薄膜物理-CH6溶液镀膜法课件

溶液镀膜技术溶液镀膜是指在溶液中利用化学反应或电化学反应等化学方法在基片表面沉积薄膜的技术。溶液镀膜技术不需要真空条件，设备仪器简单，可在各种基体表面成膜，原料易得，在电子元器件、表面途覆和装饰等方面得到广泛应用。

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化学反应沉积

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Sol-Gel技术

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阳极氧化技术

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电镀技术

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LB技术溶液镀膜技术——化学镀膜★化学镀膜化学镀膜化学镀膜是指在还原剂的作用下，使金属盐中的金属离子还原成原子，在基片表面沉积的镀膜技术，又称无电源电镀。化学镀膜与化学沉积镀膜的区别：化学镀膜的还原反应必须在催化剂的作用下才能进行，且沉积反应只发生在基片表面上。化学沉积镀膜的还原反应是在整个溶液中均匀发生的，只有一部分金属在基片上形成薄膜，大部分形成粉粒沉积物。溶液镀膜技术——化学镀膜化学镀膜是在催化条件下的氧化还原过程。自催化催化剂是指能提供或激活化学反应，而本身又不发生化学变化的物质。自催化是指参与反应物或产物之一具有催化作用的反应过程。化学镀膜一般采用自催化化学镀膜机制，靠被镀金属本身的自催化作用完成镀膜过程。通常所谓的化学镀膜均是指自催化化学镀膜。溶液镀膜技术——化学镀膜由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。目前，化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。反应通式溶液镀膜技术——化学镀膜化学镀镍化学镀镍，又称无电解镀镍，是利用氧化还原反应，在工件表面沉积出非晶态Ni-P、Ni-P-B合金镀层的高新表面处理技术，已在电子、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。耐腐蚀性强，耐磨性好，表面硬度高；耐高温、低电阻、可焊性好；可镀形状复杂：工件形状不受限制，可处理较深的盲孔和形状复杂的内腔；被镀材料广泛：可在钢、铜、铝、锌、塑料、尼龙、玻璃、橡胶、木材等材料上镀膜。溶液镀膜技术——化学镀膜总反应式：溶液镀膜技术——化学镀膜化学镀Ni-P-B活塞化学镀Ni-P塑料模具

化学镀Ni-P铝质天线盒

溶液镀膜技术——化学镀膜多层PCB技术中的化学镀膜Layer1(Outer)Layer6(Outer)Layer2(Inner)Layer3(Inner)Layer4(Inner)Layer5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNERLAYERINNERLAYERCopper Laminate溶液镀膜技术——化学镀膜DrillingofBondedPanelLayer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Copper LaminateDrilledHole溶液镀膜技术——化学镀膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5LaminatingandImagingofExternalLayersUVsensitivefilmislaminatedovertopandbottomsurfacesofPCBItisthenexposedanddeveloped,leavinganexposedimageofthePCBpatternCopper溶液镀膜技术——化学镀膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Electro-platingProcess1AdditionalCoppertoallExposedSurfacesLaminatedFilmPlateAdditionalCopper溶液镀膜技术——化学镀膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5Electro-platingProcess2AddTinoverExposedCopperAreasLaminatedFilmAdditionalCopperTinPlating溶液镀膜技术——化学镀膜EtchProcess-RemoveExposedCopperCopperRemovedTinPlatingLayer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5溶液镀膜技术——化学镀膜Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5TinStrip-RemoveTinPlatingTinPlatingRemoved溶液镀膜技术——化学镀膜PCBisnowcompleteexceptforsurfacefinishesandpanelroutingLayer6Layer1ViaHoleSMDPadTracksTracks溶液镀膜技术——化学镀膜SolderMaskApplicationImage,DevelopandCureLayer6Layer1UVImage,DevelopandCure溶液镀膜技术——化学镀膜SurfaceFinishProcessLayer6Layer1ApplySoldertoExposedCopperAreas溶液镀膜技术——化学镀膜ComponentNotationSCL29624溶液镀膜技术——Sol-Gel技术

