薄膜物理-CH6溶液鍍膜法課件

溶液鍍膜技術(shù)溶液鍍膜是指在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)方法在基片表面沉積薄膜的技術(shù)。溶液鍍膜技術(shù)不需要真空條件，設(shè)備儀器簡單，可在各種基體表面成膜，原料易得，在電子元器件、表面途覆和裝飾等方面得到廣泛應(yīng)用。

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化學(xué)反應(yīng)沉積

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Sol-Gel技術(shù)

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陽極氧化技術(shù)

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電鍍技術(shù)

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LB技術(shù)溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜★化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍膜是指在還原劑的作用下，使金屬鹽中的金屬離子還原成原子，在基片表面沉積的鍍膜技術(shù)，又稱無電源電鍍?；瘜W(xué)鍍膜與化學(xué)沉積鍍膜的區(qū)別：化學(xué)鍍膜的還原反應(yīng)必須在催化劑的作用下才能進行，且沉積反應(yīng)只發(fā)生在基片表面上。化學(xué)沉積鍍膜的還原反應(yīng)是在整個溶液中均勻發(fā)生的，只有一部分金屬在基片上形成薄膜，大部分形成粉粒沉積物。溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍膜是在催化條件下的氧化還原過程。自催化催化劑是指能提供或激活化學(xué)反應(yīng)，而本身又不發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)。自催化是指參與反應(yīng)物或產(chǎn)物之一具有催化作用的反應(yīng)過程?；瘜W(xué)鍍膜一般采用自催化化學(xué)鍍膜機制，靠被鍍金屬本身的自催化作用完成鍍膜過程。通常所謂的化學(xué)鍍膜均是指自催化化學(xué)鍍膜。溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜由于化學(xué)鍍技術(shù)廢液排放少，對環(huán)境污染小以及成本較低，在許多領(lǐng)域已逐步取代電鍍，成為一種環(huán)保型的表面處理工藝。目前，化學(xué)鍍技術(shù)已在電子、閥門制造、機械、石油化工、汽車、航空航天等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。反應(yīng)通式溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鎳，又稱無電解鍍鎳，是利用氧化還原反應(yīng)，在工件表面沉積出非晶態(tài)Ni-P、Ni-P-B合金鍍層的高新表面處理技術(shù)，已在電子、機械、石油化工、汽車、航空航天等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。耐腐蝕性強，耐磨性好，表面硬度高；耐高溫、低電阻、可焊性好；可鍍形狀復(fù)雜：工件形狀不受限制，可處理較深的盲孔和形狀復(fù)雜的內(nèi)腔；被鍍材料廣泛：可在鋼、銅、鋁、鋅、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、木材等材料上鍍膜。溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜總反應(yīng)式：溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜化學(xué)鍍Ni-P-B活塞化學(xué)鍍Ni-P塑料模具

化學(xué)鍍Ni-P鋁質(zhì)天線盒

溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜多層PCB技術(shù)中的化學(xué)鍍膜Layer1(Outer)Layer6(Outer)Layer2(Inner)Layer3(Inner)Layer4(Inner)Layer5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNERLAYERINNERLAYERCopper Laminate溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜DrillingofBondedPanelLayer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Copper LaminateDrilledHole溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5LaminatingandImagingofExternalLayersUVsensitivefilmislaminatedovertopandbottomsurfacesofPCBItisthenexposedanddeveloped,leavinganexposedimageofthePCBpatternCopper溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Electro-platingProcess1AdditionalCoppertoallExposedSurfacesLaminatedFilmPlateAdditionalCopper溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Electro-platingProcess2AddTinoverExposedCopperAreasLaminatedFilmAdditionalCopperTinPlating溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜EtchProcess-RemoveExposedCopperCopperRemovedTinPlatingLayer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5TinStrip-RemoveTinPlatingTinPlatingRemoved溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜PCBisnowcompleteexceptforsurfacefinishesandpanelroutingLayer6Layer1ViaHoleSMDPadTracksTracks溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜SolderMaskApplicationImage,DevelopandCureLayer6Layer1UVImage,DevelopandCure溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜SurfaceFinishProcessLayer6Layer1ApplySoldertoExposedCopperAreas溶液鍍膜技術(shù)——化學(xué)鍍膜ComponentNotationSCL29624溶液鍍膜技術(shù)——Sol-Gel技術(shù)

Sol-gel技術(shù)的優(yōu)點高度均勻性；高純度；可降低燒結(jié)溫度；可制備非晶態(tài)薄膜；可制備特殊材料（薄膜、纖維、粉體、多孔材料等）溶液鍍膜技術(shù)——Sol-Gel技術(shù)

Sol-gel技術(shù)的缺點原料價格高；收縮率高，容易開裂；存在殘余微氣孔；存在殘余的羥基、碳等；有機溶劑有毒；工藝周期較長。溶液鍍膜技術(shù)——Sol-Gel技術(shù)

Sol-gel技術(shù)制備薄膜的主要步驟復(fù)合醇鹽的制備；成膜（勻膠、浸漬提拉）；水解和聚合；干燥；焙燒。溶液鍍膜技術(shù)——Sol-Gel技術(shù)

Sol-gel法制備薄膜實例Sol-Gel技術(shù)制備TiO2薄膜：Sol-Gel技術(shù)制備SiO2薄膜：溶液鍍膜技術(shù)——陽極氧化技術(shù)★陽極氧化技術(shù)

