時(shí)間：2023-09-28 09:30:52
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電子電鍍技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：集成電路；電鍍；磷銅；陽(yáng)極；
中圖分類號(hào)：TQ153.1
Phosphorized Copper Anode in ULSI and studies on related problems
GAO Yan1,2，WANG Xin-ping1,2，HE Jing-jiang1,2，LIU Hong-bin1,2，JIANG Xuan1,2，JIANG Yu-hui1,2
（General Research Institute for Non-ferrous Metals, Beijing 100088，China）
（GRIKIN Advanced Materials Co., Ltd., Beijing 102200，China）
Abstract: With the development of semiconductor technology, copper interconnect is popular technology in VLSI. Damascence process is used to plate copper. The phosphorized copper anode plays an important role in plating solution. The article analyzes the Influence factors of plating quality which is the content of phosphor and oxygen, purity and grain size.
Key words: IC；plating；phosphorized copper；anode
1 前言
電鍍銅層因其具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機(jī)械延展性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)品領(lǐng)域，電鍍銅技術(shù)也因此滲透到了整個(gè)電子材料制造領(lǐng)域，從印制電路板（PCB）制造到IC 封裝，再到大規(guī)模集成線路（芯片）的銅互連技術(shù)等電子領(lǐng)域都離不開(kāi)它，因此電鍍銅技術(shù)已成為現(xiàn)代微電子制造中必不可少的關(guān)鍵電鍍技術(shù)之一。大規(guī)模集成電路中廣泛采用電鍍銅工藝，制備銅互聯(lián)線。因此銅的電鍍工藝，以及電鍍陽(yáng)極的選擇越來(lái)越成為集成電路行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
2 集成電路的電鍍銅工藝及磷銅陽(yáng)極
2.1 集成電路的電鍍銅工藝
在大規(guī)模集成電路行業(yè)中，由于銅的刻蝕非常困難,因此銅互連采用雙嵌入式工藝,即雙大馬士革工藝（Dual Damascene）。該工藝是在刻好的溝槽內(nèi)先濺射擴(kuò)散阻擋層和銅種籽層, 然后通過(guò)電沉積（電鍍）的方法在溝槽內(nèi)填充銅,最后采用CMP（ 化學(xué)機(jī)械拋光） 的方法實(shí)現(xiàn)平坦化（圖1）。
電鍍銅是完成銅填充的主要工藝（圖1中③），該工藝要求在制備超微結(jié)構(gòu)刻槽的銅連線過(guò)程中電鍍銅必須具有很高的凹槽填充能力，因此就對(duì)電鍍過(guò)程中的電鍍陽(yáng)極，電鍍液，有機(jī)添加劑等的要求很高，特別是電鍍用磷銅陽(yáng)極的要求就更高。
集成電路用磷銅陽(yáng)極通常是由高純磷銅合金構(gòu)成；銅電鍍液通常由硫酸銅、硫酸和水組成。在電鍍?nèi)芤褐?當(dāng)電源加在帶有銅種子層的硅片（ 陰極） 和磷銅（ 陽(yáng)極） 之間時(shí), 溶液中產(chǎn)生電流并形成電場(chǎng)。然后，磷陽(yáng)極的銅發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成銅離子和電子,同時(shí)陰極也發(fā)生反應(yīng),陰極附近的銅離子與電子結(jié)合形成鍍?cè)诠杵砻娴你~,銅離子在外加電場(chǎng)的作用下,由陽(yáng)極向陰極定向移動(dòng)并補(bǔ)充陰極附近的濃度損耗,如圖2所示。電鍍的主要目的是在硅片上沉積一層致密、無(wú)孔洞、無(wú)縫隙和其它缺陷、分布均勻的銅。電鍍后的表面應(yīng)盡可能平坦, 以減少后續(xù)CMP 工藝中可能出現(xiàn)的凹坑和腐蝕問(wèn)題[1]。
2.2 電鍍銅工藝為何使用磷銅陽(yáng)極
在早期的電鍍過(guò)程中，采用的是純銅作為陽(yáng)極，由于電鍍液中含有硫酸，使得純銅陽(yáng)極在電鍍液中溶解很快，導(dǎo)致電鍍液中的銅離子迅速累積，失去平衡。另一方面純銅陽(yáng)極在溶解時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量一價(jià)銅離子，它在鍍液中很不穩(wěn)定，通過(guò)歧化反應(yīng)分解成為二價(jià)銅離子和微粒金屬銅，在電鍍過(guò)程中很容易在鍍層上面成為毛刺。為消除陽(yáng)極一價(jià)銅的影響，人們最早使用陽(yáng)極袋，但很快便發(fā)現(xiàn)泥渣過(guò)多妨礙了鍍液的循環(huán)。后改用無(wú)氧高導(dǎo)電性銅陽(yáng)極（OFHC），雖然泥渣減少了，但仍不能阻止銅金屬微粒的產(chǎn)生，于是又采用定期在鍍液中加入雙氧水使一價(jià)銅氧化成二價(jià)銅，但此法在化學(xué)反應(yīng)中要消耗一部分硫酸，導(dǎo)致鍍液中的硫酸質(zhì)量濃度下降，必須及時(shí)補(bǔ)充，同時(shí)又要補(bǔ)充被雙氧水氧化而損耗的光亮劑，增加了電鍍成本。
1954年美國(guó)Nevers等人[2]在純銅中加入少量的磷作陽(yáng)極時(shí)，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極表面生成一層黑色膠狀膜（Cu3P），在電鍍時(shí)陽(yáng)極溶解幾乎不產(chǎn)生銅粉，泥渣極少，零件表面銅鍍層不會(huì)產(chǎn)生毛刺。這是由于含磷銅陽(yáng)極的黑色膜具有導(dǎo)電性能，其孔隙又不影響銅離子自由通過(guò)，加快了一價(jià)銅的氧化，阻止了一價(jià)銅的積累，大大地減少了鍍液中一價(jià)銅離子；同時(shí)又使陽(yáng)極的溶解與陰極沉積的效率漸趨接近，保持了鍍銅液中銅含量平衡。美國(guó)福特汽車公司使用這種含磷銅陽(yáng)極的經(jīng)驗(yàn)證明既保證了鍍銅層質(zhì)量，又節(jié)約電鍍光亮劑了20％，降低了成本。從此以后，磷銅陽(yáng)極在酸性鍍銅行業(yè)中被廣泛采用了，然后又逐漸被集成電路行業(yè)大規(guī)模使用。
3 影響集成電路
用磷銅陽(yáng)極性能的主要因素
影響集成電路用磷銅陽(yáng)極性能的主要因素有：磷含量，原料銅的純度，氧含量和晶粒尺寸。
3.1 磷銅陽(yáng)極的磷含量
磷能夠賦予銅陽(yáng)極優(yōu)良的電化學(xué)性能。添加磷元素后，銅陽(yáng)極表面生成一層具有特殊性能的黑色陽(yáng)極膜。保加利亞學(xué)者Rashkov等人[3]研究了這種陽(yáng)極表面黑色膜，主要成分是Cu3P，其具有金屬導(dǎo)電性能，這樣就解釋了黑色膜不會(huì)使陽(yáng)極鈍化的原因。他們認(rèn)為磷的作用在于含磷銅陽(yáng)極溶解時(shí)產(chǎn)生的一價(jià)銅生成Cu3P，從而阻止了歧化反應(yīng)的產(chǎn)生。
陽(yáng)極中磷的含量應(yīng)該保持適當(dāng)，磷含量太低，陽(yáng)極黑膜太薄，不足以起到保護(hù)作用；含磷量太高，陽(yáng)極黑膜太厚，導(dǎo)致陽(yáng)極屏蔽性鈍化，影響陽(yáng)極溶解，使鍍液中銅離子減少；無(wú)論含磷量太低或太高都會(huì)增加添加劑的消耗。
關(guān)于集成電路用磷銅陽(yáng)極中磷的含量，根據(jù)所采用的加工工藝，以及生產(chǎn)技術(shù)水平不同，各研究學(xué)者的意見(jiàn)也不同，如表1所示。
陽(yáng)極的磷含量國(guó)內(nèi)多為0.1-0.3%，主要是由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備和工藝落后，攪拌不均勻，不能保證磷元素在陽(yáng)極內(nèi)部的分布均勻，因此只能夠加入過(guò)量的磷來(lái)保證元素分布。國(guó)外的研究表明，磷銅陽(yáng)極中的磷含量達(dá)到0.005%以上時(shí)，既有黑膜形成，但是膜過(guò)薄，結(jié)合力不好。但是當(dāng)磷含量超過(guò)0.8%時(shí)，磷含量又過(guò)高，黑膜太厚陽(yáng)極泥渣太多，陽(yáng)極溶解性差，導(dǎo)致鍍液中銅含量下降。因此，陽(yáng)極磷含量以0.030－0.075%為佳，最佳為0.035－0.070%。國(guó)外采用電解或無(wú)氧銅和磷銅合金做原料，用中頻感應(yīng)電爐熔煉，原料純度高，磷含量容易控制。采用中頻感應(yīng)，磁力攪拌效果好，銅磷熔融攪拌均勻，自動(dòng)控制，這樣制造的銅陽(yáng)極磷分布均勻，溶解均勻，結(jié)晶細(xì)致，晶粒細(xì)小，陽(yáng)極利用率高，有利于鍍層光滑光亮，減少了毛刺和粗糙缺陷[2]。
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隨著大規(guī)模集成電路引入酸性電鍍銅技術(shù)的發(fā)展，晶圓上的更細(xì)線寬、更小孔徑、線路的密集化和多層化對(duì)銅鍍層的要求就越來(lái)越嚴(yán)格。鍍層的硬度、晶粒的精細(xì)、小孔分散能力以及鍍層的延展性等物理化學(xué)特性要求磷銅陽(yáng)極的質(zhì)量更加的精細(xì)。同時(shí)由于電鍍槽的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和各性能參數(shù)的SPC控制，要求磷銅陽(yáng)極的穩(wěn)定性就越來(lái)越高。目前國(guó)際上主流集成電路用磷銅陽(yáng)極的磷含量通常要求為0.04－0.065%，這樣減少了磷元素的波動(dòng)，使得電鍍陽(yáng)極的物理化學(xué)參數(shù)波動(dòng)更加小，更加可控。但是，這對(duì)熔煉、鍛造等加工工藝的要求也就更高了。目前對(duì)于裝備精良，工藝設(shè)計(jì)穩(wěn)定的現(xiàn)代化加工企業(yè)來(lái)說(shuō)，是完全有能力將集成電路用磷銅陽(yáng)極的磷含量控制在0.04－0.065%的。
3.2 磷銅陽(yáng)極的純度
對(duì)于每一種陽(yáng)極，電鍍公司都希望陽(yáng)極是由高純銅制備而來(lái)的，但是往往受到價(jià)格和產(chǎn)品要求等因素的影響。常規(guī)的磷銅陽(yáng)極都是采用電解銅、無(wú)氧銅和磷銅合金來(lái)制備的。無(wú)氧銅的含氧量為3ppm，雜質(zhì)極少。由于氧含量極低且固定，因此基本不產(chǎn)生磷的氧化物，基本不消耗磷，所以磷含量很容易控制，電解銅的純度一般為99.95%,雜質(zhì)含量也很少，也容易控制，所以國(guó)內(nèi)外不少?gòu)S家采用電解銅為原料。但是，制備磷銅陽(yáng)極一定不能采用雜銅或回收銅為原料，因?yàn)榛厥盏膹U銅內(nèi)部雜質(zhì)種類很多，往往含有過(guò)量的鐵、鎳、錫和銀等元素，這些元素過(guò)多將污染陽(yáng)極，從而影響電鍍效果。同時(shí)，由于氧含量不確定而含磷量又加得少，造成磷含量失控，嚴(yán)重者導(dǎo)致電鍍報(bào)廢。
對(duì)于集成電路用磷銅陽(yáng)極來(lái)說(shuō)，由于使用的環(huán)境更加苛刻，要求的電鍍效果更加精細(xì)，就要求陽(yáng)極通常都是由高純銅（銅含量大于99.99%）來(lái)制備的。這樣才能夠保證后續(xù)加入磷銅中間合金不會(huì)明顯影響雜質(zhì)含量，滿足集成電路電鍍的要求。表2列出了國(guó)內(nèi)的幾家主要的磷銅陽(yáng)極生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品和集成電路用磷銅陽(yáng)極對(duì)于雜質(zhì)含量的要求。如表2可知，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家在雜質(zhì)含量的控制上各有不同，但都無(wú)法滿足集成電路用磷銅陽(yáng)極的要求。集成電路用磷銅陽(yáng)極相較與普通陽(yáng)極，要求控制的雜質(zhì)種類更多，更加苛刻。對(duì)于銅原料純度的要求要高出普通陽(yáng)極至少一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
3.3 磷銅陽(yáng)極的晶粒尺寸
隨著集成電路封裝和晶圓電鍍銅的發(fā)展，除了要求電鍍過(guò)程中形成一層致密、均勻、無(wú)空洞和無(wú)縫隙的銅鍍層外，還要求通過(guò)電鍍來(lái)解決高厚徑比結(jié)構(gòu)、微通孔和多層通孔電鍍的問(wèn)題。這就要求磷銅陽(yáng)極的晶粒尺寸要細(xì)小均勻，同時(shí)磷含量分布均勻。因?yàn)橹挥羞@樣才能保證黑色的Cu3P鍍膜均勻，從而保證在相同電流和酸性環(huán)境條件下，Cu2+ 的電離以及結(jié)合均勻，形成均一的鍍膜。
Kenji Yajima[10] 等人認(rèn)為電鍍陽(yáng)極的晶粒尺寸和大小在電鍍過(guò)程中對(duì)黑膜的影響很大，但它最好為再結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這樣方便黑膜的形成。小的晶粒尺寸無(wú)疑是最優(yōu)的模式，特別是晶粒尺寸小于10μm是最優(yōu)的尺寸，但是考慮到成本的因素，平均晶粒尺寸在10－50μm都是比較好的。再結(jié)晶后平均晶粒尺寸如果超過(guò)50μm，陽(yáng)極表面形成的黑膜趨向于分離。因此最優(yōu)的晶粒尺寸應(yīng)為15－35μm。
圖3顯示了不同晶粒尺寸的集成電路用磷銅陽(yáng)極的微觀組織照片。由于磷的質(zhì)量百分含量都約為0.05%左右，因此磷元素都以固溶的形態(tài)存在于基體中。晶界上沒(méi)有明顯的第二相或其它組織，因此是典型的純銅微觀組織結(jié)構(gòu)。在圖3（a）中可以看到不同的晶粒尺寸，有的很小約幾微米，有的很大約幾百微米，這樣的組織結(jié)構(gòu)是非常不均勻的，可能導(dǎo)致富含在晶內(nèi)或晶界的P元素分布很不均勻，從而導(dǎo)致在電鍍過(guò)程中Cu3P黑膜的膜厚不均勻，影響電鍍效果，因此這樣的組織是要盡量避免的。圖（b）和圖（c）的平均晶粒尺寸分別為10μm和42μm，而且從金相組織照片看，晶粒分布均勻，方向隨機(jī)，這樣的組織使得P元素的分布均勻，Cu3P黑膜的膜厚均勻，電鍍效果會(huì)非常好。圖（d）的晶粒尺寸約為158μm，由于晶粒過(guò)大，很容易引起Cu3P黑膜不夠致密，這樣使得Cu2+ 的電離速度不相同，引起鍍層不夠致密，厚度不夠均勻，此類組織也不是最佳的組織結(jié)構(gòu)。
在制備磷銅陽(yáng)極的過(guò)程中，由于通常都采用的高純銅進(jìn)行熔煉，在凝固過(guò)程中，由于雜質(zhì)含量少，往往形成大晶粒尺寸的磷銅鑄錠。然后，再通過(guò)塑性變形和熱處理結(jié)合的方法來(lái)細(xì)化晶粒尺寸，以滿足集成電路行業(yè)的要求。
3.4 磷銅陽(yáng)極中的含氧量
磷銅陽(yáng)極中本身不希望含有大量的氧，因?yàn)楫?dāng)氧含量高時(shí)，極易生產(chǎn)Cu2O和CuO的兩種化合物，會(huì)導(dǎo)致Cu2O和CuO分布于晶界處，分布不均勻，影響電鍍效果。由于含氧量的不均勻，會(huì)導(dǎo)致磷銅陽(yáng)極電解時(shí)產(chǎn)生陽(yáng)極鈍化，使得陽(yáng)極失去了原有的特性，電鍍平衡破壞，影響電鍍質(zhì)量。因此，專利[10]認(rèn)為，如果O含量高于2ppm, 電極表面的黑膜，很容易受到破壞，而O含量小于0.1ppm時(shí)，從生產(chǎn)的角度和成本控制的角度來(lái)說(shuō)，都過(guò)高。因此集成電路用磷銅陽(yáng)極的氧含量在0.1－2ppm比較合適，最優(yōu)的氧含量為0.4-1.2ppm.
