脉冲电镀的应用

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

普通酸性镀铜几乎不受脉冲的影响，但是在进行相位调制以后，分散能力大大提高。氰化物镀铜使用单相半波电源(W=121％)后，在不常会使镀层烧焦的电流密度下电沉积，可以得到半光亮镀层。酸性光亮镀铜在采用相位调制后，可用W=142％的脉冲电流使分散能力进一步提高，低电流区的光亮度增加。

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

对于普通(瓦特型)镀镍，采用脉冲为W=144％和W=234％的电流，镀层的表面正反射率提高。以镜面的反射率为l00计，对于平稳直流，不论加温与否，镀层的反射率有40左右。而采用单相不完全整流(W=234％)和三相不完全整流(W=144％)时，随着温度的升高，镀层的反射率明显增加。45℃时，是60；60℃时，达到70；而在70℃进，可以达80。另外，交直流重叠，可以得到低应力的镀层。这种影响对氨基磺酸盐镀镍也有同样的效果。

脉冲率对光亮镀镍的影响不大，这可能是由于光亮镀镍结晶的优先取向不受脉冲电流的影响，但是采用周期断电，可以提高其光亮度。

双脉冲镀镍的配方与工艺如下：

脉冲电流参数 

镀铬

镀铬对电源波型非常敏感。有人对低温镀铬、微裂纹镀铬、自调镀铬以及标准镀铬做过试验^[3]。对于低温镀铬，试验证明要采用脉冲尽量小的电源，但W值仍可以达到30％。对于微裂纹镀铬，由于随着脉冲的加大，裂纹减少，当脉冲率达到W=60％时，裂纹完全消失，因而不宜采用脉冲电流。三相全波的W=4．5％，可以用于镀铬。

对于标准镀铬，在不用波型调制时，W不应超过66％。但是在采用皱波以后，则频率提高，镀层光亮。

自调镀铬在Cr0₃250h／L、K₂SiF₆12．5g／L、Si(S0₄)₂5g／L的镀液中，在40℃时电镀，当脉冲率达到40％时，镀层明显减少，而W超过50％时，又能获得较好的镀层，但是当W达到l08％时，则不能电镀。在采用阻流线圈调制以后，W在60％以内，可以使镀层的外观得到改善。

特别值得一提的是脉冲电源对三价铬镀铬的作用更为明显。三价铬镀铬由于比六价铬的毒性要小得多，因而作为镀铬的过渡性替代镀层已经在工业产品中推广开来，但是三价铬镀铬由于硬度不够高而主要用于装饰性镀层，对于镀硬铬则还存在一定技术困难。而当采用脉冲电源后，在含有以次磷酸钠为络合剂的甲酸铵兰价铬槽可获得厚而硬的铬镀层，并且使镀层的内应力下降了25％--75％。获得最佳镀层的镀液配方如下：

脉冲镀银

普通镀银的分散能力随着波型因素的增加而下降，但是光亮镀银不受影响。采用单相半波整流进行光亮镀银时，随着电流密度的增加，镀层的平滑度也增加。现在的脉冲镀银采用可调制波型，合理利用负半周的抛光作用来提高镀层的平整度，增加镀层的致密度，从而可以提高镀层性能的同时，节约贵金属资源。

适合镀银锑合金的脉冲参数为：

    脉冲镀金

脉冲镀金在电子工业中应用较多，广泛地应用于接插件等需要有低接触电阻而又耐插拔的连接器产品。在脉冲电源条件下电镀金，可以获得细致的结晶，从而改善镀层性能而又降低了金盐的消耗，同时脉冲镀金的耐磨性能比直流电源镀金要好。特别是采用双脉冲电源的镀金技术，可以节金30％左右。

    (1)单脉冲酸性镀金

电流参数

(2)双脉冲中性镀金

双脉冲电流参数：

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：

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

脉冲电源用于复合电镀时也有良好的效果，试验证实，在普通镀镍液中分散SiC粉，采用脉冲电流可以得到比直流条件下更好的耐磨性和硬度。有人研究了镍与聚四氟乙烯(PTFE)微粒在直流和脉冲电流条件下的共沉积行为，且与化学镀也进行了比较，证明采用脉冲电流的效果最好。至于应用脉冲电沉积技术于纳米晶材料的研究则更是活跃，国内外有许多研究报告表达了这方面的信息。

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：

    脉冲电流参数：t_on=2．5ms，t_off=4ms，j_p=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。