金屬或合金在適當?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O，并施加一定的直流電壓，由于電化學(xué)反應(yīng)在陽極表面形成氧化物薄膜的方法，稱為陽極氧化技術(shù)。陽極氧化薄膜形成過程金屬氧化：金屬溶解：氧化物溶解：溶液鍍膜技術(shù)——陽極氧化技術(shù)在薄膜形成初期，同時存在金屬氧化和金屬溶解反應(yīng)。溶解反應(yīng)產(chǎn)生水合金屬離子，生成由氫氧化物或氧化物組成的膠態(tài)狀沉淀氧化物。氧化膜鍍覆后，金屬活化溶解停止，持續(xù)氧化反應(yīng)是金屬離子和電子穿過絕緣性氧化物在膜表面形成氧化物。為持續(xù)由離子移動而構(gòu)成的薄膜生長，需要一定強度的電場。此電場大約是7×106V/cm。溶液鍍膜技術(shù)——陽極氧化技術(shù)陽極氧化薄膜特點采用陽極氧化法生成的氧化膜的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、色調(diào)隨電解液的種類、電解條件的不同而變化。溶液鍍膜技術(shù)——陽極氧化技術(shù)用陽極氧化法得到的氧化物薄膜大多是無定形結(jié)構(gòu)。由于多孔性使得表面積特別大，所以顯示明顯的活性，既可吸附染料也可吸附氣體?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的超硬薄膜耐磨損性強，用封孔處理法可將孔隙塞住，使薄膜具有更好耐蝕性和絕緣性。利用著色法可以便膜具有裝飾效果。陽極氧化技術(shù)在微電子領(lǐng)域中的應(yīng)用在電子學(xué)領(lǐng)域，Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料受到廣泛重視。這是因為它具有硅材料不具備的性能，并可制取特殊功能器件。使器件表面鈍化薄膜、氧化膜、絕緣膜等。溶液鍍膜技術(shù)——電鍍法★電鍍法電鍍是指在含有被鍍金屬離子的水溶液中通入直流電流，使正離子在陰極表面沉積，得到金屬薄膜的工藝過程。電鍍系統(tǒng)的構(gòu)成電解池的正極，即陽極，一般情況下由鈦構(gòu)成的，鈦的上面有一層鉑，以達到更好的導(dǎo)電效果。準備電鍍的部件（基片）為負極。這里，關(guān)鍵的因素是電解質(zhì)及電解液，它的組成會影響相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)和電鍍效果。常見的電解質(zhì)均為各種鹽或絡(luò)合物的水溶液。溶液鍍膜技術(shù)——電鍍法電鍍過程的基本原理兩個電極浸入電解液中，并連接外部直流電源；如果金屬A與電解液的組合適當，金屬A將溶解，形成金屬離子A+；

在直流電流的驅(qū)動下，金屬離子A+遷移到B；

在基片B，金屬離子得到電子被還原。AB溶液鍍膜技術(shù)——電鍍法

Faraday定律（鍍層厚度與時間和電流的關(guān)系）Definitionsm:coatingmetalweightp:metaldensity;T:platingtime;M:metalatomicweightn:valenceofmetalions;F:FaradayConstant;I(d):currentdensity;S:coatingarea;h:coatingthickness;m=K*Qm=K*I*Tm=(M/nF)*(I(d)*S)*Tp*v=mp*S*h=(M/nF)*(I(d)*S)*Tp*h=(M/nF)*I(d)*Th=(1/p)*(M/nF)*I(d)*Th=constant*I(d)*T溶液鍍膜技術(shù)——電鍍法電鍍過程的特點膜層缺陷：孔隙、裂紋、雜質(zhì)污染、凹坑等；上述缺陷可以由電鍍工藝條件控制；限制電鍍應(yīng)用的最重要因素之一是拐角處鍍層的形成；在拐角或邊緣電鍍層厚度大約是中心厚度的兩倍；多數(shù)被鍍件是圓形，可降低上述效應(yīng)的影響。溶液鍍膜技術(shù)——LB技術(shù)★L(fēng)angmuir-Blodgett技術(shù)Langmuir-Blodgett技術(shù)（LB技術(shù)）是指把液體表面的有機單分子膜轉(zhuǎn)移到固體襯底表面上的一種成膜技術(shù)。得到的有機薄膜稱為LB薄膜。基本原理類似與表面活性劑。其分子具有兩性基。親水基：羧基（-COOH），醇基（-OH）等；增水基：烷烴基，烯烴基，芳香烴基等；溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)CH3CH2COOH親水基親油基水溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)單分子層的轉(zhuǎn)移根據(jù)薄膜分子在基片上的相對取向，LB薄膜可分為X型、Y型、Z型三種類型。LB薄膜每層分子的親油基指向基片表面溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)LB薄膜每層分子的親水基指向基片表面溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)LB薄膜每層分子的親水基與親水基相連，親油基與親油基相連溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)制膜技術(shù)和裝置水槽刮膜板表面壓傳感器提膜裝置溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)

LB薄膜的特點優(yōu)點：

LB薄膜中分子有序定向排列，這是一個重要特點；很多材料都可以用LB技術(shù)成膜，

LB膜有單分子層組成，它的厚度取決于分子大小和分子的層數(shù)；通過嚴格控制條件，可以得到均勻、致密和缺陷密度很低的LB薄膜；設(shè)備簡單，操作方便。溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)缺點：成膜效率低，

LB薄膜均為有機薄膜，包含了有機材料的弱點；

LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面難度較大。溶液鍍膜技術(shù)——LB法制膜技術(shù)

LB薄膜的應(yīng)用

LB技術(shù)可以把一些具有特定功能的有機分子或生物分子有序定向排列，使之形成某一特殊功能的超薄膜，如有機絕緣薄膜、非線性光學(xué)薄膜、光電薄