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新型塗層工藝——電鍍

發布時間：2021-12-21 16:54:33  瀏覽次數：
1. Ni-Co合金鍍層

Ni-Co合金鍍（dù）層具有優異的高溫耐磨性能，已經成功應（yīng）用（yòng）到鋼廠連鑄連軋機的關鍵部件結晶器表層,大幅度提高（gāo）了結晶器的使用壽命。連鑄（zhù）結晶器的工作θ在350℃左右。連鑄結晶器應具有良好的導熱性,同時還需承（chéng）受與鋼坯之間的摩擦（cā）。為此,連鑄結晶器（qì）通體采用銅合金製造，並在結晶器與鋼坯相接觸的表麵製備層厚度在數毫米的高溫（wēn）耐磨材料層。
Ni-Co合金鍍層優異的高（gāo）溫耐磨性能正（zhèng）適應了結晶器對與鋼（gāng）坯相接觸表（biǎo）麵的高溫耐磨性要求。目前，Ni-Co合金鍍層已經大量應用在連鑄結晶器表層鍍層材料(圖1)。

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2.電鍍納米金屬多層膜
納米金（jīn）屬多層膜是一-種由（yóu）厚度在納米尺度的不同金屬層交替疊加形成（chéng）的金屬多層膜。由於構成（chéng）納米金屬多層膜的各金屬材料層的厚度在納米尺度,這類薄膜材料往往表現出納米（mǐ）材料獨特的（de）力學性能、電磁學性能和光學性能。天津大（dà）學姚素薇等采用電鍍技術製備了Ni80Fe20/Cu納米多層（céng）膜（mó）(圖2)。當多層膜結構[ NiFe( 16 nm )/Cu(26nm)]為80層時（shí），巨磁電阻GMR值可達64%。

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3.複合鍍技術
複合鍍技術通過（guò）將無機材料以及高分子材料的粉體加入鍍液中，攪拌使之在鍍液中均勻分（fèn）散，伴隨著電鍍或化學鍍過程的進行將這類（lèi）粉體包埋進鍍層,形成複合鍍層材（cái）料。
這類複合鍍層材料兼具基體金屬材料及彌（mí）散（sàn）分布於基體金屬中的無機或高分子材料的優勢，表現出優異的綜合性能.采用（yòng）化學複合鍍的方法製備(Ni-P)-ZrO2複合鍍層（céng）的成分及鍍層斷（duàn）麵（miàn）的掃描電鏡照片如圖3所示。
由圖3可以（yǐ）看出,ZrO2顆粒在Ni-P合金基體中均勻分布。這種(Ni-P)-Zr02複合鍍層的硬度超過600HV (圖4)，熱處理後（hòu）的硬度更超過900HV。

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改變複合鍍層中基體金屬或複（fù）合顆粒（lì），可以得到不同性能的複合鍍層。將圖4中的ZrO2顆粒換成SiC顆粒，同樣采用（yòng）化學複合鍍的方法製備的(Ni-P)-SiC化學（xué）複合材料鍍層,熱處理後的硬度可達1200HV[16)(圖5)。

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為了（le）改善純Ni鍍層的摩擦學性能，將具有自潤滑性能的聚四氟乙烯( PTFE)顆粒與Ni複合，可以製（zhì）備出具有良好自潤滑特性的Ni-PTFE複合鍍層。
圖6為Ni-PTFE複合鍍層中（zhōng）PTFE質量分數對摩（mó）擦係數的影響。由圖6可以看出，隨著鍍液中PTFE顆（kē）粒濃度的增加，Ni-PTFE複合鍍層的摩擦係數不斷降低，最低接近0.06。

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目前，應用於複（fù）合電（diàn）鍍的基（jī）質金（jīn）屬以及複合微粒的種類還非常有限。將更多種類（lèi）的基質金屬與更大範（fàn）圍的微粒進行（háng）複（fù）合鍍，相（xiàng）信會有性能更多樣化也更優異的複合鍍層出現。



2印製（zhì）板及電子封裝中電鍍技術的應用


電鍍技術的最大特點，在於其製（zhì）造過程（chéng）是從原子、離子尺度開始，而且無需高溫（wēn）高壓等苛刻（kè）條件，易於實現定點定位生長。電鍍（dù）技術的這一（yī）-特點，使其在印製板及（jí）電子封裝領域成為不可替（tì）代的關（guān）鍵技術。
1.芯（xīn）片（piàn）中的電鍍金屬互聯技術
摩爾預測，每隔24個月單位麵積上集成晶體管的數量將翻倍。目（mù）前的集成電（diàn）路技術（shù）處在22/20納米技術節點。未（wèi）來矽基晶體管還將繼續縮小，從現有的22納米技（jì）術代一.路發展到4納米技術代。目前，集成電路中接觸孔工藝已經被局域互連技術（shù）替換。局域互連技術的關鍵（jiàn）在於第（dì）一層金屬圖形形成之前先形成通孔，再采用基於電鍍技術的雙大馬士革工藝同時填充金屬Cu(圖7圖8)。

