨为主要成分的化学镀金溶液配方。应用优化的镀液配方，沉积速率明显提高，达7.8μm/(dm2·h)，并且制备获得的化学镀金层导电性能和阻扩散性能优良，能够满足导通要求并起到理想的共熔密封效果。

为了改善电子器件的可焊性能或赋予难焊接电子器件可焊性，多借助于化学镀银工艺实现。化学镀银工艺的实施不受电子器件材质属性和导电性质的限制，并且化学镀银层的导电、导热和可焊性能优良，因而应用相对广泛。印制线路板以及微电子元件的制作，均应用化学镀银工艺[24-25]。另外，其还为微电子传感器的制作提供了新思路和可行方式。但镀液成分(多是以硝酸银为主盐、钯为还原剂、苯甲酸或甲醛等为助剂、水合肼为还原剂)稳定性欠佳，工艺成本较高，是制约化学镀银工艺应用程度拓展的瓶颈。

鉴于化学镀金工艺成本较高，为了获得同样理想的效果以满足应用要求，电子工业中通常采用化学镀钯工艺作为替代。化学镀钯工艺在电子工业中同样经历应用历程。最早应用以氯化钯、磷酸铵、磷酸钠和安息香酸为主要成分的氯盐镀液体系化学镀钯工艺，后期相继开发出以次磷酸盐为还原剂的次磷酸盐镀液体系化学镀钯工艺、以水溶性钯盐、氨和胺类化合物、脂肪酸单羧酸等为主要成分的羧酸盐镀液体系化学镀钯工艺和以二氯四氨合钯为主盐、乙二胺为主络合剂、乙二胺四乙酸二钠和丙烯酸为辅络合剂的化学镀钯工艺[26]。

化学镀钯层的可焊性能、接触性能、耐蚀性能和阻扩散性能均较优，附着强度也较高，并且性能的彰显不受制于厚度，故在双列式封装电路、混合电路、微电子设备装饰元件和电接触元件等的制作中得以应用[27]。但化学镀钯工艺存在一定的应用局限，因而难以完全替代化学镀金工艺。在高真空环境中，化学镀金工艺具有无可比拟的优越性。

6结语

化学镀工艺在航空航天、机械、电子、化工、石油、印刷和医疗等诸多领域中的普遍应用，凸显出其优越性。但多元合金镀层的制备工艺难控以致制备的多元合金镀层性能不尽理想、稳定性欠佳，化学镀金工艺和化学镀银工艺成本高等难题的存在，制约化学镀工艺的更深层次应用。对电子工业而言，持续、良性发展依赖于化学镀工艺。同时，电子工业的发展也对化学镀工艺提出更高的要求，反过来推动化学镀工艺不断完善、进步。

随着电子器件和设备趋向微型化与集成化，辅助超声、磁场和激光等技术制备性能更为稳定的多元合金镀层，对微电子器件和设备进行修复实现再应用，开发高成本化学镀工艺的成熟替代工艺，完善复合化学镀工艺用以制备特殊性能多元复合镀层，或将成为化学镀工艺的研究重点和发展趋向。

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喷砂与喷丸的应用

喷砂和喷丸都是电镀前处理的常用方法。

喷砂是用压缩空气把砂貭材料喷射到零件表面，砂料有石英砂、氧化铝和碳化硅等，目的是去除零件表面的氧化皮、锈迹、焊渣及陈旧的油漆等，提高表面粗糙度，提高镀层的结合力。

近年来，为消除粉尘污染，采用将砂料配成V(砂料)∶V(水)=1∶(4～5)的砂浆，在封闭箱内用压缩空气压入喷嘴噴向零件，称为液体喷砂。

喷丸与喷砂相似，但所用的磨料不同；喷丸用的是钢丸、玻璃丸和陶瓷丸等。一般丸料d为0.2~2.5mm。喷丸可以使零件表面产生压应力，提高疲劳强度和抗应力腐蚀的能力。对于不锈钢、铝及钛等金属表面多用玻璃丸或陶瓷丸进行处理，以避免铁元素对零件表面的影响。

喷砂和喷丸处理都可以使零件表面呈現漫反射的消光形态，电镀以后可以形成亚光的装饰效果。

基金项目：广西高校科学技术研究项目(KY2015ZD130,201106LX537)

收稿日期：2015-06-07修回日期： 2015-07-19

中图分类号：TQ153

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.01.005