4 結(jié)論和展望
采用雙大馬士革工藝（Dual Damascene）制備的集成電路互連線要求的磷銅陽(yáng)極必須具備如下條件：① 磷元素的含量在0.04%－0.065%，且分布均勻。②制備的磷銅陽(yáng)極的高純銅原料至少保證純度大于99.99%。③磷銅陽(yáng)極的最佳晶粒尺寸為小于50微米，且晶粒尺寸均勻無(wú)分層。④磷銅陽(yáng)極的含氧量在0.4-1.2ppm為佳。
集成電路互連線用磷銅陽(yáng)極的研究正在朝著大尺寸、長(zhǎng)壽命和低消耗的方向發(fā)展。還有很多方面都有待研究：如何通過(guò)合理的熔煉方式、冷卻方式和熱處理方式保證磷元素的分布均勻；如何通過(guò)合理的變形工藝和熱處理工藝，保證晶粒尺寸的細(xì)小，均勻，無(wú)明顯的分層現(xiàn)象；如何合理的設(shè)計(jì)陽(yáng)極的表面形狀，增大溶液接觸面積，保持電鍍液的穩(wěn)定性；如何通過(guò)調(diào)整電流參數(shù)、添加劑、硫酸和硫酸銅等參數(shù)來(lái)得到低電阻、高致密度和平整的鍍層等。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
關(guān)鍵詞：粉末冶金 碳纖維銅基復(fù)合材料 摩擦性能 強(qiáng)度 電導(dǎo)率
引 言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是航天航空技術(shù)的發(fā)展以及微電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料提出了日益增高的性能要求。如在宇航的動(dòng)力構(gòu)件中，必須用比強(qiáng)度，比模量高的材料制造；又如宇航飛行器在溫度變化很大的環(huán)境中工作等，這些都給構(gòu)件材料提出了更高的性能要求。而單一金屬材料已很難滿足這些要求，因此，人們?cè)絹?lái)越多地借助于復(fù)合材料來(lái)克服單一材料性能上的局限性，獲得各種特殊的綜合性能。
碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料兼顧碳纖維和銅基體材料的性能而成為更為優(yōu)異的工程結(jié)構(gòu)材料和具有特殊性能的功能材料。由于具有高溫性能好，比強(qiáng)度高，比模量高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，橫向力學(xué)性能，層間剪切強(qiáng)度高，不吸濕、不老化等優(yōu)點(diǎn)，使得此類材料已成為當(dāng)今材料界研究的熱點(diǎn)之一。
Cf-Cu復(fù)合材料的制備工藝主要有熱壓固結(jié)法、粉末冶金法、擠壓鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、真空壓力浸漬法等，為了獲得更高的熱導(dǎo)率及較好的減摩、耐磨性能，本文采用粉末冶金法制備Cf-Cu復(fù)合材料。該類材料由于具有摩擦磨損性能好，比強(qiáng)度高，熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，在減摩、耐磨材料中應(yīng)用非常廣泛。文中主要工作是研究Cf-Cu復(fù)合材料在電鍍銅和電鍍鎳的情況下，添加劑鈦粉對(duì)它的摩擦性能、強(qiáng)度及電導(dǎo)率的影響。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原料
碳纖維（吉林碳素廠生產(chǎn)的PAN碳纖維）、銅粉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)）、鈦粉、鎳
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
SXZ-10-12型箱式電阻爐、摩擦機(jī)
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 Cf-Cu復(fù)合材料的制備
為了克服碳纖維和銅化學(xué)相容性差及二者不潤(rùn)濕也不反應(yīng)的缺點(diǎn)，使得銅與碳纖維之間的界面結(jié)合力更強(qiáng)，首先在碳纖維表面鍍銅處理，以增強(qiáng)碳纖維與銅基體的復(fù)合，再將經(jīng)過(guò)電鍍銅處理的碳纖維切割成短碳纖維，隨后與銅粉按一定質(zhì)量比均勻混合，壓制成型，最后將坯體放入上海實(shí)驗(yàn)電爐廠生產(chǎn)的SXZ-10-12型號(hào)箱式電阻爐中處于真空狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)，得到Cf-Cu復(fù)合材料。
1.3.2摩擦性能的測(cè)試
把壓制好的柱狀試樣安放在摩擦機(jī)上并用螺釘固定，先進(jìn)行干磨，每個(gè)試樣磨5次，每次磨的時(shí)間為半個(gè)小時(shí)，磨完后把試樣取出用洗衣粉清洗干凈，然后再用純水清洗，隨后放入裝滿酒精的燒杯中浸泡5分鐘取出，用純水沖洗干凈完后放入烘干箱中烘烤10分鐘，最后取出讓它空冷后，放入電子光學(xué)天平（型號(hào)MP100010最小精度為0.0001g）中稱量出干磨完后的質(zhì)量。干磨示意圖如圖1所示。
把所有試樣干磨完成后進(jìn)行濕磨這樣可以最大限度的減少誤差，濕磨即在轉(zhuǎn)輪下面放一盆機(jī)油，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與干磨一樣。濕磨示意圖如圖2所示。
1.3.3強(qiáng)度的測(cè)量
本次試驗(yàn)主要測(cè)量碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度（即撓度），試驗(yàn)方法采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量，由于試樣是圓柱體形，體積較大，不容易直接在試樣上測(cè)量其強(qiáng)度，所以首先在試樣上切下一小塊，再利用XQ-2型金相試樣鑲嵌機(jī)鑲嵌好試樣小塊，將其磨成長(zhǎng)15mm，寬8mm，厚3mm的長(zhǎng)條狀，最后放在自制測(cè)量設(shè)備上彎曲，記錄螺釘往下擰的深度（即撓度值）。三點(diǎn)彎曲法測(cè)量強(qiáng)度原理圖如圖3所示。
1.3.4電阻率的測(cè)量
采用惠根斯電橋法測(cè)量電阻R（Ω），再由公式：R=ρ×L/S，可求得電阻率ρ=R×S/L，再由公式G=1/ρ，可求得電導(dǎo)率G。測(cè)量電阻時(shí)先將試樣切下一小片，利用XQ-2型金相試樣鑲嵌機(jī)鑲嵌好試樣小片，把小片磨成厚度0.5mm，再采用線切割切下小片中間一小條（寬度1mm），這樣制好的電阻樣條就相當(dāng)于一個(gè)小電阻。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論
2.1 添加劑鈦對(duì)電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復(fù)合材料的摩擦性能影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復(fù)合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，磨制時(shí)間（h）與磨損量（g）的關(guān)系曲線：
根據(jù)圖4、圖5可知，添加劑鈦對(duì)電鍍Ni處理的Cf-Cu復(fù)合材料在干磨時(shí)，坯體的重量在減輕，濕磨時(shí)，坯體的重量在增加，并且隨著鈦粉的加入，Cf-Cu復(fù)合材料的摩擦性能也在增強(qiáng)，從曲線圖還可看出濕磨時(shí)，加入了添加劑鈦粉的坯體的重量增加幅度較大。理論分析：a.在干磨時(shí)磨損了表面一層金屬，使得重量下降，濕磨時(shí)雖然也會(huì)磨損，但由于坯體表面有裂痕，使得一部分機(jī)油會(huì)浸入坯體導(dǎo)致它的重量會(huì)隨磨制時(shí)間延長(zhǎng)而增加；b.添加了鈦粉會(huì)促進(jìn)銅基體與碳纖維的潤(rùn)濕，它可以使復(fù)合材料在燒結(jié)過(guò)程中由于擴(kuò)散作用電子定向遷移的阻力減??；c.鈦的加入在摩擦面上容易形成碳纖維膜，使磨損量減小。
根據(jù)圖6、圖7可知，鈦粉對(duì)電鍍Cu處理的Cf-Cu復(fù)合材料在干磨時(shí)重量在減小，濕磨時(shí)重量在增加，但增加的幅度很小。當(dāng)加入添加劑鈦粉時(shí)，從圖7還可看出，坯體的重量增加的較大。理論分析：a.在干磨時(shí)磨損了表面一層金屬，使得重量下降，濕磨時(shí)雖然也會(huì)磨損，但由于坯體表面有裂痕，使得一部分機(jī)油會(huì)浸入坯體導(dǎo)致它的重量會(huì)隨磨制時(shí)間而增加；b.添加鈦元素是促進(jìn)銅基體與碳纖維潤(rùn)濕的有效途徑，它可以使復(fù)合材料在燒結(jié)過(guò)程中由于擴(kuò)散作用電子定向遷移的阻力減??；c.鈦元素在摩擦面上容易形成碳纖維膜，使磨損量減??；d.碳纖維具有耐磨損，熱膨脹系數(shù)小，自和吸能抗震等一系列優(yōu)點(diǎn)。
2.2 添加劑鈦對(duì)電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復(fù)合材料的強(qiáng)度性能影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復(fù)合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，碳纖維含量（%）與其強(qiáng)度（Mpa）的關(guān)系曲線：
從圖8、9看出，1）在一定范圍內(nèi)不管是鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復(fù)合材料，無(wú)論是添加鈦粉還是不添加，它們的強(qiáng)度均隨碳纖維含量的增加而增大；2）在鍍鎳處理的Cf-Cu復(fù)合材料中加入添加劑鈦時(shí)，強(qiáng)度要比沒(méi)有加鈦時(shí)小，而在鍍銅處理的Cf-Cu復(fù)合材料中相反。理論分析：a.碳纖維銅復(fù)合材料界面是一種以機(jī)械結(jié)合為主的物理結(jié)合，這種結(jié)合的界面結(jié)合強(qiáng)度低，但是在復(fù)合材料中鍍鎳或者鍍銅處理，會(huì)使界面形成C-Ni或C-Cu互擴(kuò)散結(jié)合特性。導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度增加；b.在電鍍銅處理的Cf-Cu復(fù)合材料中鈦元素與銅之間的潤(rùn)濕性更好。
2.3添加劑鈦對(duì)電鍍Ni和電鍍Cu處理的Cf-Cu復(fù)合材料的電導(dǎo)率的影響
以下曲線圖分別是Cf-Cu復(fù)合材料在電鍍Ni和電鍍Cu的情況下，材料中碳纖維含量（%）與其電阻率（歐米）的關(guān)系曲線：
從圖10、11可以看出，1）無(wú)論是鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復(fù)合材料的電阻率均隨碳纖維含量的增加而增大。2）在碳纖維含量相同的條件下，不管在鍍鎳還是鍍銅處理的Cf-Cu復(fù)合材料中加入添加劑鈦，復(fù)合材料的電阻率會(huì)減小。理論分析：1）在碳纖維銅復(fù)合材料中加入鎳或銅元素時(shí)，一方面鎳（銅）是金屬元素，金屬鎳（銅）元素電離出自由電子導(dǎo)致自由電子密度的增加。另一方面復(fù)合材料的幾何界面減少，對(duì)自由電子的散射減少。使得復(fù)合材料的電阻率增加。2）當(dāng)加入鈦粉時(shí)，鈦元素會(huì)在鍍層界面上對(duì)鍍層金屬電離出來(lái)的電子的散射起促進(jìn)作用，導(dǎo)致復(fù)合材料的電阻率減小。
3、結(jié)論
（1）加入添加劑Ti粉后，碳纖維銅復(fù)合材料的摩擦性能增強(qiáng)。
[關(guān)鍵詞] 電鍍錫 設(shè)備 發(fā)展
中圖分類號(hào)：TQ153.13文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
前言：鍍錫層具有易于電焊、防腐性強(qiáng)、裝飾性強(qiáng)等優(yōu)良性狀，因此，許多公司把大量的資金投入到電鍍錫工藝中。電鍍錫機(jī)組成為投資熱點(diǎn)后，相應(yīng)的電鍍錫工藝及設(shè)備也得到了進(jìn)一步發(fā)展。雖然電鍍錫的工藝不盡相同，但大致流程都分為開(kāi)卷、焊接、脫脂、電鍍、軟熔、鈍化、涂油、卷取這幾步。通過(guò)電鍍，松散的錫粒經(jīng)熔化后結(jié)晶，使鍍錫板表面光滑、色澤性能良好，具有較強(qiáng)的裝飾性和實(shí)用性。在電鍍錫工藝中，生產(chǎn)設(shè)備的好壞在很大程度上決定了電鍍錫機(jī)組的運(yùn)行速度和質(zhì)量，因此關(guān)注電鍍錫設(shè)備的發(fā)展十分必要。
1.電鍍錫的發(fā)展概況
1.1電鍍錫在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
電鍍錫在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中有非常廣泛的應(yīng)用。例如，為防止鋼材腐蝕，對(duì)鋼材表面進(jìn)行涂鍍處理是使用得最廣泛、最有效的方式。其中，對(duì)薄鋼板涂鍍應(yīng)用得最普遍的有熱鍍鋅板、電鍍鋅板、鍍錫板等品種。尤其是鍍錫板的應(yīng)用技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展迅速。錫鍍層還廣泛用于食品加工設(shè)備裝運(yùn)設(shè)備、泵部件、軸承、閥門、汽車活塞等。錫本身不溶于烯酸，特別是有機(jī)酸，不為食品中的酸腐蝕；錫是無(wú)毒金屬，因而在罐頭工業(yè)作馬口鐵的防腐蝕鍍層，以及一些食品器具常常鍍錫。錫鍍層在食品加工業(yè)的應(yīng)用是由于無(wú)毒性、良好延展性和抗蝕性。錫鍍層優(yōu)良的延展性可使鍍錫金屬板能加工成各種形狀而不破壞錫鍍層，錫鍍層用于保護(hù)鋼板必須是無(wú)孔隙的，否則，在潮濕空氣中基底鋼板將嚴(yán)重腐蝕。因此，在食品加工設(shè)備或裝運(yùn)容器中一般要求錫鍍層厚度達(dá)到30um左右。
錫鍍層廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)是由于它能保護(hù)基底金屬免受氧化并能保持基底金屬的可焊性。此外，厚錫鍍層也應(yīng)用于某些機(jī)械工程中的泵部件和活塞環(huán)。由于錫優(yōu)良的性，還可用作油井管道連接器的電鍍。在這類應(yīng)用中，為避免酸性鍍錫可能產(chǎn)生的氫脆，通常采用堿性錫酸鹽電鍍工藝。
此外，在電子工業(yè)中，我們經(jīng)常利用錫熔點(diǎn)低，具有良好的可焊接性、導(dǎo)電性和不易變色，常以鍍錫代替鍍銀，應(yīng)用于電子元器的表面防護(hù)。鍍錫除提高可焊性外，還可隔絕絕緣材料中硫的作用。錫鍍層還有其它多種用途，如將錫鍍層在232℃以上的熱油中重熔處理后，可獲得光亮的花紋錫層，常作為日用晶的裝飾鍍層。
1.2 電鍍錫生產(chǎn)的發(fā)展概況
