1、表面處理技術,Abstract,PVD簡介 電鍍 電氣電鍍 陶瓷 噴漆 膠 陽極處理,Abstract,PVD簡介 電鍍 電氣電鍍 簡介 陶瓷 噴漆 膠 陽極處理,薄膜沈積(Thin Film Deposition) 簡介,在機械工業、電子工業或半導體工業領域，為了對所使用的材料賦與某種特性在材料表面上以各種方法形成被膜（一層薄膜），而加以使用，假如此被膜經由原子層的過程所形成時，一般將此等薄膜沈積稱為蒸鍍（蒸著）處理。採用蒸鍍處理時，以原子或分子的層次控制蒸鍍粒子使其形成被膜，因此可以得到以熱平衡狀態無法得到的具有特殊構造及功能的被膜。薄膜沈積是目前最流行的表面處理法之一，可應用於裝飾品、餐
2、具、刀具、工具、模具、半導體元件等之表面處理，泛指在各種金屬材料、超硬合金、陶瓷材料及晶圓基板的表面上，成長一層同質或異質材料薄膜的製程，以期獲得美觀耐磨、耐熱、耐蝕等特性。薄膜沈積依據沈積過程中，是否含有化學反應的機制，可以區分為物理氣相沈積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）通常稱為物理蒸鍍及化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）通常稱為化學蒸鍍。隨著沈積技術及沈積參數差異，所沈積薄膜的結構可能是單晶、多晶、或非結晶的結構。單晶薄膜的沈積在積體電路製程中特別重要，稱為是磊晶(epitaxy)。相較於晶圓基板，磊晶成長的半
3、導體薄膜的優點主要有：可以在沈積過程中直接摻雜施體或受體，因此可以精確控制薄膜中的摻質分佈(dopant profile)，而且不包含氧與碳等雜質。,薄膜沈積機制,薄膜的成長是一連串複雜的過程所構成的。圖（一）為薄膜成長機制的說明圖。圖中首先到達基板的原子必須將縱向動量發散，原子才能吸附(adsorption)在基板上。這些原子會在基板表面發生形成薄膜所須要的化學反應。所形成的薄膜構成原子會在基板表面作擴散運動，這個現象稱為吸附原子的表面遷徙(surface migration)。當原子彼此相互碰撞時會結合而形成原子團過程，稱為成核(nucleation)。 原子團必須達到一定的大小之後，才能
4、持續不斷穩定成長。因此小原子團會傾向彼此聚合以形成一較大的原子團，以調降整體能量。原子團的不斷成長會形成核島(island)。核島之間的縫隙須要填補原子才能使核島彼此接合而形成整個連續的薄膜。而無法與基板鍵結的原子則會由基板表面脫離而成為自由原子，這個步驟稱為原子的吸解(desorption)。PVD與CVD的差別在於： PVD的吸附與吸解是物理性的吸附與吸解作用 CVD的吸附與吸解則是化學性的吸附與吸解反應,物理氣相沈積（物理蒸鍍）（PVD）,PVD顧名思義是以物理機制來進行薄膜湚積而不涉及化學反應的製程技術，所謂物理機制是物質的相變化現象，如蒸鍍(Evaporation)，蒸鍍源由固態轉化
5、為氣態，濺鍍（Sputtering），蒸鍍源則由氣態轉化為電漿態。,物理氣相沈積（物理蒸鍍）（PVD）,PVD法係以真空、測射、離子化、或離子束等法使純金屬揮發，與碳化氫、氮氣等氣體作用，在加熱至400600（13小時）的工件表面上，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等110m厚之微細粒狀晶薄膜，因其蒸鍍溫度較低，結合性稍差（無擴散結合作用），且背對金屬蒸發源之工件陰部會產生蒸鍍不良現象。其優點為蒸鍍溫度較低，適用於經淬火高溫回火之工、模具。若以回火溫度以下之低溫蒸鍍，其變形量極微，可維持高精密度，蒸鍍後不須再加工。表（一）為各種PVD法的比較。 物理氣相沈積(Physical Vapor D
6、eposition，PVD)是今日在半導體製程中，被廣泛運用於金屬鍍膜的技術。以現今之金屬化製程而言：舉凡Ti、TiW等所謂的反擴散層(Barrier Layer)，或是黏合層(Glue Layer)；Al之栓塞(plug)及導線(Interconnects)連接，以及高溫金屬如WSI、W、Co等，都使用物理氣相沈積法來完成。雖然小尺寸的金屬沈積以化學氣相沈積為佳，但物理氣相沈積法可說在半導體製程上，仍扮演著舉足輕重的角色。,物理氣相沈積（物理蒸鍍）（PVD）,物理氣相沈積（物理蒸鍍）（PVD）,一般來說，物理氣相沈積法可包含下列三種不同之技術： (一) 蒸鍍(Evaporation) (二)
