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电镀的基本装置是一电化学电池由阴极


電鍍的基本裝置是一電化學電池由陰極、陽極、電源供應器、電鍍液所組成。

1) 陰極-放置基板或欲電鍍物,隨工件之種類可區分為:

i) 連續帶狀電鍍:以移動帶狀物為陰極,如鋼捲。

ii) 大量小型工件電鍍:置於滾桶。

iii) 大型工件:此個別的工件掛置於陰極。

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2) 陽極

消耗性陽極:由欲鍍到基板上的鍍層金屬製成,此陽極會在 電鍍過程中溶解,以提供電鍍所需之金屬離子。例如: 鍍錫使用之陽極塊或鍍鎳之鎳餅等。

非消耗性陽極:此種陽極只是單純作為電的通路並不會溶 解,如石墨、鉛及其合金,白金鈦網,鍍氧化物(如 氧化銠(RuO2) ,氧化銥(IrO2))之鈦網、不銹鋼。 電鍍所需的金屬離子是由電鍍液提供。例如於電子元 件的導線架鍍錫、鍍鎳。

3) 電鍍液-提供電鍍時電的通路、金屬離子及添加劑以控制電鍍層性質。 電鍍液於電鍍操作時一般藉機械攪拌或氣泡攪拌。

4) 電源供應器—可提供直流電或脈衝電流。

濺鍍是利用氬離子轟擊靶材,擊出靶材原子變成氣相並析鍍於基材上。濺鍍 具有廣泛應用的特性,幾乎任何材料均可析鍍上。

1) 濺鍍的優點與限制

i) 優點

a) 無污染

b) 多用途

c) 附著性好

ii) 限制

a) 靶材的製造受限制

b) 靶材的受損,如陶瓷靶材,限制了使用能量的範圍

c) 析鍍速率低

2) 濺鍍系統

i) 分類

a) 平面兩極式: 平面兩極式:靶材為負極,基材為正極

b) 三極式: 三極式:由陽極,陰極,外加電子源等三種電極所組成的系統。外加 電子源產生電場加速正極離子化的氣體分子。三極式系統不 能使用於反應性濺鍍,因為電子會影響反應氣體與污染燈 絲。

c) 磁控濺鍍: 磁控濺鍍:利用磁場作用提高濺鍍速率

反應濺鍍:將反應性氣體導入真空腔中,並與金屬原子產生化合物以 d) 反應濺鍍: 鍍著。

ii) 電流的分類

a) 直流電濺鍍-應用於導電基材與鍍層

b) 交流(或射頻)電濺鍍-應用於導電或非導電基材與鍍層

3) 濺鍍系統組合

i) 靶材

在濺鍍時,經電漿中的正離子轟擊,而析鍍於基材的鍍層材料;靶材通 常是陰極。

ii) 濺鍍的通量

濺鍍時的通量即為濺鍍原子的流量。流量原子的組成與經冷卻,且未產 生內擴散的靶材相同。同一靶材的所有材料之濺鍍速率大致相同。(然 而,蒸鍍的蒸鍍速率並不同)。

iii) 接地屏蔽

將離子侷限於僅轟擊與濺鍍靶材;避免靶材夾治具被濺擊。屏蔽與靶材 之間的距離必須小於暗帶 (dark space) 的厚度,因此,在高頻 (13.5MHz) 或高壓使用時,此距離較近。

iv) 擋板

設置在兩個電極之間的活動板 通常濺擊清潔靶材(靶材可能會在裝載或 。 操作時受到大氣的污染)時移置於靶材與基材之間。

v) 靶材的冷卻

當外加能量輸入系統,會使靶材的溫度提高,並損壞靶材與夾治具的結 合,因此必須冷卻。一般靶材都是用水冷卻之。

vi) 基材溫度的控制

利用電阻與光源等加熱。一般而言,基材的表面溫度會因輝光放電,而 高於塊材。

4) 絕緣體的濺鍍

絕緣薄膜可利用射頻濺鍍或反應濺鍍。若採用直流電濺鍍,將迅速造成表 面電荷堆積而無法濺鍍。

i) 射頻電濺鍍(RF Sputtering)

使用頻率為 13.56 MHz 的射頻電源,使靶材與鍍層表面能被離子與電子 交替的轟擊,以避免電荷的堆積。

ii) 射頻濺鍍的優點

a) 電子轟擊離子化的效率增高,且操作壓力比較低(<1mtorr)

b) 減少電弧(電弧的產生是由於粉塵或加熱蒸發的氣體)

iii) 反應濺鍍(Reactive spuutering)

將反應性氣體加入氬氣中,如 Ar + H2S,而與濺鍍原子,如鎘形成硫化 鎘。(例如,在氬氣加氮氣的環境下濺鍍鈦,會形成氮化鈦)。其可為直 流電或射頻反應濺鍍。

5) 磁控濺鍍(Magnetron Sputtering)

"Magnetron"意指"磁化的電子"(Magnetical Electron)

i) 優點與缺點

磁控濺鍍雖會增加濺鍍速率,相對地,亦會加速靶材的損耗。由於基材 與電漿間的距離較大,使基材較遠離電漿可在低的工作溫度進行濺鍍。

ii) 操作方法

由垂直的電場和磁場的結合組成。由於電磁的交互作用,促進電子集中 於靶材附近,以提升離子化效應如下圖所示。

a) 磁場會使負極表面形成電子的聚集處 離子會因受限的電子源的靜電 , 效應而聚集。

b) 電子能有效聚集於靶材的表面,使離子化效率提高並提高濺鍍速率。


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