據(jù)國(guó)際錫研究所的估計(jì)，今后幾年電鍍錫將以每年57%的速度增長(zhǎng)，主要需求來(lái)自電子工業(yè)領(lǐng)域。結(jié)合不同鍍錫工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及環(huán)保要求，今后電鍍錫將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤蛩猁}、甲基磺酸鹽等鍍錫為主的鍍錫方式，同時(shí)需要更新相應(yīng)的設(shè)備。然而，由于收到生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)原材料的制約，電鍍錫生產(chǎn)的發(fā)展受到了一定程度的限制，比如鍍錫基板的嚴(yán)重缺少，我國(guó)能自供鍍錫基板的企業(yè)只有很少一部分，其余鍍錫板生產(chǎn)企業(yè)均要依靠進(jìn)口基板，不但生產(chǎn)成本高，而且國(guó)外鍍錫墓板資源有限，采購(gòu)也愈來(lái)愈困難，削弱了我國(guó)鍍錫板生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)能力。另外，產(chǎn)品質(zhì)量有待提高，生產(chǎn)設(shè)備仍需不斷不更新。各地區(qū)電鍍錫工藝的發(fā)展不均衡對(duì)我國(guó)整體電鍍錫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一定影響。
2.電鍍錫的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備
2.1 電鍍錫的生產(chǎn)工藝
總的來(lái)說(shuō)，錫可以采用熱浸鍍、電鍍和化學(xué)鍍等方法沉積于基體金屬。其中電鍍法是三種方法中應(yīng)用最廣泛的。電鍍錫有四種基本工藝，由于錫酸鉀溶解度較錫酸鈉高得多，故在高速電鍍中常采用錫酸鉀為主鹽該工藝成為堿性錫酸鹽工藝，酸性硫酸鹽鍍錫工藝操作溫度一般在10～30℃，鍍液中正二價(jià)錫離子較堿性錫酸鹽中正四價(jià)錫離子的電化當(dāng)量要高，因而沉積速度快，電流效率高，此外，還有酸性甲基磺酸鹽工藝和酸性氟硼酸鹽工藝用于電鍍錫生產(chǎn)。
軟熔電鍍錫是電鍍錫生產(chǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容，它與熱鍍鋅板合金化有異曲同工之妙，與之相比鍍錫板的軟熔控制溫度范圍小，時(shí)間短，控制更難。軟熔的電鍍錫工藝流程為：助熔劑處理、軟熔和淬火等。帶鋼在電鍍段鍍上錫層后，其表面呈乳白色，沒(méi)有金屬光澤。 在顯微鏡下觀察，這種錫層是呈微粒狀的錫粒，這時(shí)的錫粒與鋼板附著力也較差。因此必須進(jìn)行軟熔處理以提高鍍錫板的各項(xiàng)性能。首先，電鍍錫后的鋼帶在經(jīng)過(guò)裝有稀釋了的鍍液的浸槽時(shí)，其表面沾上助熔劑，然后通過(guò)電加熱的方式使鋼帶溫度在數(shù)秒鐘內(nèi)迅速超過(guò)錫的熔點(diǎn)，帶鋼表面的錫層就會(huì)熔化并流動(dòng)而產(chǎn)生金屬光澤。最后浸入裝有 60℃ 到70℃ 熱水的淬水槽急速降至100℃ 以下，使之變成具有光亮表面的鍍錫板。待鋼出淬水槽之后進(jìn)入鈍化等其他處理段，最終完成生產(chǎn)。以下是兩種主要的電鍍錫設(shè)備的特點(diǎn)。
2.2軟熔段的設(shè)備及其選型
軟熔工藝段中助熔劑處理、軟熔和淬火各工序都有相對(duì)應(yīng)設(shè)備。助熔劑處理和淬火設(shè)備比較簡(jiǎn)單，這里不詳述，加熱設(shè)備是軟熔段的是核心設(shè)備，是鍍錫機(jī)組的重要組成部分。加熱設(shè)備根據(jù)加熱方式的不同有電阻加熱、感應(yīng)加熱和聯(lián)合加熱之分。其中，電阻加熱設(shè)備及其控制原理電阻加熱就是通過(guò)導(dǎo)電輥在帶鋼兩端施加交流電壓，從而在帶鋼內(nèi)部形成交流電流，利用帶鋼本身的電阻產(chǎn)生熱量，對(duì)錫層進(jìn)行加熱。
3.電鍍錫設(shè)備發(fā)展概況
3.1電鍍錫設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國(guó)電鍍錫工藝發(fā)展迅速，也引進(jìn)和自主研發(fā)了一些電鍍錫設(shè)備，取得了不錯(cuò)的成績(jī)，使得電鍍錫的生產(chǎn)量逐年提高，為工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活帶來(lái)了很大益處，這些都體現(xiàn)出是電鍍錫設(shè)備的不斷發(fā)展。例如，首鋼京唐、武鋼、沙鋼新上產(chǎn)線設(shè)備水平還是世界領(lǐng)先水平的，還有寶鋼現(xiàn)有鍍錫產(chǎn)線設(shè)備水平也是處于領(lǐng)先水平的。然而，我國(guó)的大多數(shù)電鍍錫設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)備差距甚遠(yuǎn)。有一些企業(yè)為了節(jié)約生產(chǎn)成本，錯(cuò)誤地引進(jìn)將要報(bào)廢的生產(chǎn)設(shè)備，使得電鍍錫設(shè)備故障頻發(fā)。另外，技術(shù)人員對(duì)已有設(shè)備的操作方法也不過(guò)了解，不能對(duì)電鍍錫設(shè)備運(yùn)用自如。當(dāng)電鍍錫設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，很少有維修人員可以在最短的時(shí)間修好機(jī)器，使其恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。電鍍錫設(shè)備的落后和設(shè)備操作的不熟練會(huì)直接影響電鍍錫生產(chǎn)的效率，因此，有關(guān)電鍍錫設(shè)備發(fā)展的問(wèn)題必須受到重視。
3.2如何促進(jìn)電鍍錫工藝及設(shè)備發(fā)展
面對(duì)我國(guó)電鍍錫工藝及設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀，國(guó)家政府應(yīng)該采取相應(yīng)的政策，促進(jìn)電鍍錫設(shè)備的革新。國(guó)家可以為電鍍錫生產(chǎn)企業(yè)提供經(jīng)濟(jì)上的援助，督促他們引進(jìn)先進(jìn)的電鍍錫設(shè)備，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才鼓勵(lì)設(shè)備革新。企業(yè)也應(yīng)該引進(jìn)電鍍錫工藝專業(yè)的高素質(zhì)人才，并對(duì)電鍍錫設(shè)備操作人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)。國(guó)家和企業(yè)可以派遣一些人到國(guó)外學(xué)習(xí)先進(jìn)設(shè)備的操作技術(shù)，并教授給企業(yè)其他技術(shù)人員，讓每一名員工熟練地掌握電鍍錫設(shè)備操作方法，以此提高電鍍錫的生產(chǎn)效率。
4.結(jié)語(yǔ)
綜上所述，電鍍錫工藝的發(fā)展十分迅速，應(yīng)用的范圍也相當(dāng)廣泛。然而，我國(guó)目前電鍍錫設(shè)備不夠先進(jìn)，技術(shù)人員對(duì)其操作的熟練程度仍有待提高。對(duì)此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該及時(shí)更新電鍍錫工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，努力提高電鍍錫的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量，為企業(yè)自身的發(fā)展、社會(huì)科技的進(jìn)步、人民生活質(zhì)量的提高做出貢獻(xiàn)。
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【關(guān)鍵詞】印制板 電鍍銅 電子材料 銅箔粗化 PLC IC
1 引言
隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子材料領(lǐng)域涉及到的應(yīng)用技術(shù)更加先進(jìn)。電鍍銅層有著良好的導(dǎo)電性、延展性與導(dǎo)熱性，在電子材料行業(yè)應(yīng)用廣泛。電鍍銅技術(shù)主要在印制電路板的生產(chǎn)制造中已經(jīng)得到全面的應(yīng)用，本文只簡(jiǎn)單描述。另外電鍍銅技術(shù)在IC封裝、超大規(guī)模PLC芯片銅互連技術(shù)中也得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為電子行業(yè)不可缺少的一種基礎(chǔ)技術(shù)。我國(guó)的PCB生產(chǎn)位居世界前列，推動(dòng)了電鍍銅技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。隨著對(duì)電鍍銅技術(shù)的研究不斷深入，目前出現(xiàn)了新型的多種電鍍銅技術(shù)，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并進(jìn)入初步應(yīng)用階段。
2 電鍍銅技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
在電子產(chǎn)品的應(yīng)用過(guò)程中，印制板與IC封裝中的質(zhì)量問(wèn)題最難分析，而且一般出現(xiàn)故障后維修難度最大，甚至直接報(bào)廢處理。采用電鍍銅技術(shù)可以有效避免問(wèn)題發(fā)生的概率。通過(guò)對(duì)印制板與IC封裝檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，使用電鍍銅技術(shù)與之前采用的傳統(tǒng)方法相比質(zhì)量明顯提升。這對(duì)于電子產(chǎn)品的壽命延長(zhǎng)有著重要的意義。電鍍銅技術(shù)中最為關(guān)鍵的是電鍍銅鍍液的成分組成。在上個(gè)世紀(jì)中期，電子行業(yè)多采用焦磷酸鹽體系的鍍銅，這種工藝的效果其實(shí)并不理想，而且鍍液廢水處理難度較大。電鍍銅與傳統(tǒng)的化學(xué)鍍層方法相比，更加環(huán)保，而且成本更低，可操作性強(qiáng)。
3 電鍍銅技術(shù)在銅箔粗化方面應(yīng)用
在印制板制造過(guò)程中，要使用到銅箔，銅箔的表面要經(jīng)過(guò)粗化處理之后，其表面才能夠與絕緣基板間進(jìn)行充分地結(jié)合，避免脫落。電鍍銅在銅箔的粗化方面應(yīng)用廣泛。首先銅箔需要在低銅離子濃度、高電流密度條件下進(jìn)行粗化處理，之后，在高銅離子濃度中進(jìn)行固化處理。為了避免在電鍍銅粗化過(guò)程中出現(xiàn)銅粉轉(zhuǎn)移的問(wèn)題，在粗化過(guò)程中要加入一定量的添加劑。添加劑量過(guò)少有會(huì)造成銅粉轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致銅箔與基板間結(jié)合度不夠，在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生脫落的問(wèn)題。除了印制板表面需要銅箔處理，在多層板的內(nèi)部同樣也需要銅箔的強(qiáng)化處理。在酸性硫酸鹽電鍍銅液中增加有機(jī)物，改變酸銅比與操作條件將會(huì)避免在黑化處理中產(chǎn)生的空洞問(wèn)題，也就確保了層間的互連可靠性。
4 電鍍銅技術(shù)在超大規(guī)模PLC芯片中的應(yīng)用
目前在超大規(guī)模集成電路芯片中電子元器件的線寬已經(jīng)降低到了亞微米級(jí)，而且根據(jù)摩爾定律，還會(huì)有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)，這將會(huì)造成互連線的RC延遲與電遷移可靠與集成線路速度存在更大的矛盾。超大規(guī)模PLC芯片中多采用鋁來(lái)作為互連線，但鋁的導(dǎo)電性與抗電遷移方面不如銅材料好，IBM公司首先采用銅互連對(duì)鋁進(jìn)行取代，之后銅互連技術(shù)在我國(guó)絕大多數(shù)超大規(guī)模PLC芯片中得到廣泛應(yīng)用。銅鍍層具有良好的導(dǎo)電性，倒裝芯片F(xiàn)C載板上的電極通過(guò)突出點(diǎn)進(jìn)行電鍍金膜，與芯片上的鋁電極進(jìn)行連接。芯片中銅線寬已經(jīng)由原來(lái)的0.25μm降低到了目前的0.09-0.15μm。在如此線寬的條件下多通過(guò)電鍍銅技術(shù)的大馬士革工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用這一工藝技術(shù)可以有效避免裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，另外可以實(shí)現(xiàn)線路與通孔的形成，具有沉積速度快，可操作性強(qiáng)。目前電鍍銅技術(shù)已經(jīng)成為超大規(guī)模PLC芯片互連的主要方法。
5 電鍍銅技術(shù)在IC封裝制作應(yīng)用
在電子元器件的封裝中，電鍍銅技術(shù)也倍受關(guān)注。尤其是對(duì)于一些BGA的封裝中都需要采用這種技術(shù)。IC封裝載板采用覆晶薄膜載板，它是一種高密度的多層印制板，通過(guò)電鍍銅層來(lái)對(duì)布線與交互連接。除了在IC封裝中的應(yīng)用，電鍍銅技術(shù)還在PCB的孔制作過(guò)程中體現(xiàn)出了其工藝性與經(jīng)濟(jì)性。一張印制板上會(huì)有上千個(gè)過(guò)孔，這些過(guò)孔對(duì)各層的線路進(jìn)行貫穿，同時(shí)還存在印制板表面的盲孔與內(nèi)部的埋孔，每一系列的孔徑與功能各不相同，位置也不同，孔內(nèi)銅金屬的質(zhì)量將決定著印制板的層間電氣互連。采用化學(xué)鍍銅工藝可以形成厚度為0.5μm的鍍層，之后再鍍上較厚的銅層。但是這種工藝技術(shù)生產(chǎn)效率低，鍍液不穩(wěn)定，使用了一些致癌物質(zhì)來(lái)作為還原劑，對(duì)操作人員的身體健康形成隱患。直接使用電鍍銅工藝可以大大簡(jiǎn)化操作工藝，而且環(huán)保，適用性更強(qiáng)。
6 新型電鍍銅技術(shù)介紹
隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝與材料需要不斷進(jìn)步。在電鍍銅技術(shù)中，通過(guò)新型技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高生產(chǎn)質(zhì)量，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。目前較常見(jiàn)的電鍍銅技術(shù)主要有脈沖電鍍銅技術(shù)、超聲波電鍍銅技術(shù)與激光電鍍銅技術(shù)。超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波將會(huì)滲透到電極表面介質(zhì)與空隙，形成徹底清洗作用，其空化作用會(huì)降低濃差極化，提高了極限電流密度，是較為先現(xiàn)代的一種生產(chǎn)工藝技術(shù)，最早起源于美國(guó)。超聲波電鍍銅技術(shù)在高密度多層印制電路微孔制作過(guò)程中作用明顯。激光電鍍層技術(shù)利用激光照射法在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫從而代替電鍍銅液加熱法，沉積的速度更快，是本體鍍液沉積速率的1000倍。使用激光電鍍銅成核速度更快，鍍層的質(zhì)量好，在未來(lái)將會(huì)在極微細(xì)電子加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
7 結(jié)語(yǔ)
隨著人類需求的不斷增長(zhǎng)與科技的不斷進(jìn)步，高精度電子產(chǎn)品的制造難度不斷增大。電鍍銅技術(shù)通過(guò)在多個(gè)電子材料行業(yè)的應(yīng)用體現(xiàn)出了極高的優(yōu)勢(shì)，也已經(jīng)取得了良好的效果。電鍍銅技術(shù)在筒箔粗化、IC封裝等生產(chǎn)加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)品的復(fù)雜性不斷提高，采用傳統(tǒng)的電鍍銅技術(shù)已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求。不斷更新的電鍍銅技術(shù)將會(huì)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的技術(shù)方法，同時(shí)也不斷提高著生產(chǎn)質(zhì)量，推動(dòng)現(xiàn)代電子科技行業(yè)的不斷進(jìn)步。
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作者簡(jiǎn)介
張長(zhǎng)弓，男，四川省自貢市人，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)闄C(jī)械電子。
關(guān)鍵詞：電鍍；廢水處理；技術(shù)研究
中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
按照全球水質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌觀察，有關(guān)我國(guó)管制流程下的壁壘限制效用也逐漸強(qiáng)烈。根據(jù)電鍍廢水組織形態(tài)觀察，涉及特定污染強(qiáng)度與排量規(guī)模直接制約相關(guān)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)。后期經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究，規(guī)劃綜合模式的化學(xué)絮凝處理手段，基本能夠全面適應(yīng)電鍍廢水簡(jiǎn)易處理的技術(shù)要求，并且整體布置流程下的相關(guān)成本價(jià)格較為合理，已經(jīng)引起有關(guān)技術(shù)單位的全面重視。
一、電鍍綜合廢水處理技術(shù)研究
電鍍規(guī)范項(xiàng)目中，涉及鋅合金材質(zhì)的鍍件混合比例已經(jīng)占據(jù)整體廢水量的60%以上，相關(guān)排放工序主要根據(jù)除油、清洗、合金電鍍、磷化、水洗等搭接而成。因?yàn)閮?nèi)部重金屬?gòu)U水?dāng)?shù)量過(guò)大，除了匹配專用管道還原處理手段之外，仍需借助廢液混合搭配技巧進(jìn)行歸控，保證投藥沉淀的科學(xué)分離功效。
現(xiàn)下各類電鍍廠在廢水處理活動(dòng)中普遍缺乏分流節(jié)點(diǎn)，尤其是后期工作站基本長(zhǎng)期各自為陣，整體廢水的不規(guī)則處理現(xiàn)象造成汗水治理工作遭受長(zhǎng)期的瓶頸限制危機(jī)。在電鍍廢水內(nèi)部，涉及不同等級(jí)的污染物質(zhì)與排水管道之間銜接模式未免過(guò)于復(fù)雜，因此時(shí)常衍生排放超標(biāo)結(jié)果。按照特定時(shí)段環(huán)保工作的規(guī)范力度分析，有關(guān)特定污水處理動(dòng)力已經(jīng)產(chǎn)生停滯征兆，加上改建資金數(shù)目的不足、技術(shù)規(guī)范體制的欠缺，都給設(shè)備正常工作能力造成深刻的限制，最終造成含金屬離子污水處理危機(jī)的擴(kuò)散現(xiàn)象。另外就是，有關(guān)廠家在規(guī)范管道架構(gòu)流程中存在忽視態(tài)度，嚴(yán)重時(shí)容易引發(fā)污染物質(zhì)泄漏危機(jī)，影響相關(guān)工序的布置時(shí)效。有關(guān)居民生活廢水、工業(yè)酸堿、重金屬?gòu)U料都會(huì)經(jīng)過(guò)城區(qū)總排放污口進(jìn)行科學(xué)轉(zhuǎn)接，因此此類節(jié)點(diǎn)內(nèi)部污染元素相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的負(fù)荷效應(yīng)，造成石油等污染物質(zhì)的超標(biāo)排放結(jié)果。
二、電鍍廢水處理工藝
1、流程設(shè)計(jì)規(guī)劃
結(jié)合鍍液廢水調(diào)制工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置，首要任務(wù)就是聯(lián)合各類污染物質(zhì)進(jìn)行清潔，穩(wěn)定分流管道的優(yōu)化質(zhì)量，尤其注意氯化物與酸化曝化氣法之間的協(xié)調(diào)作用，以及油類雜質(zhì)表面活化劑的靈活乳化效應(yīng)，科學(xué)維護(hù)細(xì)致化分離技術(shù)的標(biāo)榜素質(zhì)。
2、廢水處理流程設(shè)計(jì)
有關(guān)特定設(shè)計(jì)能力暫且定位為單位每小時(shí)10m3，其中細(xì)化參數(shù)內(nèi)容主要如下所示：首先，調(diào)節(jié)中心的廢水保留時(shí)限維持在8h以內(nèi)；其次，完善斜管沉淀結(jié)構(gòu)建設(shè)工作時(shí)需預(yù)留0.5m超高范圍，確保廢水實(shí)際停留時(shí)間不會(huì)高于2h，相關(guān)負(fù)荷值應(yīng)穩(wěn)定在1.5m3之間；再次，板框壓濾設(shè)備的過(guò)濾面積按照技術(shù)規(guī)定維持在30m2內(nèi)；最后，在加藥調(diào)試途徑上采取間接式分散處理手段，主要配合硫酸進(jìn)行鐵粉還原攪拌處理，之后按照既定pH值測(cè)定原則進(jìn)行絮凝結(jié)果提取，在保證沉淀速度加快的基礎(chǔ)上，運(yùn)用丙烯酰胺進(jìn)行科學(xué)調(diào)試。
3、流程搭接機(jī)理解析
根據(jù)電鍍廢水內(nèi)部鎳、鋅等重金屬材質(zhì)的酸堿性定位方法，實(shí)施氫氧化物絮狀沉淀管理流程，具體化學(xué)方程式原理表現(xiàn)為：
M2++20H-=M（OH）2
結(jié)合鏈狀高分子混凝攪拌工序進(jìn)行相關(guān)污染物絮凝、沉淀比例校驗(yàn)，其中助凝劑的功效就是穩(wěn)定元素吸附潛質(zhì)，令絮凝力度不佳的礬花結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)固；根據(jù)氣浮分離流程驗(yàn)證，涉及壓力容器與釋放裝置之間的氣泡會(huì)粘附在絮凝產(chǎn)物之上，產(chǎn)生浮渣物質(zhì)，對(duì)其提取之后進(jìn)行脫水固化改造，之后能夠有效調(diào)度中間水箱對(duì)水流的吸納能效。
4、處理效果鑒定
運(yùn)用化學(xué)絮凝手段進(jìn)行電鍍廢水處理能夠產(chǎn)生必要的調(diào)試成效，維護(hù)后期出水達(dá)標(biāo)績(jī)效，并且能夠有效適應(yīng)各類污水的調(diào)控要求；整體處理工序排列樣式較為簡(jiǎn)易，制備結(jié)果優(yōu)異，不會(huì)消耗大量的成本資金，后期可持續(xù)發(fā)展?jié)撡|(zhì)優(yōu)良；實(shí)際處理過(guò)后的水質(zhì)校驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)留有60%數(shù)量能夠達(dá)到生產(chǎn)回收標(biāo)準(zhǔn)。唯一的不足問(wèn)題在于鋅、銅等重金屬物質(zhì)不能得到全面清除，在實(shí)現(xiàn)后期科學(xué)利用流程中需要視現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，杜絕重復(fù)污染事件的滋生結(jié)果。
三、傳統(tǒng)的電鍍污水處理方法
1、物理方法
物理方法是利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過(guò)程中不改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，如電鍍廢水中的除油蒸發(fā)濃縮回用水等一般用于處理含鉻、銅、銀及鎳離子廢水，但因能耗大、操作費(fèi)用高而受到一定的限制，通常只作為其他工藝的輔助處理手段。
2、化學(xué)方法
電鍍污水處理方法很多，但國(guó)內(nèi)外目前占主導(dǎo)地位的仍然是化學(xué)法，化學(xué)方法就是向廢水中投加化學(xué)藥劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變廢水中污染物的化學(xué)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變成無(wú)害或易于與水分離的物質(zhì)從廢水中除去的處理工藝，由于其操作技術(shù)簡(jiǎn)單；效果穩(wěn)定可靠；投資相對(duì)較少；適用范圍較廣，能承受高濃度和大水量的沖擊，因而在不同類型和規(guī)模的電鍍工廠得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的化學(xué)法處理電鍍污水的缺點(diǎn)是受人為因素影響較大，因此必須進(jìn)一步加以改進(jìn)和完善。
3、物化方法
物化法是通過(guò)物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法。主要有以下五種，即：氣浮法；離子交換法；萃取法；活性炭吸附法；電解法。此外也有借助電解法原理用電浮選法除去廢水中的金屬離子。
傳統(tǒng)的電鍍污水處理方法是目前采用最多，也是應(yīng)用范圍最廣，尤其是化學(xué)處理方法。它的可操作性實(shí)用性均很理想。但目前電鍍廢水的處理方法一般采用物化法之分流―綜合兩段處理。
四、電鍍污水的最新處理方法
1、微生物法
采用從污泥中分離；篩選和馴化獲取的高效復(fù)合厭氧功能菌來(lái)處理污水，是基于這樣一個(gè)原理，即在微生物的菌膠團(tuán)及生物膜形成的過(guò)程中，由于微生物在物理位置分布及空間結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)上有差別，使菌膠團(tuán)及生物膜表面常常帶有負(fù)電荷，對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力；而且菌膠團(tuán)（或死菌體）既可包藏金屬離子，同時(shí)又具有良好的沉降特性，提高了對(duì)電鍍污水的凈化處理效果。微生物處理電鍍污水是一項(xiàng)高新生物技術(shù)，與傳統(tǒng)的理化處理技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是在運(yùn)行過(guò)程中微生物具有不斷大量“增殖”的特點(diǎn)。
2、多級(jí)間歇逆流清洗與污水綜合處理相結(jié)合的閉路循環(huán)無(wú)排放技術(shù)
多級(jí)間歇逆流清洗技術(shù)是國(guó)際上公認(rèn)的最節(jié)水的新技術(shù)，而化學(xué)法處理混合電鍍污水又是公認(rèn)的最可靠而經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)技術(shù)，將二者加以結(jié)合，再采用活性炭，離子交換等有效的凈化技術(shù)，就能真正做到電鍍工廠生產(chǎn)用水閉路循環(huán)無(wú)排放，為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)創(chuàng)造條件。
3、CZB礦物法處理電鍍廢水
CZB礦物法是采用以純天然礦物為原料，經(jīng)過(guò)一定特殊工藝改性加工生產(chǎn)而成的專利產(chǎn)品NMSTA天然礦物污水治理和礦粉CC，在再輔加某些助劑對(duì)電鍍廢水進(jìn)行混合處理的一種方法。
結(jié)束語(yǔ)
電鍍廢水分質(zhì)、分流和分治是達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)，預(yù)處理-物化-沉淀分離處理電鍍廢水，出水重金屬離子濃度可以穩(wěn)定滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。電鍍廢水物化處理后可根據(jù)需要進(jìn)行生化處理以滿足COD、氨氮等指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放。好氧生物處理需要嚴(yán)格限制進(jìn)入生化處理系統(tǒng)的重金屬離子濃度，避免微生物中毒。當(dāng)采用反滲透膜法廢水再生時(shí)，反滲透濃水可與富含有機(jī)物的前處理廢水混合處理，即可去除有機(jī)物，也能降低廢水中硫酸根并產(chǎn)生硫離子用沉淀重金屬離子，可減少化學(xué)藥品投加量，是電鍍廢水治理的發(fā)展方向。
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關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)；系統(tǒng)硬件接線圖；I/O端口分配表
中圖分類號(hào)：TG356文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）05-0009-02
自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線在五金精密件生產(chǎn)、電子產(chǎn)品制造、首飾制造等領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛，其控制部分常常采用PLC控制，它使自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線運(yùn)行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確，功能更加完善，操作更加方便。本文介紹了德國(guó)西門子PLC S7-200在自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了分析和研究。此自動(dòng)控制系統(tǒng)已在營(yíng)口北方五金電子有限公司得到了很好的應(yīng)用。