7、 分子束磊晶成長(Molecular Beam Epitaxy，MBE) (三) 濺鍍(Sputter)表（二）為此三種方法之比較。由於濺鍍可以同時達成極佳的沈積效率、大尺寸的沈積厚度控制、精確的成份控制及較底的製造成本。所以濺鍍是現今矽基半導體工業所唯一採用的方式，而且相信在可預見的將來，濺鍍也不易被取代。至於蒸鍍及分子束磊晶成長之應用，現在大約皆集中於實驗室級設備，或是化合物半導體工業中。,三種物理氣相沈積法之比較,蒸鍍(Evaporation)原理,蒸鍍是在高真空狀況下，將所要蒸鍍的材料利用電阻或電子束加熱達到熔化溫度，使原子蒸發，到達並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。 在蒸鍍過程中，基
8、板溫度對蒸鍍薄膜的性質會有很重要的影響。通常基板也須要適當加熱，使得蒸鍍原子具有足夠的能量，可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜。基板加熱至150以上時，可以使沈積膜與基板間形成良好的鍵結而不致剝落。,蒸鍍(Evaporation)原理,蒸鍍是在高真空狀況下，將所要蒸鍍的材料利用電阻或電子束加熱達到熔化溫度，使原子蒸發，到達並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。 在蒸鍍過程中，基板溫度對蒸鍍薄膜的性質會有很重要的影響。通常基板也須要適當加熱，使得蒸鍍原子具有足夠的能量，可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜。基板加熱至150以上時，可以使沈積膜與基板間形成良好的鍵結而不致剝落。,
9、濺鍍(Sputter)的原理,電漿(Plasma)是一種遭受部份離子化的氣體(Partially lonized Gases)。藉著在兩個相對應的金屬電極板(Electrodes)上施以電壓，假如電極板間的氣體分子濃度在某一特定的區間，電極板表面因離子轟擊(Ion Bombardment)所產生的二次電子(Secondary Electrons)，在電極板所提供的電場下，將獲得足夠的能量，而與電極板間的氣體分子因撞擊而進行所謂的解離(Dissociation，離子化(Ionization，及激發(Excitation)等反應，而產生離子、原子、原子團(Radicals)，及更多的電子，以維持電
10、漿內各粒子間的濃度平衡。,Abstract,PVD簡介 電鍍 電氣電鍍 陶瓷 噴漆 膠 陽極處理,電鍍基本原理與概念,電鍍之定義：電鍍(electroplating)被定義為一種電沈積過程(electrodepos- ition process)， 是利用電極(electrode)通過電流，使金屬附著於 物體表面上， 其目的是在改變物體表面之特性或尺寸。 電鍍之目的：電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit)，改變基材表面 性質或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨耗、提高 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止滲碳、氮化 、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。 各種鍍金
11、的方法：(1)電鍍法(electroplating) (2)無電鍍法(electroless plating) (3)熱浸法(hot dip plating) (4)熔射噴鍍法(spray plating) (5)塑膠電鍍(plastic plating) (6)浸漬電鍍(immersion plating) (7)滲透鍍金(diffusion plating) (8)陰極濺鍍(cathode supptering) (9)真空蒸著鍍金(vacuum plating) (10)合金電鍍 (alloy plating) (11)複合電鍍 (composite plating) (12)局部電鍍
