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引言

無電沉積技術(shù)是一種重要的非導(dǎo)電材料金屬化方法。與其他方法(化學(xué)氣相沉積/PVD、等離子噴涂或電沉積)相比，這也是在陶瓷或聚合物材料上生成薄金屬膜的最簡(jiǎn)單方法之一。它被發(fā)現(xiàn)對(duì)幾個(gè)微技術(shù)組件的互連應(yīng)用非常有用。電致發(fā)光提供高選擇性，允許自對(duì)準(zhǔn)沉積，從而節(jié)省光刻步驟。ED方法也非常通用，可以生產(chǎn)多組分薄膜。此外，許多金屬和合金可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的薄膜。ED的其他優(yōu)點(diǎn)是:金屬純度高，工作溫度低，平面形貌，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。處理的目的是為金屬原子沉積產(chǎn)生成核點(diǎn)。電鍍前的處理過程包括四個(gè)階段:(I)酸性洗滌劑(去除有機(jī)物和指紋污染)，(ii)粗化步驟(使陶瓷的致密表面變得粗糙，以增加沉積金屬膜對(duì)陶瓷的粘合強(qiáng)度)，(iii)活化(錫、鈀催化劑)。通過比較在陶瓷表面上進(jìn)行處理前后的接觸角來驗(yàn)證處理的效果。然后，在氧化鋁陶瓷上進(jìn)行銅和鎳的電化學(xué)沉積，并用掃描電子顯微鏡評(píng)價(jià)沉積膜的形貌。

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實(shí)驗(yàn)

圖1顯示了使用表面處理和ED工藝在氧化鋁顆粒上無電沉積銅的示意圖。表面處理過程包括清洗、粗化、活化和后活化四個(gè)階段。

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圖1 銅在表面氧化鋁粒子上的沉積示意圖

? ? ? 表面處理后，使用化學(xué)鍍鎳-磷和銅溶液。鎳和銅溶液含有:離子源、還原劑、絡(luò)合劑、緩沖劑和穩(wěn)定劑。鎳和銅的沉積溫度分別為400和300℃，而鎳的Ph值為5、8和12、7。過程在磁力攪拌下進(jìn)行。表面潤(rùn)濕性由接觸角系統(tǒng)評(píng)估。圖2顯示了在氧化鋁表面上處理之前(a)和之后(b)的接觸角。

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結(jié)果和討論

? ? ? 絕緣體材料上的無電沉積需要在表面上形成晶種，從而可以進(jìn)行沉積。拋光氧化鋁和金屬涂層之間沒有金屬結(jié)合，但機(jī)械結(jié)合不穩(wěn)定。因此，使用酸性洗滌劑和粗化使表面沒有有機(jī)殘留物，并增加表面的微觀粗糙度，以獲得親水性表面，從而在成核后在表面上獲得金屬涂層的良好粘附性。廣泛使用的成核方法包括在氯化亞錫和氯化鈀溶液中分別進(jìn)行“敏化”和“活化”。過量的錫通常用離子錫溶劑去除。鈀核隨后應(yīng)啟動(dòng)自動(dòng)催化電鍍過程。

接觸角圖像(圖2)顯示，處理前拋光氧化鋁的表面非常疏水，因此液滴實(shí)際上不會(huì)擴(kuò)散到表面上，與處理后的表面不同，處理后的表面非常親水，液滴在表面上擴(kuò)散很大。

? ? ? 通過圖3所示的SEM圖像評(píng)估金屬銅和鎳的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。圖3 a)顯示了覆蓋有鎳薄膜的氧化鋁，圖3 b)顯示了覆蓋有銅的氧化鋁，兩者都是在表面處理后沉積的

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圖3 表面處理后沉積的鎳和銅的掃描電鏡圖像

結(jié)論

? ? ? 由于金屬薄膜在直接在拋光的氧化鋁襯底上沉積時(shí)，通常不能表現(xiàn)出良好的粘附性，我們提出了一種表面處理，作為其他更昂貴的方法(CVD/PVD、等離子噴涂或電沉積)的替代方法。這四個(gè)階段的處理工藝允許發(fā)展一個(gè)完全濕的鎳和銅沉積工藝，是一個(gè)很好的替代方案，以獲得薄的高性能的柔性薄膜。通過掃描電鏡圖像觀察，在40和30oC低溫下，ED膜也表現(xiàn)出較高的性能，分別獲得了更緊湊的金屬膜和更小的晶粒尺寸。