一、系統(tǒng)概況
自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線是指按一定電鍍工藝要求將有關(guān)鍍槽、鍍件升降裝置、鍍件傳送裝置、電氣控制裝置、檢測(cè)裝置、過(guò)濾設(shè)備、加熱與冷卻設(shè)備等組合為一體的多功能自動(dòng)控制裝置。通過(guò)電鍍，可以在機(jī)械制品上獲得裝飾保護(hù)性和各種功能性的表面層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。鍍層大多是單一金屬或合金，如鋅、鎘、金或黃銅等，也有彌散層和覆合層。電解的基本材料大多為鐵、鋼、不銹鋼等。
本系統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線采用了直線懸臂式行車，行車架上裝有可升降的吊鉤，行車和吊鉤各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，同時(shí)用變頻器對(duì)電機(jī)平滑調(diào)速。當(dāng)行車平移時(shí)，先快速，接近工位時(shí)轉(zhuǎn)為慢速，當(dāng)?shù)蹉^吊起工件時(shí)，先慢后快，下降時(shí)先快后慢，提高了定位的準(zhǔn)確性和安全性。在定位軌上依照工位安裝行程開(kāi)關(guān)，行車的進(jìn)退和吊鉤的升降由行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)。為了簡(jiǎn)單說(shuō)明行車在自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線中的工作過(guò)程，現(xiàn)將二十多個(gè)工位的流程簡(jiǎn)化為四個(gè)工位，具體分為上下料、前處理、鍍槽和后處理工位。
工作過(guò)程如下：在電鍍生產(chǎn)線首端，工人將零件裝入行車的吊籃并發(fā)出自動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)，吊籃上升碰到上限行程開(kāi)關(guān)停止，行車開(kāi)始自動(dòng)前進(jìn)。按生產(chǎn)要求在需要停留的槽位上空停止，并自動(dòng)下降，碰到下限開(kāi)關(guān)停止下降。根據(jù)工藝要求在槽中停留一段時(shí)間后自動(dòng)上升，如此完成規(guī)定的每一道工藝直至生產(chǎn)線末端，行車便自動(dòng)返回原始位置，并由工人裝卸零件。具體流程圖如圖1所示。在工作過(guò)程中，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式選擇，操作方便。在多數(shù)情況下選擇自動(dòng)工作方式，在維修和特別處理情況下選擇手動(dòng)工作方式。
二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線的控制要求，我們采用了德國(guó)西門子PLC S7-200 CPU226型號(hào)，此類型PLC無(wú)論獨(dú)立運(yùn)行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到復(fù)雜的自動(dòng)控制。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、電梯等行業(yè)。S7-200 CPU226通訊功能完善，具有極高的性能價(jià)格比是很突出的特點(diǎn)，也是我們采用它的主要原因。
PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號(hào)有兩部分，一部分是原點(diǎn)、單周期、步進(jìn)等面板控制按鈕，另一部分是多種行程開(kāi)關(guān)，這些面板按鈕信號(hào)和傳感器信號(hào)作為PLC的輸入變量，經(jīng)過(guò)PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后在PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降。
此系統(tǒng)PLC硬件接線圖如圖2所示，I/O端口分配表如表1所示。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作方式。手動(dòng)操作是指用操作接鈕對(duì)系統(tǒng)的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。例如，當(dāng)選擇左右開(kāi)關(guān)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，行車左行；按下停止按鈕，行車右行。步進(jìn)操作是指每按一次啟動(dòng)按鈕，程序完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。單周期操作是指從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。連續(xù)操作是指從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。此系統(tǒng)的整體程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。若選擇單操作工作方式，當(dāng)按下單操作按鈕I1.4，執(zhí)行單操作程序。單操作程序獨(dú)立于自動(dòng)操作程序，可另行設(shè)計(jì)。在步進(jìn)工作方式下，執(zhí)行步進(jìn)操作程序，按一下啟動(dòng)按鈕I1.0執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，并按規(guī)定順序進(jìn)行。在單周期工作方式和連續(xù)操作工作方式下，可執(zhí)行自動(dòng)操作程序。當(dāng)按下連續(xù)按鈕I0.7和啟動(dòng)按鈕I1.0后，中間繼電器M1.0置位，連續(xù)執(zhí)行自動(dòng)操作程序。當(dāng)按下單周期按鈕I1.3后，中間繼電器M1.0復(fù)位，執(zhí)行一次自動(dòng)操作程序就停止。在單操作程序、步進(jìn)操作程序和自動(dòng)操作程序中都必須使用中間繼電器，最后通過(guò)轉(zhuǎn)換能控制共同的輸出繼電器。
根據(jù)前面的系統(tǒng)控制要求和I/O分配表分析可得自動(dòng)操作流程圖如圖3所示。具體的工作過(guò)程如下：當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，初始脈沖SM0.1對(duì)狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)在原點(diǎn)時(shí)，狀態(tài)繼電器S0.0置1，Q0.4得電，原位狀態(tài)指示燈亮。接下啟動(dòng)按鈕I1.0后，狀態(tài)繼電器S0.1置1，同時(shí)S0.0清零，原位狀態(tài)指示燈熄滅，Q0.0得電，吊鉤執(zhí)行上升動(dòng)作。當(dāng)上升碰到上限位開(kāi)關(guān)I0.0時(shí)，狀態(tài)繼電器S0.2置1，同時(shí)S0.1清零，吊鉤停止上升，Q0.2得電，行車開(kāi)始右行，當(dāng)右行到XK1行程開(kāi)關(guān)時(shí)，狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時(shí)S0.2清零，行車停止右行，Q0.1得電，吊鉤開(kāi)始下降，當(dāng)碰到下限行程開(kāi)關(guān)I0.1時(shí)，狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時(shí)S0.3清零，吊鉤停止下降，鍍件處于前處理槽中，定時(shí)器T37開(kāi)始計(jì)時(shí)，15S后，定時(shí)滿，T37常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使?fàn)顟B(tài)繼電器S0.5置1，同時(shí)S0.4清零，Q0.0得電，吊鉤開(kāi)始上升，重復(fù)執(zhí)行上升－右行－下降－延時(shí)四個(gè)過(guò)程，具體操作省略，當(dāng)在后處理槽30S后，定時(shí)器T39得電，狀態(tài)繼電器S1.5置1，同時(shí)S1.4清零，Q0.0得電，吊鉤開(kāi)始上升，當(dāng)碰到XK3行程開(kāi)關(guān)，狀態(tài)繼電器S1.6置1，同時(shí)S1.5清零，吊鉤停止上升，Q0.3得電，行車開(kāi)始左行，當(dāng)左行碰到左限限位開(kāi)關(guān)I0.2，狀態(tài)繼電器S1.7置1，同時(shí)S1.6清零，行車停止左行，Q0.1得電，吊鉤開(kāi)始下降，當(dāng)碰到下限開(kāi)關(guān)I0.1，吊鉤停止下降。如果為連續(xù)工作方式，M1.0置1，狀態(tài)繼電器S0.1置1，重復(fù)執(zhí)行自動(dòng)程序。若為單周期操作方式，M1.0清零，狀態(tài)繼電器S0.0置1，停止在原位。
四、結(jié)語(yǔ)
PLC應(yīng)用于自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為了適應(yīng)多種不同鍍件的工藝要求，還可編入多套工藝流程，系統(tǒng)的靈活性和通用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)周期短。此控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)際運(yùn)行，具有可靠性高，易操作，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。
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關(guān)鍵詞：微電子封裝；TSV；金屬化；鍵合；DRAM
引言
自1965年“摩爾定律”[1]提出以來(lái)，微電子器件的密度幾乎沿著“摩爾定律”的預(yù)言發(fā)展。到了今天，芯片特征尺寸達(dá)到22nm，再想通過(guò)降低特征尺寸來(lái)提高電路密度不僅會(huì)大幅提高成本，還會(huì)降低電路的可靠性。為了提高電路密度，延續(xù)或超越“摩爾定律”，微電子制造由二維向三維發(fā)展成為必然。其方法之一就是將芯片堆疊以后進(jìn)行封裝，由此產(chǎn)生了三維電路封裝技術(shù)（3D IC packaging）。三維電路封裝技術(shù)中，芯片電極是通過(guò)金線鍵合的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通。如圖1a所示，隨著芯片疊層的增加，鍵合金線將占用大量的空間。同時(shí)由于連接的延長(zhǎng)使得電路能耗升高、速度降低。因此，業(yè)界需要一種方法，能夠使得硅芯片在堆疊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通，從而避免采用硅芯片以外的線路連接。傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝主要是針對(duì)硅圓片表明進(jìn)行加工并形成電路，而要實(shí)現(xiàn)硅芯片上下層之間的連接，需要一種能貫通硅芯片的加工工藝，即TSV技術(shù)（圖1b）。早在1958年，半導(dǎo)體的發(fā)明人William Shockley，在其專利中就提到過(guò)硅通孔的制備方法[2]。而TSV（through-silicon via）工藝的概念在1990年代末才提出，香港應(yīng)用技術(shù)研究院和臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司于1998年申請(qǐng)相關(guān)美國(guó)專利[3，4]，而關(guān)于TSV技術(shù)最早的于2000年[5]。相比傳統(tǒng)金線鍵合，TSV技術(shù)不僅能減少金線所占用的平面尺寸，由于減少了金線焊點(diǎn)使得Z軸方向達(dá)到最密連接，三維尺寸達(dá)到最??；同時(shí)TSV技術(shù)降低了連接長(zhǎng)度，可有效降低芯片能耗，提高運(yùn)行速度。
（a）金線鍵合技術(shù) （b）TSV技術(shù)
TSV制造工藝分以下幾個(gè)步驟，分別是：通孔制造，絕緣層、阻擋層制備，通孔金屬化，芯片減薄和鍵合。總得來(lái)說(shuō)TSV技術(shù)難度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)金線鍵合技術(shù)。
1.1 TSV孔制造
雖然TSV稱為硅通孔技術(shù)，但是在加工過(guò)程中大多數(shù)是對(duì)盲孔進(jìn)行加工，只有在其后減薄階段打磨芯片底部，露出填充金屬，才使得孔成為真正的通孔。TSV工藝的第一步就是盲孔的制造（圖2a）。TSV的盲孔制造有三種方法，分別是干法刻蝕、濕法刻蝕和激光鉆孔。干法刻蝕是使用等離子氣體轟擊材料表面達(dá)到刻蝕效果的方法；而濕法刻蝕是使用化學(xué)溶劑來(lái)刻蝕材料表面。相比之下干法刻蝕具有刻蝕速率高、方向性好，可以制造大深寬比的孔、刻蝕速率可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是相對(duì)成本較高，總得來(lái)說(shuō)干法刻蝕是通孔制造中最常用的方法[6]。而激光打孔加工速率更高，但是由于熱損傷使得通孔的精度下降，因此使用較少。
1.2 絕緣層、阻擋層制備
如圖2 b所示，由于Si是半導(dǎo)體，通常在Si基體上沉積金屬前都需要制備一層絕緣層，絕緣層為SiO2或SiNx，通過(guò)增強(qiáng)等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法制備。另外為了防止金屬擴(kuò)散進(jìn)入基體，還需要在絕緣層上制備一層阻擋層。阻擋層通常由TiNx組成，通過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積（MOCVD）制備。
1.3 通孔金屬化
目前TSV金屬化過(guò)程中最常用的金屬是Cu。通孔金屬化是TSV技術(shù)中的難點(diǎn)，其成本占TSV工藝成本40%以上。通常芯片制造中，金屬導(dǎo)體層通過(guò)物理氣相沉積（PVD）方法制備。相對(duì)只有幾十納米的導(dǎo)線，若寬度達(dá)到5～100m、深度達(dá)到50～30m的TSV通孔也用PVD方法制備，其所耗費(fèi)的時(shí)間就是業(yè)界所不能允許的。因此TSV中通孔金屬化通常是使用電鍍的方法來(lái)進(jìn)行。但是由于Si基體導(dǎo)電性差，不適合進(jìn)行電沉積，所以金屬化必須分兩步完成金屬化：先使用PVD方法沉積厚度為數(shù)個(gè)納米的種子層（圖2c），使得硅基板具有導(dǎo)電性，然后在進(jìn)行電鍍過(guò)程來(lái)完成金屬化（圖2d）。此方法與大馬士革電鍍相似。
