溫度對微波器件鍍層結(jié)構(gòu)的影響

1、    溫度對微波器件鍍層結(jié)構(gòu)的影響摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte    引言    

2、;微波器件是現(xiàn)代通信中的重要電子器件，在移動通信基站中有廣泛應(yīng)用。特別是波導(dǎo)等微波信號傳輸結(jié)構(gòu)，由于對信號的損耗有嚴格要求，因此，要求微波產(chǎn)品的各個制造環(huán)節(jié)都要有嚴格的工藝控制，以保證整機產(chǎn)品的通信質(zhì)量。基于微波的表面?zhèn)鲗?dǎo)效應(yīng)，微波器件產(chǎn)品的表面狀態(tài)對微波傳導(dǎo)有直接影響，從而使需要電鍍的微波產(chǎn)品構(gòu)件對鍍層的質(zhì)量提出了嚴格的要求。    基于對金屬導(dǎo)電性的物理學(xué)認識，在工藝上對微波器件的電鍍層，曾經(jīng)提出了較厚的鍍層要求和光亮性要求。以期減小導(dǎo)波電阻率和提高表面反射率。研究表明，對于微波傳導(dǎo)，對鍍層厚度的要求與微波頻率有關(guān)。而對光亮度的要求，則主要與鍍層的微

3、觀組織結(jié)構(gòu)有關(guān)?？刂乒に噮?shù)，就可在一定程度上控制鍍層的結(jié)晶情況。在實際工藝管理中，人們過多地注意光亮劑與電流密度的影響，對其他工藝參數(shù)的關(guān)注相對較少。最新的研究資料顯示，溫度對金屬電沉積的結(jié)晶狀態(tài)有明顯影響。本文擬根據(jù)這些資料所顯示的溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響，就微波制品電鍍中對溫度進行控制的重要性，做出簡要說明，僅供電子電鍍界同仁參考。    1·溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響    11溫度對電極過程的影響    溫度對電極過程有影響是眾所周知的。有多個與電極體系和電

4、極過程有關(guān)的方程都有溫度因子出現(xiàn)在相關(guān)的因數(shù)項中。一般說來，離子和分子一樣存在熱運動加速的現(xiàn)象。提高溫度也會增加了溶液的電導(dǎo)。在低溫下，離子的活潑性下降，溶液的粘度增加，導(dǎo)致電導(dǎo)降低。加溫可以提高電導(dǎo)率。同時，隨著電解液溫度的升高，電極反應(yīng)的過電位下降，反應(yīng)容易進行。而溫度降低則可以增加電極的電化學(xué)極化。    在低過電位(001V)下，過電位與電流密度有如下關(guān)系:=RT/(J0nF)J式中:為過電位，V;T為熱力學(xué)溫度，K;R為氣體常數(shù)，8314J/mol·K;n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，F(xiàn)為法拉弟常數(shù)，96500C/mol;J為電流密度，A/dm2;J

5、0為交換電流密度，A/dm2。很容易看出電極反應(yīng)的過電位與電流密度有直接關(guān)系，符合歐姆定律，呈直線關(guān)系。但是作為這個方程斜率項的組合中，有著溫度的身影，它的變化，對方程中的各個變量，都有不小的影響。    12溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響    溫度是電鍍工藝控制中一項重要的參數(shù)。很多鍍種對溫度都比較敏感，只有在較狹小的溫度范圍內(nèi)才能得到滿意的鍍層。比如鍍鉻，溫度對其鍍層的硬度和色澤有很大影響。以往對溫度的這種敏感性沒有給以足夠的注意，主要是因為溫度參數(shù)是所有電鍍工藝參數(shù)中最容易控制的，一套溫度自動控制系統(tǒng)就可以將電鍍

6、的工作溫度控制在工藝范圍內(nèi)。由于溫度控制不當而引起的鍍層質(zhì)量故障的比例是很小的。但是，當我們了解了溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響以后，可能要重新認識溫度參數(shù)對電鍍的意義。特別是對鍍層微觀結(jié)構(gòu)有定性要求的功能性鍍層，溫度影響是非常重要的。   2·溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)影響的示例    21鍍銀    圖1是鍍銀層微觀結(jié)構(gòu)隨溫度變化的情況。在宏觀上很少能這么直觀地感覺到溫度對結(jié)晶程度有如此重要的影響。在電鍍工藝中，除了某些光亮鍍層對溫度有較為嚴格的要求，達不到相應(yīng)的溫度，光亮效果會較差以

7、外，多數(shù)鍍種對溫度沒有嚴格的控制。這顯然是錯誤的。特別是銀鍍層，將鍍液溫度控制在30以內(nèi)是正確的。從圖1可以看出，當鍍液溫度升到40，鍍層的結(jié)晶明顯變粗。這對于對電性能有要求的電子產(chǎn)品，特別是微波器件產(chǎn)品，將有較大影響。    因此，微波電子電鍍銀的鍍槽，基本上都裝有降溫裝置，保證鍍液的溫度控制在30以內(nèi)。這是因為結(jié)晶細致的銀鍍層有更好的導(dǎo)電和導(dǎo)波性能，對于電子電鍍有重要意義。同樣的理由對印制板電鍍也很重要。過粗的結(jié)晶對印制板的孔金屬化鍍層性能有著重要影響。比如鍍層變形時的機械性能等。對于微孔印制板，孔內(nèi)鍍層如果結(jié)晶粗糙，比如結(jié)晶顆粒尺寸達到幾個m，則在