12、(selective plating) (13)穿孔電鍍 (through-hole plating) (14)筆電鍍(pen plating) (15)電鑄 (electroforming),電鍍的基本知識,電鍍大部份在液體 (solution) 下進行，又絕大部份是由水溶 液 (aqueous solution) 中電鍍，約有 30 種的金屬可由水溶液進 行電鍍, 由水溶液電鍍的金屬有：銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd“ 、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W 等。有
13、些必須由非水溶液電鍍如鋰、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等。可油水溶液及非水溶液電鍍者有銅、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。電鍍的基本知識包括下 列幾項： (1)溶液性質。 (2)物質反應。 (3)化學式。 (4)電化學。 (5)界面物理化學。 (6)材料性質。 溶液(solution) 被溶解之物質稱之為溶質(solute)，使溶質溶解之液體稱之溶 劑(solute)。溶劑為水之溶液稱之水溶液(aqueous solution)。表 示溶質溶解於溶液中之量為濃度(concentration)。 在一定量溶劑 中，溶質能溶解之最大量值稱之溶解度(solubi
14、lity)。達到溶解度 值之溶液稱之為飽和溶液(saturated solution)，反之為非飽和溶 液(unsaturated solution)。 溶液之濃度，在工廠及作業現場，使用易了解及便利的重量百 分率濃度(weight percentage)。 另外常用的莫耳濃度(molal concentration)。,物質反應(reaction of matter),在電鍍處理過程中，有物理變化及化學變化，例如研磨、乾燥等為物理反應，電解過程有化學反應，我們必須充份了解在處裡過程中各種物理及化學反應及其相互間關係與影響。,電化學(electrochemistry),電鍍是一種電沉積( el
15、ectrodeposition )過程,利用電解體electrolysis)在電極(electrode)沉積金屬,它是屬於電化學之應用的一支。電化學是研究有關電能與化學能交互變化作用及轉換過程。 電解質(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有電解性質之溶液electrolytic solution)它含有部份之離子(ions),經由此等離子之移動(movement)而能導電。帶陰電荷朝向陽極(anode)移動稱之為陰離子(anion),帶正電荷朝向陰極(cathode)移動(migrate)者稱之為陰離子(cations)。這些帶電荷之粒子(particles)稱之為離子(io
16、ns)。放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極(anode),得到電子產生還元化應之電極稱之為陰極(cathode)。整個反應過程稱之為電解(electrolysis)。,界面物理化學,表面處理過程中，金屬會與水或液體接觸，例如水洗、酸浸、電鍍、塗裝、琺瑯等。要使金屬與液體作用，需金屬表面完全浸濕接觸，若不能完全接觸，則表面處理將不完全，無法達到表面處理的目的。所以金屬與液體接觸以介面物理化學性質對表面處理有十分重要的意義。,界面活性劑,溶液中加入某種物質，能使其表回張力立即減小，具有此種性質的物質稱之為界面活性劑。表面處理過程如洗淨、脫脂、酸洗等界面活性劑被廣泛應用對表面處理之光澤化、平滑化，
17、均一化都有相當幫助。,電鍍基礎,電鍍基礎可分下列幾項:1.電鍍的基本構成元素及工場設備。2.電鍍使用之電流。3.電鍍溶液。4.金屬陽極與金屬陰極。5.陽極袋。6.電鍍架。7.電鍍前的處理。8.電鍍工場設備。9.電鍍控制條件及影響因素。10.鍍浴淨化。11.鍍層要求項目。12.鍍層缺陷。13.電鍍技藝。14.金屬腐蝕。,電鍍的基本構成元素,外部電路，包含有交流電源、整流器、導線 、可變電阻、電流計、電壓計。 陰極、或鍍件(work)、掛具(rack)。 電鍍液(bath solution)。 陽極(anode)。 鍍槽( plating tank ) 加熱或是冷卻器(heating or col
