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绝缘体表面电沉积:敏化作用-催化作用

放大字体  缩小字体发布日期:2013-04-09  浏览次数:875
核心提示:这里的敏化和催化是指从含Sn2+和/或Sn4+的溶液中吸收试剂。其他敏化剂还有AgN03、AuCl3和金属Na(在萘溶液中)。敏化和催化过程的一个简化模型是“敏化”离子还原来自动催化剂溶液中的“活泼”金属,在大多数情况下是PdCl2(另外,也可用Au、Hu、Pt、Rh、Os和Ag溶液)。

化学镀”这个概念并不十分精确。虽然不存在外用电极,但仍牵涉了电荷转移。溶液中的金属盐提供了金属来替代阳极;补充可通过加盐或通过一个带阳极的外回线(它比阴极的效率高)来实现。基体用来替代阴极,而电荷是由溶液中的还原剂提供的。化学镀工艺是一个自动催化过程,首先是由浸在化学镀液中的活泼金属开始的。

因为几乎所有基体需要不同的方法,在绝缘体上沉积活泼金属是一项技术。这样的沉积需要一步骤或更多步骤:清洗,表面改性(例如浸蚀),敏化,接着催化或催化和活化。每一步之间的清洗通常是必需的,图15-1是化学镀工艺的示意图。


图15—1化学镀工艺示意图

这里的敏化和催化是指从含Sn2+和/或Sn4+的溶液中吸收试剂。其他敏化剂还有AgN03、AuCl3和金属Na(在萘溶液中)。敏化和催化过程的一个简化模型是“敏化”离子还原来自动催化剂溶液中的“活泼”金属,在大多数情况下是PdCl2(另外,也可用Au、Hu、Pt、Rh、Os和Ag溶液)。因此


如果指定的金属可以被敏化离子还原,那么基体敏化和清洗后应立即放入化学镀液中。用Sn2+为基础的敏化剂化学镀Cu或Ag就是这种情况。

另一种催化和活化方法包括使用混合胶体催化剂。胶体含被还原了的Pd,并且它已被Sn2+和Sn4+稳定。活化过程是用HC1、NaOH或其他类似的将稳定剂形成的膜除去。在有些情况下,活化步骤可以省略,但是这样电镀溶液就被污染了。在实际应用中,混合胶体技术是比较可取的。原因如下:

①这个技术比独立的Sn—Pd技术重现性好;

②混合胶体溶液是稳定的,不存在老化的效应,而Sn溶液就存在老化的效应;

③从混合胶体中除去的物质覆有一层Pd膜,清晰可见,在Sn-Pd工艺中就没这种情况;

④混合胶体溶液具有相当抗杂能力;

⑤与Sn基的溶液相比,它的表面处理不是很严格。

除了必须清洗后,表面必须是亲水性的,以便能被敏化剂充分润湿。某些工作人员认为,需要粗糙的表面,因为通过机械包围实现连接,也有许多在很光滑的表面,如玻璃片上充分敏化的例子。很明显,如果不是主导因素的话,表面官能团也是促进许多表面上的黏合的一个很重要的因素。

与Sn—Pd过程相比,混合胶体技术除了上述优点外,用后者形成的初始核化位置密度大,比前者获得的大一个数量级。这意味着在厚度小的地方可以得到连续膜[12]。用实际应用术语来讲,这可解释为下列优点:

①如果只是为了使表面导电,那只需较少量的金属;

②由于连接点的密度较大,有较好的附着力;

③有用在需要薄膜的产品中的发展潜力。

如果不参照紫外线协助方式和选择性化学金属沉积,关于敏化等问题的讨论应该是不完全的。Schlesinger和他的同事[13]认为,可以获得有图案的或有选择性的化学镀铜层,采用在基体浸入化学镀液之前,在不同阶段用UV射线照射通过石英膜的基体。沉积可能仅发生在没被照到的地方(正的屏蔽印象)或仅发生在被照到的地方(负的屏蔽印象)。图l5—2表明了使用两阶级金属化程序的化学镀铜的负型图案结构的工艺步骤。

化学镀工艺示意图

图15—2工艺步骤(包括化学镀铜的图案结构)

结论

绝缘基体的金属化在许多工业应用上都十分重要,如在微电子中作印刷电路,或在许多其他使用中板的涂敷。现在有成熟的技术和许多化学镀的实用方法。但是,其中一些由于许多因素总是很难接受,如沉积速率慢、附着力差。因此,现在许多基于直接电镀的选择方法,用于在预处理的绝缘基体上沉积。特别是,表面上覆上少量导电物质,例如,钯-碳,或一薄层导电聚合物。传统电镀在晶种的阶段后,是接着将阴极的线连到基体上要金属化的部位。

实际上,如图l5—3所示,常可观察到,在极化金属区NNNN--NNNN膜生成,并且膜迅速沿晶种的表面增长,而不是如人们所希望的在接触带上生长[11]。关于这个问题的理论方面,读者可查阅参考文献[1]。

绝缘基体上镀层增长的示意图

图15—3绝缘基体上镀层增长的示意图

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