圖（tú）片

圖片（piàn）

2.三維電子封裝技術
隨著集成電路中晶體管數量的（de）逐（zhú）年成倍增加，三維集成與封裝技術越來越顯示出其重（chóng）要性。目前，三維集成與封裝技術發展（zhǎn）的重點在於三（sān）維疊層封裝以及封（fēng）裝體的三維疊層，而（ér）鍵合（hé）技術則是實現三維疊層的關鍵。由於金屬/焊料微凸點鍵合在（zài）電氣互連、散熱以及結構支撐等方麵具有的優（yōu）勢,已經成為鍵合技術中的關鍵技術。高密度的（de）微（wēi）凸點是實現金屬/焊料（liào）微凸點鍵合的基礎。將光刻掩膜技術與金屬電鍍技術相結合製備出的尺寸精確的凸點（diǎn），完全能夠達到三維疊（dié）層對微凸點鍵合（hé）的要求(圖9)。

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將集成電路晶片上的銅配線技術與多層聚（jù）酰亞胺印製板技術相結合形（xíng）成（chéng）的在多層印（yìn）製板內的IC封裝技術( Wafer And Board level Embedded Tech-nology，W ABE Technology@),可以製備出集成電路內藏基板(圖10)。這一技（jì）術已經（jīng）開始應用於新（xīn）一代係統封裝以及手機基板。

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3.超高密度印製板及層間互聯技術
近年市場上出現的各種新型便攜式電子產（chǎn）品已經普遍采用超高密度印（yìn）製電路板。這類產品中的超高密度印製電路（lù）板不僅是各種組（zǔ）件的承載平台,更借助於（yú）立體封裝技術實現了係統整合（hé）(圖11)。
由印製線路的高密度化以及更高的接（jiē）點（diǎn）密度形成的超高密度印製線路板已經成為未來印製板技術的（de）發展方向。超高密度印（yìn）製板技術的關鍵在（zài）於任意層間的金屬互連技（jì）術。任意層間的金屬互連技術可實現超高密度印製（zhì）板內所有（yǒu）相鄰兩層之間的電氣連接。
通過電鍍銅技術實現超高密度印製板內任意相鄰兩層之間的盲（máng）孔連接，是目前應用最（zuì）為（wéi）廣泛的任意層間金屬（shǔ）互連技術(圖12)。

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3微電機係統（tǒng）中電鍍技術的應用


微電子係統與微機械係統相結合形（xíng）成的微（wēi）電機係（xì）統( MEMS) ,其特點是尺寸微小，功能強（qiáng）大。
近年，隨著人工智能技術（shù）的高速發（fā）展（zhǎn），MEMS產業已經全方位快速（sù）滲透到軍事、醫療、生物（wù）、仿生學及航空航天等領域。構成微電機係統的零部件尺度（dù）都在微米（mǐ）甚至納米。
電鍍技術（shù）是一一個從原（yuán）子、離子（zǐ）尺度開始的材料製造以及零部件製造技（jì）術。電鍍技術與光刻蝕技術相結（jié）合發展而成的MEMS技術,已經（jīng）成為MEMS領域的尖端技術(2426)。
圖13為（wéi）采用電鍍MEMS技術製（zhì）造的金屬（shǔ）部件照片（piàn），圖14為MEMS模（mó）塊中微小的（de）機械部件照片,圖15為采用MEMS技術（shù）製（zhì）造的納米泵技（jì）術,圖16為EPSON公司采用MEMS技術製造的微型飛行器,圖17為采用MEMS技術製造（zào）的可移動微型機器人。

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圖（tú）片




4零部件及設備（bèi）再製造中電（diàn）鍍技（jì）術的應用


零部件的失效表現在其尺寸偏離設計值。零部件失效導致設備不能正常運行，甚至報廢。再製造的意義，在於（yú）對零部件實施再製（zhì）造後，不（bú）僅零部件的尺寸恢複到最初設計值，而且失效設備的壽命超過新品。再製造技術是實現節約（yuē）型社會、循環經濟的需（xū）要。
由於電鍍技（jì）術易於實現（xiàn）材料的定點、定位生長，製造（zào）過程也無需高溫、高壓。此外，現有的各種（zhǒng）高性能鍍層製（zhì）造技術（shù）(例如高溫（wēn）抗氧化鍍層、耐（nài）磨鍍層及耐腐蝕鍍層等)也使得失效零（líng）部件的再製造成為可能。電鍍技術的上述特點使其成為零部件及設備再製造中的關鍵（jiàn）技術采用電鍍技（jì）術（shù）對失效泵的泵體、齒輪（lún）箱和蓋子（zǐ）等部件進（jìn）行再製（zhì）造（zào），再更換新的齒輪（lún）、軸、軸承、密封件、轉（zhuǎn）子和轉子螺（luó）母，就（jiù）完成了（le）泵的再製造過程(圖18、圖19)。

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采（cǎi）用電鍍技術對（duì）失效中央空調壓縮機[圖20(a)]的失效部件進行再（zài）製造後[圖20(b)]，重新組裝的中央空調壓縮機（jī）[圖20(c)]的性能及壽命均超過新品。

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                                                                                                                       5結束語


伴隨著21世紀高科（kē）技的大量湧現，電子（zǐ）零部件的微型化趨（qū）勢，以及國家可持續發展戰略的實施（shī），為電鍍技術的應用提供了前所未有的大量機遇（yù），同時也給電鍍技術的發展提出了
方麵麵的挑戰。電（diàn）鍍工作者需要不斷拓展思路，大膽（dǎn）創新。可以相信，未來的電鍍技術將（jiāng）成為更多高技術領域的尖端技術。


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