Sol-gel技术的优点高度均匀性；高纯度；可降低烧结温度；可制备非晶态薄膜；可制备特殊材料（薄膜、纤维、粉体、多孔材料等）溶液镀膜技术——Sol-Gel技术

Sol-gel技术的缺点原料价格高；收缩率高，容易开裂；存在残余微气孔；存在残余的羟基、碳等；有机溶剂有毒；工艺周期较长。溶液镀膜技术——Sol-Gel技术

Sol-gel技术制备薄膜的主要步骤复合醇盐的制备；成膜（匀胶、浸渍提拉）；水解和聚合；干燥；焙烧。溶液镀膜技术——Sol-Gel技术

Sol-gel法制备薄膜实例Sol-Gel技术制备TiO2薄膜：Sol-Gel技术制备SiO2薄膜：溶液镀膜技术——阳极氧化技术★阳极氧化技术

金属或合金在适当的电解液中作为阳极，并施加一定的直流电压，由于电化学反应在阳极表面形成氧化物薄膜的方法，称为阳极氧化技术。阳极氧化薄膜形成过程金属氧化：金属溶解：氧化物溶解：溶液镀膜技术——阳极氧化技术在薄膜形成初期，同时存在金属氧化和金属溶解反应。溶解反应产生水合金属离子，生成由氢氧化物或氧化物组成的胶态状沉淀氧化物。氧化膜镀覆后，金属活化溶解停止，持续氧化反应是金属离子和电子穿过绝缘性氧化物在膜表面形成氧化物。为持续由离子移动而构成的薄膜生长，需要一定强度的电场。此电场大约是7×106V/cm。溶液镀膜技术——阳极氧化技术阳极氧化薄膜特点采用阳极氧化法生成的氧化膜的结构、性质、色调随电解液的种类、电解条件的不同而变化。溶液镀膜技术——阳极氧化技术用阳极氧化法得到的氧化物薄膜大多是无定形结构。由于多孔性使得表面积特别大，所以显示明显的活性，既可吸附染料也可吸附气体。化学性质稳定的超硬薄膜耐磨损性强，用封孔处理法可将孔隙塞住，使薄膜具有更好耐蚀性和绝缘性。利用着色法可以便膜具有装饰效果。阳极氧化技术在微电子领域中的应用在电子学领域，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料受到广泛重视。这是因为它具有硅材料不具备的性能，并可制取特殊功能器件。使器件表面钝化薄膜、氧化膜、绝缘膜等。溶液镀膜技术——电镀法★电镀法电镀是指在含有被镀金属离子的水溶液中通入直流电流，使正离子在阴极表面沉积，得到金属薄膜的工艺过程。电镀系统的构成电解池的正极，即阳极，一般情况下由钛构成的，钛的上面有一层铂，以达到更好的导电效果。准备电镀的部件（基片）为负极。这里，关键的因素是电解质及电解液，它的组成会影响相关的化学反应和电镀效果。常见的电解质均为各种盐或络合物的水溶液。溶液镀膜技术——电镀法电镀过程的基本原理两个电极浸入电解液中，并连接外部直流电源；如果金属A与电解液的组合适当，金属A将溶解，形成金属离子A+；

在直流电流的驱动下，金属离子A+迁移到B；

在基片B，金属离子得到电子被还原。AB溶液镀膜技术——电镀法

Faraday定律（镀层厚度与时间和电流的关系）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溶液镀膜技术——电镀法电镀过程的特点膜层缺陷：孔隙、裂纹、杂质污染、凹坑等；上述缺陷可以由电镀工艺条件控制；限制电镀应用的最重要因素之一是拐角处镀层的形成；在拐角或边缘电镀层厚度大约是中心厚度的两倍；多数被镀件是圆形，可降低上述效应的影响。溶液镀膜技术——LB技术★Langmuir-Blodgett技术Langmuir-Blodgett技术（LB技术）是指把液体表面的有机单分子膜转移到固体衬底表面上的一种成膜技术。得到的有机薄膜称为LB薄膜。基本原理类似与表面活性剂。其分子具有两性基。亲水基：羧基（-COOH），醇基（-OH）等；增水基：烷烃基，烯烃基，芳香烃基等；溶液镀膜技术——LB法制膜技术CH3CH2COOH亲水基亲油基水溶液镀膜技术——LB法制膜技术单分子层的转移根据薄膜分子在基片上的相对取向，LB薄膜可分为X型、Y型、Z型三种类型。LB薄膜每层分子的亲油基指向基片表面溶液镀膜技术——LB法制膜技术LB薄膜每层分子的亲水基指向基片表面溶液镀膜技术——LB法制膜技术LB薄膜每层分子的亲水基与亲水基相连，亲油基与亲油基相连溶液镀膜技术——LB法制膜技术制膜技术和装置水槽刮膜板表面压传感器提膜装置溶液镀膜技术——LB法制膜技术

LB薄膜的特点优点：

LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点；很多材料都可以用LB技术成膜，

LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小和分子的层数；通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密度很低的LB薄膜；设备简单，操作方便。溶液镀膜技术——LB法制膜技术缺点：成膜效率低，

LB薄膜均为有机薄膜，包含了有机材料的弱点；

LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。溶液镀膜技术——LB法制膜技术

LB薄膜的应用

LB技术可以把一些具有特定功能的有机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，如有机绝缘薄膜、非线性光学薄膜、光电薄