與大馬士革電鍍不同的是由于TSV通孔通常深寬比較大，約在1：1與10：1之間。由于在電鍍過(guò)程中孔口電力線比較密集，若采取傳統(tǒng)電鍍工藝，孔口將快速生長(zhǎng)，導(dǎo)致孔洞閉合，使孔內(nèi)難以得到金屬沉積。因此TSV工藝中通常對(duì)鍍液進(jìn)行調(diào)整來(lái)滿足工藝要求，即在鍍液中添加加速劑、抑制劑和整平劑。最常用的加速劑是聚二硫二丙烷磺酸鈉（SPS），SPS能在電鍍中起到催化作用，提高Cu2+沉積速率[7]；最常用抑制劑為聚乙二醇（PEG），PEG的存在能較大的抑制電極的活性，從而降低沉積速率。最常用的整平劑為煙魯綠（JGB）。由于PEG分子鏈較大，不容易進(jìn)入通孔內(nèi)部，從而容易聚集在孔口，使得孔口處金屬生長(zhǎng)得到抑制[8]。相反SPS由于分子量較小，更容易進(jìn)入通孔內(nèi)部，特別是聚集在通孔底部，使得通孔底部的金屬生長(zhǎng)得到加速。JGB在生產(chǎn)中是不可缺少的添加劑，它的存在有利于加速劑向微孔中傳質(zhì)[9]，同時(shí)JGB會(huì)與PEG純?cè)趨f(xié)同作用，將產(chǎn)生2倍于單獨(dú)添加劑的抑制效果[10]。在加速劑、抑制劑和整平劑的共同作用下金屬化過(guò)程自底部而上，使整個(gè)通孔都得到填充。
關(guān)鍵詞：馬口鐵 鍍錫 市場(chǎng) 技術(shù)
1 前言
隨著國(guó)際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)ISO-14000 推行在即，具有低污染、可回收、節(jié)約資源特性的馬口鐵罐，在未來(lái)包裝用途上，將有更寬廣的發(fā)展空間，塑化劑風(fēng)波之后，攪亂的不僅僅是增塑劑行業(yè)，也讓飲料產(chǎn)業(yè)掀起軒然大波，同時(shí)還影響到食用油等行業(yè)。業(yè)內(nèi)人士指出，鐵包裝是解決塑化劑問(wèn)題最好的辦法之一，無(wú)添加劑而且可回收利用。據(jù)悉，日本、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲等國(guó)家在食用油等食品上早就使用鐵包裝。馬口鐵是鐵包裝的一種主要原料，俗稱電鍍錫薄鋼板，是指兩面鍍有純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶。它將鋼的強(qiáng)度、可加工性、可焊性與錫的耐蝕性（特別是耐食品的浸蝕）、無(wú)毒、可涂漆和美觀裝飾性結(jié)合于一種材料之中，具有耐腐蝕、無(wú)毒、強(qiáng)度高、延展性好的特性【1-2】。這些特點(diǎn)使馬口鐵廣泛用于制造剛性容器，特別是用于食品和飲料的包裝。馬口鐵也可用于非食品包裝，如油漆、油和化學(xué)品的包裝。在電氣工業(yè)和電子工業(yè)中用于做收音機(jī)和擴(kuò)音機(jī)的外殼、底座、電容器、繼電器和其它原件的保護(hù)罩以及防漏電瓶的屏蔽層【3】。
2 馬口鐵鍍錫相關(guān)市場(chǎng)信息
2.1 馬口鐵產(chǎn)量
當(dāng)前世界鍍錫板年產(chǎn)量約為1600萬(wàn)t，每年約占涂鍍層鋼板總產(chǎn)量的14％，占世界鋼材總產(chǎn)量的1.54％～1.75％。
美國(guó)、日本是鍍錫板生產(chǎn)大國(guó)，美國(guó)年產(chǎn)鍍錫板約300～342萬(wàn)t，約占其鋼材總量的3.1％～3.2％；日本年產(chǎn)鍍錫板約120～142萬(wàn)t，約占其鋼材總量的1.5％～1.8％。我國(guó)在進(jìn)人21世紀(jì)后，鍍錫板產(chǎn)量逐年增加，1997年至2001年期間馬口鐵產(chǎn)量在快速增長(zhǎng)，增加近250%，2001～2004年我國(guó)鍍錫板年產(chǎn)量為116～136萬(wàn)t，已成為世界第3鍍錫板生產(chǎn)大國(guó)【2】
據(jù)相關(guān)資料表明，我國(guó)馬口鐵2003年產(chǎn)量已達(dá)到167萬(wàn)噸，2008年達(dá)到248萬(wàn)噸， 2010年達(dá)到270萬(wàn)噸。
2.2 馬口鐵主要生產(chǎn)廠家
1979年武鋼建成從德國(guó)引進(jìn)的一套設(shè)計(jì)能力10萬(wàn)t／a的電鍍錫機(jī)組，我國(guó)開(kāi)始了鍍錫板的大機(jī)組生產(chǎn)。至2007年，我國(guó)大型廠家有12家，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到210.5萬(wàn)t／a，其中只有5家可自貢基板，其余廠家基板均需外購(gòu)。
因?yàn)殄冨a板缺口較大，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被看好，部分鋼鐵廠家、地區(qū)及外商紛紛籌建鍍錫機(jī)組，至2007年為止，已有12家大型廠家組建的鍍錫機(jī)組投產(chǎn)，其中規(guī)模最較大的有寶山鋼鐵集團(tuán)公司1420冷軋廠上海寶鋼益呂鍍錫板有限公司、廣東中山中粵馬口鐵工業(yè)有限公司和江蘇無(wú)錫新大中鋼板有限公司，其設(shè)計(jì)產(chǎn)能依次為40萬(wàn)t／a、30萬(wàn)t／a、19.5萬(wàn)t／a和20萬(wàn)t／a，生產(chǎn)工藝主要采用硫酸亞錫法，其次是鹵素法和氟硼酸亞錫法，采用硫酸亞錫法生產(chǎn)的廠家有7家、鹵素法生產(chǎn)的廠家有3家、僅有一家氟硼酸亞錫。
一些民營(yíng)企業(yè)(多集中在江蘇省)也建設(shè)批產(chǎn)量為8萬(wàn)t／a以下的鍍錫機(jī)組，主要生產(chǎn)一些雜品罐用鍍錫板，此部分生產(chǎn)能力難以統(tǒng)計(jì)。
2010年，我國(guó)馬口鐵的產(chǎn)量達(dá)到270萬(wàn)噸，以每噸馬口鐵消耗5Kg的錫計(jì)算，2010年馬口鐵消耗錫13500噸，市場(chǎng)相當(dāng)廣闊。
2.3 我國(guó)鍍錫板生產(chǎn)存在的問(wèn)題
⑴、 嚴(yán)重缺少鍍錫基板： 能自供鍍錫基板的企業(yè)僅為寶鋼、武鋼，其余鍍錫企業(yè)基板均要依靠進(jìn)口，不但生產(chǎn)成本高，而且國(guó)外鍍錫基板資源有限，采購(gòu)也愈來(lái)愈困難，削弱了我國(guó)鍍錫板生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
⑵、產(chǎn)品質(zhì)量還需提高： 有些企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，包括厚度公差、平直度、鍍層均勻、剪切精度、表面光潔度、硬度等與進(jìn)口板有差距。
⑶、缺乏高品質(zhì)鍍錫板： 僅寶鋼能生產(chǎn)DI罐鍍錫板，其它企業(yè)均不能生產(chǎn)。
⑷、單套機(jī)組產(chǎn)能低：除寶鋼1420冷軋的兩套電鍍錫機(jī)組外，其余機(jī)組產(chǎn)能均在15萬(wàn)t／a或以下，目前已建成機(jī)組平均產(chǎn)能為11．7萬(wàn)t／a。單套機(jī)組產(chǎn)能低會(huì)帶來(lái)占用土地多、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、環(huán)保處理問(wèn)題分散等許多問(wèn)題。
⑸、布局極不均衡：鍍錫生產(chǎn)機(jī)組分布主要集中在我國(guó)東南沿海地區(qū)，東北、華北、西南、西北廣大地區(qū)還沒(méi)有一套鍍錫生產(chǎn)機(jī)組。
3 馬口鐵主要生產(chǎn)工藝
目前生產(chǎn)鍍錫板的方法主要分為熱鍍錫和電鍍錫兩大類。熱鍍錫工藝是讓帶鋼通過(guò)裝有熔融錫的槽子，將錫熱鍍?cè)趲т摫砻妗Ｓ捎跓徨冨a生產(chǎn)效率低，耗錫量大，目前在生產(chǎn)中已很少采用。電鍍錫工藝是讓帶鋼通過(guò)電鍍槽，在直流電源的作用下將錫鍍?cè)趲т摫砻?，其主要生產(chǎn)過(guò)程為：酸洗低碳薄鋼板電鍍錫軟溶處理鈍化處理涂油檢查剪切分類包裝。
由于電鍍錫生產(chǎn)效率高，耗錫量少，產(chǎn)品質(zhì)量好，在生產(chǎn)中被廣泛采用。在電鍍錫工藝中，根據(jù)鍍液成分的不同，分為堿性法、硫酸亞錫法(又稱弗洛斯坦法)、氟硼酸亞錫法(又稱拉色斯坦法)和鹵素法(又稱哈羅根法)四種。由于堿性鍍液中四價(jià)錫離子沉積量為1.107 g／Ah，比酸性鍍液中二價(jià)錫離子沉積量2.214 g／Ah要小。故堿性電鍍法生產(chǎn)效率低，能耗大，已逐漸被淘汰。目前大都采用酸性鍍錫工藝生產(chǎn)鍍錫板。
硫酸鹽鍍錫電流效率高，沉積速度快，原料易得，成本低廉，是最重要的鍍錫工藝之一；鹵化物鍍錫主要用于鋼板的快速電鍍，鍍液比硫酸鹽鍍錫液穩(wěn)定，且能在相當(dāng)寬的鍍液濃度范圍內(nèi)進(jìn)行電鍍；氟硼酸鹽鍍錫的優(yōu)點(diǎn)是電流密度范圍寬，沉積速度快，分散能力好，能鍍出光亮的細(xì)晶鍍層，但氟硼酸鹽的成本高，且有一定的腐蝕性和毒性；錫酸鹽鍍錫工藝的主要特點(diǎn)是分散能力比酸性鍍錫好，溶液呈強(qiáng)堿性，對(duì)鋼鐵基體不腐蝕，又有一定的去油能力，因而特別適合于鍍形復(fù)雜的零件。
目前來(lái)說(shuō)，應(yīng)用較多的是弗洛斯坦法和鹵素法。近幾年來(lái)，隨著高速電鍍的出現(xiàn)和對(duì)鍍液處理的環(huán)保壓力越來(lái)越大，甲基磺酸以及氨基磺酸等系列的電鍍液在鍍錫市場(chǎng)也日趨常見(jiàn)。
4 馬口鐵的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
馬口鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《冷軋電鍍錫鋼板及鋼帶》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 2520-2008。
5 鍍錫板生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
⑴ 鍍錫板厚度減薄
⑵ 鍍層厚度減薄
⑶ 無(wú)錫板比例增高
⑷ 采用高密度電流電解清洗
⑸ 鍍錫機(jī)組設(shè)置拉伸矯直機(jī)
⑹ 采用混合加熱軟熔
⑺ 鍍槽電鍍液濃度自動(dòng)控制
⑻ 使用不溶性陽(yáng)極
⑼ 在線微小缺陷檢測(cè)
⑽ 配有高速高精度剪切機(jī)組
6 總結(jié)
總體而言，隨著人民健康、環(huán)保意識(shí)逐步增強(qiáng)，鐵包裝的需求量將逐步增加，而馬口鐵以其耐腐蝕、無(wú)毒、強(qiáng)度高、延展性好等特性在包裝行業(yè)占有較大的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外的需求量逐年增加。而就國(guó)內(nèi)馬口鐵市場(chǎng)而言，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是鍍錫基板較少，產(chǎn)品質(zhì)量低，大量依靠進(jìn)口，成本相對(duì)較高；二是鍍錫工藝大量采用傳統(tǒng)的弗洛斯坦法和鹵素法，新型環(huán)保的甲基磺酸鹽鍍錫相對(duì)較少；三是整體配置有待提高。
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關(guān)鍵詞：磷銅陽(yáng)極；微晶；鍍銅
隨著電子電鍍技術(shù)的發(fā)展，電路板制造者們對(duì)鍍層的性能要求愈加嚴(yán)格。而除了種類繁多的添加劑，磷銅陽(yáng)極質(zhì)量的好壞對(duì)鍍液性能及電鍍品質(zhì)的提高起到舉足輕重的作用。目前中國(guó)業(yè)內(nèi)逐漸興起微晶磷銅陽(yáng)極。
1、 微晶磷銅球和普通磷銅球的區(qū)別
行業(yè)中所謂微晶磷銅球就是銅球里面的平均晶粒度直徑不大于60μm 的磷銅球。（表一是實(shí)測(cè)國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的普通及微晶磷銅陽(yáng)極的尺寸）。外觀上，由于微晶磷銅球的制造工藝有所不同，其晶粒微小，物理性能更好，所以微晶銅球比普通銅球表面質(zhì)量更好，更加圓滑，更加飽滿，而且沒(méi)有銅粉產(chǎn)生，而普通的磷銅球表面會(huì)有少許銅粉。微觀組織結(jié)構(gòu)上，通過(guò)金相照片比對(duì)發(fā)現(xiàn)，普通磷銅球放大200倍可清晰看見(jiàn)晶粒，晶粒較粗大；存在明顯晶界，微觀有磷富集現(xiàn)象，晶界與晶粒內(nèi)部的磷出現(xiàn)了不均勻，稍有偏析現(xiàn)象。在實(shí)際的電鍍應(yīng)用上就表現(xiàn)為晶界位置特別容易溶解，黑膜厚度未很均勻等；微晶磷銅球放大500倍才隱約看見(jiàn)晶粒，晶粒特別細(xì)小，分布十分均勻，組織致密，無(wú)晶界；晶界上偏析的元素已經(jīng)擴(kuò)散到晶粒，磷的分布更加均勻。（圖1（a）（b）是實(shí)測(cè)國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的普通及微晶磷銅陽(yáng)極的金相組織圖）在化學(xué)成分上，兩者除了微晶磷銅球的磷含量稍小一點(diǎn)外（0.025-0.050%），其他都無(wú)明顯區(qū)別（見(jiàn)表二）。但是由于微晶銅球晶粒細(xì)小，磷分布更加均勻，所以具備了將磷含量向更低范圍控制的條件，磷含量低一點(diǎn)的銅的電化學(xué)性能更好，所以磷含量的控制范圍低一點(diǎn)對(duì)電鍍品質(zhì)更有利。
2、在PCB電鍍過(guò)程中的比較
2.1 大、小電流電鍍實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)室中，大、小電流實(shí)驗(yàn)主要設(shè)定時(shí)間是電鍍30分鐘和120分鐘，看表面形成黑膜的狀況：普通銅球表面磷沒(méi)有脫落，因此成膜很快，20分鐘形成均勻完整的黑膜且稍后黑膜增厚，但黑膜組織疏松，容易脫落，手感檢查，銅球上黑膜粗糙有細(xì)小顆粒狀銅渣；微晶銅球由于制造工藝原因，表面有少許脫磷，成膜較快，30～40分鐘基本形成十分均勻完整薄的黑膜。且成膜均勻，膜層薄，結(jié)合力強(qiáng)，黑膜手感細(xì)膩。對(duì)比發(fā)現(xiàn)：盡管普通銅球成膜速度最快，但其生成的黑膜組織較疏松容易脫落，在大電流情況下更加明顯，而微晶銅球既能很快生產(chǎn)黑膜，也能保證黑膜完整，厚薄均勻，結(jié)合力強(qiáng)。較快的成膜速度預(yù)示著較少的銅損耗。微晶銅球既能適應(yīng)小電流的生產(chǎn)需要也能適應(yīng)由于趕貨需要的大電流生產(chǎn)。簡(jiǎn)而言之，微晶磷銅陽(yáng)極成膜又快又好，效率和性能都明顯優(yōu)于普通產(chǎn)品[2]。
2.2 實(shí)際生產(chǎn)中的效果