8、受熱或受力變形等機械作用影響下，會出現(xiàn)孔位鍍層的斷裂，從而導(dǎo)致導(dǎo)通方面的故障。    22鍍鎳    圖2是幾種鍍鎳液在不同溫度下的微觀結(jié)晶大小的比較。同樣顯示出過高的溫度會使鍍層的結(jié)晶變得粗大。這種傾向因鍍液組成的不同而有所不同。相對氯化物鍍液，硫酸鹽鍍鎳液中鍍層結(jié)晶受溫度的影響要小一些。氯化物鍍鎳在30以內(nèi)結(jié)晶是細化的，且比較平滑。到了50，結(jié)晶明顯變粗，由圖2中溫度達到90時的情形可知，單個結(jié)晶顆粒的大小可達到1m以上。并且結(jié)晶長大時的形態(tài)呈現(xiàn)不規(guī)則的金字塔形，并且當溫度達到90時，結(jié)晶顆粒呈明顯的規(guī)則的金字

9、塔形，這時鍍層的硬度和脆性都明顯地提高。   23溫度對鍍錫層微觀結(jié)構(gòu)的影響    溫度對鍍錫層的微觀結(jié)構(gòu)影響最為明顯，圖3是鍍錫層在不同溫度下的形貌變化。在20時，結(jié)晶細致平滑，到40時略有變粗，到60以上就明顯成為粗粒結(jié)晶。    因此，采用較高溫度的堿性鍍錫不適合于電子產(chǎn)品的電鍍，而酸性鍍錫則需要有溫度控制裝置，這不僅是因為有些鍍錫光亮劑需要在較低溫度下才起作用，而且是保證鍍層結(jié)晶細致的重要工藝措施。    3·溫度影響微觀結(jié)構(gòu)的

10、簡單探討    從以上諸圖中已經(jīng)很直觀地從微觀角度看到了溫度對鍍層晶粒大小的影響。對于晶粒生長的機理和影響因素，有許多種模型和假說。但是，對于溫度對鍍層結(jié)晶的晶粒大小顯著的影響，討論的較少。    實際上，可以從其他影響晶粒成長因素的模式，來推測溫度對結(jié)晶的影響。一般認為，金屬結(jié)晶晶粒大小受晶核成核的速度和晶核長大的速度這兩個速度的影響。當晶核成核速度大于晶核長大速度，結(jié)晶就細小而致密;相反，如果成晶核長大的速度大于成核的速度，則鍍層的結(jié)晶就會粗大。同時，結(jié)晶晶核需要有一定過電位才會形成，當晶面生長時，過電位會有所

11、下降，如此往復(fù)進行。鍍層晶格整齊地一層一層地長大。但是，實際上很少能得到整齊完滿的結(jié)晶鍍層。這是因為無論是金屬鍍層生長的基體表面還是新生的鍍層結(jié)晶面，都不同程度地存在晶體缺陷和錯位，結(jié)晶是螺旋式生長的。這些缺陷和錯位為晶體成長提供了一種無需晶核就能從缺陷面上長大的機會，而從微觀上看，這種機會是很多的。這樣就會出現(xiàn)如圖4所示的情況，即從基體缺陷上生長出來的面會長大得更快，直至消失。從圖2鍍鎳微觀結(jié)構(gòu)中看到的金字塔，可能是這種情形的印證。另外，影響晶粒長大和晶面生長的另一個重要因素是能進入晶格的原子的供應(yīng)量，這就與傳質(zhì)和電子的供給又有著重要關(guān)系。而傳質(zhì)是明顯受溫度影響的。  &

12、#160; 再則，從過電位的變化，也很容易理解溫度升高使鍍層晶粒變粗的的原因，這就是溫度加速了快速成長晶面的成長速度，因為溫度升高使金屬結(jié)晶的過電位降低，使晶粒成長的速度加快，大于晶粒生成的速度。結(jié)晶變得粗大。    4·結(jié)論    通過鍍層在不同溫度下的結(jié)晶形態(tài)可以得知，溫度對金屬鍍層的結(jié)晶晶粒大小有明顯影響。溫度較高時，鍍層結(jié)晶較粗大。    溫度對鍍層結(jié)晶的影響主要是通過影響晶粒長大的速度實現(xiàn)的。溫度高時，結(jié)晶的長大速較快，而溫度較低時，鍍層結(jié)晶長大的速度較慢。    由此可以得出結(jié)論。要想獲得結(jié)晶細致而有利于微波傳導(dǎo)的鍍層，微波器件等鍍銀電鍍液工作的溫度，控制在30以內(nèi)為宜。    參考文獻    1劉仁志波導(dǎo)產(chǎn)品鍍銀層厚度的確定J電鍍與精飾，2006，28(3):31    2渡邊轍納米電鍍M北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007182，254，263