從電鍍生產(chǎn)線上檢查觀察，微晶磷銅陽(yáng)極在鈦籃內(nèi)形成的黑膜薄而致密，陽(yáng)極袋底部無(wú)發(fā)現(xiàn)過(guò)多的陽(yáng)極泥；銅球表觀光滑，無(wú)蜂窩凹凸不平的粗糙面，成球形規(guī)則狀溶解。電解后生成的黑膜薄而連續(xù)致密，手感檢查無(wú)夾雜微小顆粒且黑膜不容易脫落。另一方面檢查生產(chǎn)中使用3個(gè)月后的鈦籃，陽(yáng)極袋中鍍液流速較快，陽(yáng)極袋孔隙未被堵塞；袋中黑泥生成少。普通磷銅陽(yáng)極成膜較厚，容易脫落。長(zhǎng)時(shí)間使用后形成的黑泥較多，電解一段時(shí)間后，大部分表面有凹凸不平的粗糙面，形狀成不規(guī)則的球形。手感檢查有明顯的夾雜微小顆粒。從晶體結(jié)構(gòu)上來(lái)解釋：微晶磷銅無(wú)晶界，成膜薄、致密而牢固，晶粒尺寸小自然表現(xiàn)出顆粒與黑膜黏合強(qiáng)度高，不易產(chǎn)生銅球組織的雪崩從而形成細(xì)小顆粒的現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間使用后板面銅粒和黑膜泥自然就少，銅球利用率高，而普通磷銅陽(yáng)極晶粒粗大，組織疏松，成膜厚，晶界處形成的黑膜“粘結(jié)力”不夠，在電鍍過(guò)程中粗大的晶粒腐蝕掉落形成大量陽(yáng)極泥，陽(yáng)極效率較低。實(shí)際生產(chǎn)證明：1、使用普通磷銅球，銅球和陽(yáng)極袋通常是3個(gè)月就要清洗一次，需耗費(fèi)大量人力物力，銅球利用率只有96-97%；使用微晶磷銅陽(yáng)極后，銅球和陽(yáng)極袋使用壽命可以成倍增加，僅6到12月清洗和更換一次，電鍍板面銅粒等問(wèn)題不良率減少了50%，銅球利用率提升了2.5%以上。2、采用微結(jié)晶磷銅球，磷膜薄而均勻，有利于陽(yáng)極正常分解，鍍銅效率相對(duì)較高；陽(yáng)/陰極面積比 可降低到1.1：1，適合高縱橫比通孔電鍍品質(zhì)需求[3]。
3、結(jié)論
1、微晶磷銅陽(yáng)極為晶體組織結(jié)構(gòu)通過(guò)微晶化處理工藝的微晶態(tài)銅球，更深層次地改變了金屬的晶體組織結(jié)構(gòu)，提高了晶粒分子的運(yùn)動(dòng)能力以及擴(kuò)散能力，晶界上偏析的元素已經(jīng)擴(kuò)散到晶粒中，消除了晶界以致達(dá)到均勻化，從而使磷的分布更加均勻。實(shí)際生產(chǎn)表現(xiàn)為晶粒細(xì)化的陽(yáng)極磷膜生成速度能適應(yīng)滿足PCB電鍍工藝要求，陽(yáng)極膜質(zhì)更細(xì)膩、牢固，不容易脫落，銅球表層溶解均勻，最大限度地降低了因銅球溶解不均造成的銅微粒脫落現(xiàn)象，從而提高了銅的利用率，減少一價(jià)銅的產(chǎn)生，既提高了鍍層質(zhì)量又增加了陽(yáng)極的利用率。
2、黑膜泥生成少，可成倍延長(zhǎng)倒缸清洗周期，大大節(jié)省了銅球使用成本、人力資源成本、鍍液成本、陽(yáng)極袋成本，提高勞動(dòng)與生產(chǎn)效率。
3、微晶銅球的使用，使鍍板質(zhì)量得到有效提高，可多創(chuàng)造效益。
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關(guān)鍵詞：電鍍電源；集中控制；倍流整流；軟開(kāi)關(guān)；模塊化；N+1冗余
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.210
1 引言
在電鍍行業(yè)里，一般要求工作電源的輸出電壓較低而電流很大。由于半導(dǎo)體功率器件、磁芯材料等方面的原因，單臺(tái)大功率開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)和制造中存在較大的困難，成本也比較高，且單臺(tái)電源故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，降低了系統(tǒng)的可靠性。
目前，電鍍電源大多采用分離的模擬器件或?qū)Ｓ肁SIC 芯片實(shí)現(xiàn)PWM 控制， 設(shè)備對(duì)外接口不方便， 使用不夠靈活， 不易于實(shí)現(xiàn)智能化控制。其輸出側(cè)多采用全波整流式結(jié)構(gòu)，在這種方式下變壓器需要有中心抽頭利用率不高而且不方便生產(chǎn)，輸出電感也會(huì)因?yàn)榇箅娏鞫构に囎兊脧?fù)雜并會(huì)增加輸出濾波電感和變壓器的體積以及整流管上的電壓應(yīng)力，不利于在低壓大電流場(chǎng)合中應(yīng)用。
所以，模塊化、數(shù)字化以及軟開(kāi)關(guān)相結(jié)合的新型電鍍電源必有很好的發(fā)展前景。
本文介紹的電鍍開(kāi)關(guān)電源采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)并通過(guò)并聯(lián)備份實(shí)現(xiàn)N+1冗余，當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切除故障模塊，系統(tǒng)依舊可以正常工作，單個(gè)模塊輸出電壓為0～24V、電流0～1500A 連續(xù)可調(diào)，文章采用5個(gè)模塊并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率輸出以及N+1冗余，控制系統(tǒng)采用集中控制的方式，DSP負(fù)責(zé)所有模塊的數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)計(jì)算均流信息，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)脈沖的分配并通過(guò)光纖把觸發(fā)脈沖下發(fā)到功率單元的驅(qū)動(dòng)模塊。主電路輸出側(cè)采用倍流整流軟開(kāi)關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變壓器和輸出濾波電感的設(shè)計(jì)都得到了簡(jiǎn)化并且提高了整體效率。
2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)和元器件等各項(xiàng)參數(shù)完全相同，這樣就可以根據(jù)不同用戶對(duì)功率的需求進(jìn)行模塊疊加，從而避免了由于不同的功率要求而進(jìn)行器件的重新選型和結(jié)構(gòu)上的變化帶來(lái)的麻煩。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，本系統(tǒng)采用5個(gè)模塊并聯(lián)。
系統(tǒng)主要由功率單元模塊，單元控制電路和主控電路構(gòu)成，控制策略為集中控制，主控負(fù)責(zé)控制策略以及脈沖的生成，底控負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)的隔離與放大以及故障檢測(cè)，系統(tǒng)可工作在穩(wěn)流、穩(wěn)壓狀態(tài)下，其中穩(wěn)壓控制為雙環(huán)控制，在穩(wěn)壓的前提下進(jìn)行自動(dòng)數(shù)字均流。
單元模塊中T為主斷路器，K1為主接觸器，K2為輔接觸器，R為軟啟動(dòng)電阻，由于在上電瞬間對(duì)于直流側(cè)的電容兩端來(lái)說(shuō)相當(dāng)于短路這可能會(huì)沖壞電容甚至可能使整個(gè)功率單元癱瘓所以軟啟動(dòng)電路是很重要的。在上電初始K2閉合使系統(tǒng)進(jìn)行軟充電，單元控制模塊會(huì)檢測(cè)直流側(cè)的電壓，當(dāng)檢測(cè)到電壓達(dá)到所需要的值時(shí)控制器會(huì)先閉合K1再斷開(kāi)K2使其脫離軟啟動(dòng)。
3 功率單元拓?fù)?/p>
圖2為全橋諧振倍流整流DC/DC變換器的電路拓?fù)?。圖中Uin表示輸入側(cè)的直流電壓。VT1-VT4為兩組橋臂上的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)，C1和C3為滯后橋臂開(kāi)關(guān)管VT1與VT3的內(nèi)部寄生電容；VDs1及VDs2為滯后橋臂串聯(lián)的二極管；VDR1、VDR2為副邊整流快恢復(fù)二極管；Lr為串聯(lián)諧振電感（已包含高頻變壓器的漏感）；Cb為隔直電容；輸出側(cè)Lf1和Lf2為副邊濾波電感（可共用一個(gè)磁芯相互耦合制成）；Cf為輸出側(cè)濾波電容；Rld為相應(yīng)的供電負(fù)載。圖3為軟開(kāi)工作波形。
4 數(shù)字控制器的軟硬件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)主要由DSP和FPGA組成，圖4為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，DSP采用TMS320F28335，F(xiàn)PGA采用EP2C20。
整個(gè)系統(tǒng)的控制原理為：通過(guò)上位機(jī)也就是這邊使用的組態(tài)屏來(lái)選擇系統(tǒng)的工作模式，選擇哪幾個(gè)模塊投入使用并采用什么控制方式（穩(wěn)壓/穩(wěn)流）以及設(shè)定電壓和電流值，各項(xiàng)數(shù)據(jù)設(shè)定完畢后通過(guò)串口下發(fā)給DSP， DSP會(huì)根據(jù)參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)計(jì)算出運(yùn)行參數(shù)，F(xiàn)PGA通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取DSP的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)光纖自動(dòng)給每個(gè)功率單元分配驅(qū)動(dòng)脈沖。每個(gè)底層單元的驅(qū)動(dòng)模塊只負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)脈沖的放大、隔離以及IGBT故障信號(hào)的采集與反饋。
4.1 基于DSP28335的數(shù)字均流
大功率直流電源的并聯(lián)首先需要解決的是均流問(wèn)題，傳統(tǒng)的均流方法大多采用模擬控制，不僅控制精度難以保證，且在均流和冗余方面也存在一定的局限性。采用數(shù)字通行方式的均流，由于需要通信總線，其響應(yīng)時(shí)間以及抗干擾能力都有一定的缺陷。
本文采用集中控制的方式，結(jié)合了DSP與FPGA各自的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流，DSP實(shí)時(shí)采集每個(gè)單元模塊的電流值，結(jié)合平均電流法自動(dòng)算出每個(gè)單元IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖的移相角，F(xiàn)PGA通過(guò)數(shù)據(jù)總線的方式來(lái)讀取DSP的計(jì)算角度，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖，通過(guò)光纖把FPGA生成的驅(qū)動(dòng)脈沖下發(fā)給對(duì)應(yīng)單元的驅(qū)動(dòng)模塊。由于FPGA并行運(yùn)行的特點(diǎn)，每個(gè)單元的驅(qū)動(dòng)脈沖可以實(shí)現(xiàn)同步，這樣就很好的解決了開(kāi)關(guān)時(shí)序不同步引起的開(kāi)關(guān)震蕩，進(jìn)一步減少了環(huán)流，同過(guò)光纖來(lái)傳遞驅(qū)動(dòng)脈沖，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，由于沒(méi)有中間通信環(huán)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變短，均流控制更加平穩(wěn)。
4.2 N+1冗余設(shè)計(jì)
N+1冗余設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)仍然可以正常運(yùn)行其輸出依然可以達(dá)到額定功率。
在N+1并聯(lián)的系統(tǒng)中若系統(tǒng)輸出功率為M，每個(gè)功率單元的額定功率為M/N，則在正常工作時(shí)主控器下發(fā)指令使每個(gè)單元模塊輸出M/N+1的功率，當(dāng)某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，底控和主控都會(huì)發(fā)出故障輸出信號(hào)使此模塊脫離系統(tǒng)，與此同時(shí)主控會(huì)調(diào)整下發(fā)指令使每個(gè)單元模塊輸出M/N的功率從而保證系統(tǒng)可以正常工作。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
功率單元的主要參數(shù)為：輸入為380±5% 50HZ，輸出24V、1500A，直流側(cè)濾波電容采用4個(gè)470uf的并聯(lián)，開(kāi)關(guān)頻率為15KHZ高頻變壓器的變比為18：1，隔直電容為60uf，IGBT采用SKM200GBT4，圖5c為變壓器一次側(cè)與二次側(cè)的波形，從圖中可以看出電源占空比丟失不大， 圖5a為單元并聯(lián)后的電壓電流波形。圖5b為模擬故障時(shí)的波形，當(dāng)其中一個(gè)模塊發(fā)生故障被切除后其余模塊加大輸出電流使系統(tǒng)正常運(yùn)行由此可以看出N+1冗余的設(shè)計(jì)效果還是很好的。
6 結(jié)論
文章設(shè)計(jì)了一種模塊化的開(kāi)關(guān)型電鍍電源，利用DSP28335和FPGA實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制，單個(gè)模塊為24V、1500A，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)可根據(jù)不同用戶的要求進(jìn)行模塊的疊加并可以實(shí)現(xiàn)N+n的冗余，最終完成了功率單元的設(shè)計(jì)并且應(yīng)用于5個(gè)模塊并聯(lián)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)表明本系統(tǒng)具有良好的智能型、可靠性、高效性。在電鍍行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
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【關(guān)鍵詞】電鍍 稀土 鍍層 金剛石工具
【中圖分類號(hào)】V261.93+1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-9646(2008)09(a)-0133-02
稀土元素包括原子序數(shù)從57到71的15個(gè)鑭系元素:鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥以及與鑭系元素在化學(xué)性質(zhì)上相似的鈧和釔,共17個(gè)元素。稀土元素獨(dú)特的4f層電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能使得稀土金屬或合金具有獨(dú)特的功能:高催化活性、高磁性、超導(dǎo)性、光電轉(zhuǎn)化、光磁記憶、高儲(chǔ)氫量、耐蝕耐磨等,使稀土及其化合物在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,成為發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不可缺少的功能材料,是材料科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)熱門研究課題,受到各國(guó)科學(xué)工作者的極大關(guān)注[1]。
早期開(kāi)發(fā)的鍍鉻稀土添加劑主要是鈰、鑭等單一稀土的簡(jiǎn)單鹽類,近年來(lái)稀土鍍鉻添加劑的研究又前進(jìn)了一大步,開(kāi)發(fā)出了多種稀土復(fù)合添加劑。尤其是稀土在電沉積過(guò)程中的研究及應(yīng)用正日趨深入。在電鍍?nèi)芤褐屑尤肷倭康南⊥粱衔锖?可以改善鍍液的分散能力和深鍍能力,提高電鍍的電流效率,增加鍍層的硬度和耐蝕性能等[2]。不僅性能上有了大幅度提高,而且已由試驗(yàn)轉(zhuǎn)入了大批量的工業(yè)生產(chǎn),形成了系列產(chǎn)品。通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明,這是一項(xiàng)低溫、低電耗、低成本、低污染、高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高效率,經(jīng)濟(jì)效益顯著的新工藝。研究結(jié)果表明,鍍鉻技術(shù)中添加稀土主要有以下幾個(gè)方面的作用[3]:改善鍍層性能、改進(jìn)工藝條件、改善鍍液性能、提高經(jīng)濟(jì)效益。
稀土在鍍鋅及鋅基合金中的應(yīng)用研究也比較成功。微量的稀土加入鍍液可使鍍層晶粒細(xì)小、均勻、致密,從而提高鍍鋅層的耐蝕性能。在鋅鎳合金電鍍中,加入少量(小于1.0 g/L)硫酸鈰可以提高鍍液的電流效率,使鍍層中的含鎳量有所提高,鈰還有利于提高鋅鎳合金的陰極極化值,含鈰的鍍層在高溫高壓的鹽水中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能[4]。在鋁合金基體上鍍鎳的應(yīng)用研究中,利用熱沖擊法測(cè)得稀土有提高基體與鍍層結(jié)合強(qiáng)度的作用[5]。
在硫酸鹽體系中可獲得含鈷量小40％(質(zhì)量)的鎳。鈷合金鍍層,其共沉積過(guò)程屬于“異常共沉積”。在基礎(chǔ)鍍液中加入少量的稀土化合物,由于稀土化合物在陰極表面的特征吸附,降低了合金電沉積過(guò)程的陰極極化。在KOH溶液中,把合金作為電解陰極,在高電流密度區(qū)的析氫超電勢(shì),與Fe電極相比,Ni-Co電極的過(guò)電位降低約200mV,而Ni、 Co(RE)電極降低250mV左右,可見(jiàn)其對(duì)析氫反應(yīng)有較高的催化活性[6]。
稀土在鎳鐵合金電鍍方面的應(yīng)用研究,稀土元素對(duì)硫酸鹽型鎳鐵合金鍍液的影響[7]。在鍍液中添加Sm2O3和(PrNd)O3,所得到的赫爾槽試驗(yàn)結(jié)果表明,添加稀土氧化物可以使獲得光亮Ni-Fe合金的電流密度范圍拓寬。對(duì)多種稀土氧化物進(jìn)行這種試驗(yàn),其結(jié)果大體相同。從電流效率和分散能力的測(cè)定數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),稀土化合物的加入能提高陰極電流效率和鍍液的分散能力,但不同的稀土元素提高的程度不一樣。稀土化合物的加入同時(shí)起到了穩(wěn)定鍍液的作用。陰極極化曲線和掃描電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn),稀土化合物添加到鍍液中后,增大了Ni-Fe合金電沉積的陰極極化,并使獲得的Ni-Fe合金鍍層的結(jié)晶細(xì)致、平滑、光亮,故可提高鍍層的防護(hù)、裝飾性能。
天津大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系郭鶴桐等開(kāi)發(fā)的銀-氧化鑭復(fù)合材料具有硬度高、接觸電阻小和抗電蝕能力(耐電弧燒傷)強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)[8]。
在研究稀土元素影響金剛石工具的力學(xué)性能、磨損性能和工具的切割性能,及影響這些性能的主要相關(guān)因素中發(fā)現(xiàn),稀土元素對(duì)銅基胎體硬度的影響有緩慢上升的趨勢(shì),磨損失重隨鑭含量的增加而增加,使胎體的耐磨性降低。1)稀土La、Ce的作用相近,但La、Ce的使用量略有差異,二者都有既強(qiáng)化基體,又提高金剛石和胎體結(jié)合力的作用。2)La、Ce使結(jié)合劑的耐磨性降低,對(duì)工具的耐磨性影響不大。對(duì)工具來(lái)說(shuō),結(jié)合劑和金剛石的結(jié)合強(qiáng)度顯得更重要。3)La、Ce稀土元素可以提高工具的切割速度,提高工具上金剛石的出刃高度,最終使工具的切割性能提高。所有這些都以結(jié)合劑的適度磨損為前提,否則,其他的性能都不會(huì)發(fā)生[9]。
在熱壓燒結(jié)金剛石工具胎體材料中,將稀土在硬質(zhì)合金中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)移植到金剛石工具胎體材料中。同時(shí)將金剛石工具胎體材料配方中的Co基全部用Fe基代替。成功的制出了稀土Fe基金剛石工具材料,經(jīng)對(duì)其 實(shí)際使用性能的測(cè)試,其抗彎強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性均有較大幅度提高、孔隙率則有了明顯降低[10]。
在研究提高玻璃鋸片的切削性能方面,在胎體金屬粉中加入適量的稀土化合物,胎體對(duì)金剛石的把持力有所改善,同時(shí),增加了刀頭胎體材料的脆性,實(shí)現(xiàn)了金剛石與胎體的同步磨損,金剛石的脫落度明顯減小;切割速度比參比片提高了21.6%[11]。
在電鍍金剛石工具研制方面,添加稀土可以提高鍍層的耐磨性,添加量以1.0g/L為最佳,失重比從基本鍍液中獲得的鍍層降低了17.6%。鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示:添加稀土對(duì)于提高鍍層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度有明顯的作用。當(dāng)稀土添加劑的含量為1.0 g/L 時(shí),結(jié)合強(qiáng)度比基本鍍液的提高了17.4%左右。還有以Ni-Co配方為基礎(chǔ)鍍液電鍍金剛石工具,添加稀土元素的試驗(yàn),得出添加稀土元素的配方制成的胎體材料孔隙率明顯減少,鍍液的分散能力提高,深度能力提高等結(jié)論[12]。加入5g/L的LaCl3?7H2O可以使亮鎳鍍層晶粒得到較好的細(xì)化,可以提高亮鎳鍍層的硬度和鍍液的陰極極化能力,提高鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度和金剛石工具的磨削比[13]。
總之,稀土元素在電鍍中的應(yīng)用已取得了一些令人矚目的成果,但稀土化合物能否被當(dāng)作一種普遍適用的物質(zhì)--“工業(yè)味精”,能否應(yīng)用于更多的鍍種而相應(yīng)地產(chǎn)生特殊效果,僅憑目前人們對(duì)稀土在電鍍中應(yīng)用研究,還遠(yuǎn)不能作出明確的判斷。對(duì)許多鍍種來(lái)說(shuō),使用稀土元素已獲得明顯的效果,現(xiàn)在人們的工作只是提出了一些試驗(yàn)事實(shí),還缺乏對(duì)稀土元素作用的實(shí)質(zhì)性認(rèn)識(shí)。至于開(kāi)拓新的稀土功能鍍層的研究,無(wú)論工藝方面還是理論方面都很薄弱。因此,為了更有效地開(kāi)發(fā)利用我國(guó)豐富的稀土資源,以適應(yīng)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)新材料提出的各種要求,加強(qiáng)稀土電鍍工藝和機(jī)理的研究是很有必要。
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關(guān)鍵詞：金屬 腐蝕 措施
一、金屬材料的腐蝕
金屬材料的腐蝕，是指金屬材料和周圍介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的一種破壞現(xiàn)象。由于金屬材料的腐蝕可造成設(shè)備的跑、冒、滴、漏，污染環(huán)境，甚至發(fā)生中毒、火災(zāi)、爆炸等惡性事故以及資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。
按照金屬的腐蝕機(jī)理可以將金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩大類。不管是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)都是金屬原子被氧化轉(zhuǎn)化成金屬陽(yáng)離子的過(guò)程。
1.化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是指金屬與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞其腐蝕過(guò)程是一種純氧化和還原的純化學(xué)反應(yīng)，即腐蝕介質(zhì)直接同金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物。反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中沒(méi)有電流產(chǎn)生，其過(guò)程符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。
2.電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞。反應(yīng)過(guò)程同時(shí)有陽(yáng)極失去電子，陰極獲得電子以及電子的流動(dòng)，其歷程服從電化學(xué)的基本規(guī)律。電化學(xué)腐蝕又根據(jù)其電解質(zhì)溶液酸堿性的不同分為吸氫腐蝕和析氫腐蝕。
二、金屬材料的主要防腐措施
金屬材料化學(xué)性質(zhì)活潑，遇潮濕空氣易生銹或者遇酸堿等腐蝕性物質(zhì)易被腐蝕這些問(wèn)題都在一直困擾金屬建材生產(chǎn)商。金屬生銹或被腐蝕后除了棄之不用沒(méi)有其他辦法了嗎？金屬的防腐蝕一直是一個(gè)熱門話題，防腐蝕技術(shù)也在不斷提高，從在金屬表面涂抹其他材質(zhì)到電鍍?cè)俚郊尤肫渌哂芯徫g作用的緩蝕劑，金屬防腐蝕技術(shù)在穩(wěn)步前進(jìn)。對(duì)在腐蝕性介質(zhì)中的金屬材料及其制品，采用各種不同的防腐蝕技術(shù)，以延長(zhǎng)金屬制品的使用壽命，保證工藝設(shè)備的安全和順利運(yùn)行（見(jiàn)金屬腐蝕）。防腐蝕技術(shù)主要有下列幾類：
1.合理選材
合理選材這是防止和控制設(shè)備腐蝕的最普通和最有效的方法之一。選材務(wù)必做到：①了解環(huán)境因素和腐蝕因素，包括介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動(dòng)狀態(tài)、雜質(zhì)種類和數(shù)量、含氧量，以及有無(wú)固體懸浮物和微生物等；②研究有關(guān)資料數(shù)據(jù)；③按實(shí)際條件進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以獲得選材的可靠數(shù)據(jù)。由此了解材料的耐蝕性能及其工藝特性；④綜合考慮材料的耐蝕性和經(jīng)濟(jì)性；⑤考慮合適的防腐蝕措施。
根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕的能力。
2.形成保護(hù)層
表面防護(hù)金屬材料及其制品表面經(jīng)處理后形成防護(hù)層，可以使金屬表面與外界介質(zhì)隔開(kāi)，阻止兩者發(fā)生作用，同時(shí)還能取得裝飾性外觀。表面防護(hù)是防止或減輕基體金屬腐蝕應(yīng)用最普遍的方法。在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬氣腐蝕性質(zhì)隔開(kāi)，是防止金屬腐蝕的有效方法。表面防護(hù)層常見(jiàn)的有兩類：金屬鍍層和非金屬涂層。
金屬鍍層在金屬表面鍍層有下列方法：
2.1擴(kuò)散滲鍍又稱表面合金化處理
用熱擴(kuò)散的方法，使耐腐蝕的金屬或合金滲入基體金屬表面，與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物，這層耐蝕的表面稱為滲鍍層。滲鍍時(shí)把待鍍件埋置在由惰性填料、滲鍍金屬元素和鹵化物活化劑組成的包滲箱中，在氫氣或惰性氣氛中，于規(guī)定溫度條件下保持一定的時(shí)間，使?jié)B入的金屬與基體金屬互相擴(kuò)散，直到基體金屬表面形成合金覆蓋層。具有耐蝕性能的滲入元素通常為鋅、鋁、鉻、硅等，選擇哪一種取決于基體材料和耐蝕要求。如鋼滲鋁可形成表面含鋁25～30%的鐵鋁合金層，有很好的抗氧化和抗硫化性能。
2.2噴鍍借助于壓縮空氣或惰性氣體流用噴槍把熔融金屬噴射到金屬制品表面，形成防護(hù)性覆蓋層
這種方法常用于噴鍍高熔點(diǎn)金屬或難熔材料，或噴鍍大面積工件以及用于修復(fù)工件等。噴鍍的缺點(diǎn)是覆蓋層與基體金屬結(jié)合較差，覆蓋層疏松。常用的噴鍍方法有火焰噴鍍法、等離子噴鍍法等。
2.3電鍍利用直流電從電鍍液中電解析出金屬，并在作為陰極的工件表面沉積結(jié)晶，形成電鍍層。電鍍技術(shù)應(yīng)用廣泛，主要用于耐蝕、耐磨和裝飾的器件。
此外，還有熱浸鍍層、金屬包覆、真空鍍膜、氣相沉積和陰極濺射等表面防護(hù)技術(shù)。近來(lái)離子注入和激光非晶態(tài)表面處理等新技術(shù)也在迅速發(fā)展。
非金屬涂層常用于提高制品的耐蝕性和裝飾性。有機(jī)涂層有涂料（包括油漆）、塑料、橡膠等。無(wú)機(jī)涂層有搪瓷、玻璃等。
化學(xué)轉(zhuǎn)化膜也是非金屬涂層的一種，方法是把工件放入特定的化學(xué)溶液中通過(guò)電解或浸漬處理，使工件的金屬表面產(chǎn)生一種鍍膜?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜的主要類型有磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜、氧化物膜和陽(yáng)極氧化膜。
暫時(shí)性防護(hù)劑是在金屬制品運(yùn)輸和貯存時(shí)使用的。覆蓋層要能防銹而且能在使用前容易除去。常用的有油膜、可剝性塑料薄膜和揮發(fā)性緩蝕劑等。
環(huán)境（介質(zhì)）處理改變起腐蝕作用的介質(zhì)的性質(zhì)，以防止或減輕介質(zhì)對(duì)金屬制品或設(shè)備的腐蝕。這種方法只能在有腐蝕性的介質(zhì)的體積有限的條件下使用。環(huán)境處理可分為兩類：