18、ling coil )。,電鍍工廠設備,1.防酸之地板及水溝。2.電鍍糟及預備糟。3.攪拌器。4.整流器或發電機。5.導電棒、陽極棒、陰極棒、掛具。6.安培表、伏特表、安培小時表、電阻表。7.泵、過濾器及橡皮管。8.電鍍槽用之蒸氣、電器或瓦斯之加熱設備。9.操作用之上下架桌子。10.檢驗、包裝、輸送工件等各項設備、儀器。11.通風及排氣設備。,電鍍使用之電流,在電鍍中，一般都僅使用直流電流。交流電流因在反向電流時金屬沈積又再被溶解所以交流電流無法電沈積金屬。直流電源是用直流發電機或交流電源經整流器產生。直流電流是電子向一個方向流通，所以可以電沈積金屬。但在有些特殊情況會使用交流電流或其他種特殊
19、電流，用來改善陽極溶解消除鈍態膜、鍍層光層、降低鍍層內應力、鍍層分佈、或是用於電解清洗等。,電鍍溶液，又稱鍍浴（plating bath）,電鍍溶液是一種含有金屬鹽及其他化學物之導電溶液，用來電沈積金屬。其主要類別可分酸性、中性及鹹性電鍍溶液。強酸鍍浴是pH值低於的溶液，通常是金屬鹽加酸之溶液，例如硫酸銅溶液。弱酸鍍浴是pH值在25.5之間鍍浴，例如鎳鍍浴。鹹性鍍浴其pH值超過之溶液，例如氰化物鍍浴、錫酸鹽之錫鍍浴及各種焦磷酸鹽鍍浴。,鍍浴的成份及其功能,金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸銅。可分單鹽、 複鹽，及錯鹽。例如：單鹽：CuSO4；NiSO4複鹽：NiSO4；(NH4)2SO4醋鹽：N
20、a2Cu(CN)3 導電鹽：提供導電度，如硫酸鹽、氯鹽，可降低能量流費、鍍液熱蒸發損失，尤其是滾桶電鍍更需優良導電溶液。 陽極溶解助劑：陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離子，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽。 緩衝劑：電鍍條件通常有一定pH值範圍，防止pH值變動 而加緩衝劑，尤其是中性鍍浴(pH58)，pH值控制更為重要。 錯合劑：很多情況，錯鹽的鍍層比單鹽的鍍層優良，或防止置換沈積，如鐵上鍍銅，則需用錯合劑，或是合金電鍍用錯合劑使不同之合金屬電位拉近才能同時沈積得到合金鍍層。 安定劑：鍍浴有些會因某些作用，產生金屬鹽沈澱，鍍浴之壽命減短，為使鍍浴安定所加之藥品稱之為安定劑。 鍍層性質改
21、良添加劑：例如小孔防止劑、硬度調節劑、光澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑。 潤濕劑(wetting agent)：一般為界面活性劑又稱去孔劑。,鍍浴的準備,將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。 去除雜質。 用過濾器清除浮懸固體，倒入一個清潔電鍍槽內。 鍍浴調整，如pH值、溫度、表面張力、光澤劑等。 用低電流電解法去除雜質。,鍍浴的維持,定期的或經常的分析鍍浴成份，用化學分析法或 Hull試驗(Hull cell test)。 維持鍍浴在操作範圍成份，添加各種藥品。 去除鍍浴可能被污染的來源。 定期淨化鍍液，去除累積雜質。 用低電流密度電解法間歇的或連續的減低無機物污染。 間歇或連續的
22、過濾鍍浴浮懸雜質。 經常檢查鍍件、查看缺點。,金屬陽極,金屬陽極分為溶解性及不溶解性陽極，溶解性陽極用於電鍍上是為補充溶液中電鍍所消耗的金屬離子，是用一種金屬或合金鑄成、滾成、或沖製成不同形狀裝入陽極籃(anode basket)內。陽極電流密度必須適當，電流密度太高會形成鈍態膜，因而使陽極溶解太慢或停止溶解，形成不溶解陽極，產生氧氣，消耗鍍液金屬離子而必須補充金屬鹽。為了減小陽極電流密度，可多放些陽極， 或用波形陽極增加面積，或降低電壓。在酸性鍍浴可以用增加攪拌、增高鍍浴溫度、增加氯離子濃度、降低pH 來提高陽極容許電流密度。而鹼性鍍浴可用增加攪拌、增加自由氰化物(free cyanide)
23、的濃度，升高鍍浴溫度或升高pH值，也可將某種物質加入陽極內以減少因高電流密度的陽極鈍態形成。電鍍使用不溶解陽極用來做傳導電流，鍍浴金屬離子需用金屬鹽來補充，如金鍍浴中用不溶解之不銹鋼作為陽極，以金氰化鉀來補充。在鍍鉻中用不溶解之鉛陽極，以鉻酸補充鉻離子。不溶解陽極有二個條件，一是良好的導電體，二是不受鍍液之化學作用污染鍍浴及不受侵蝕。不溶性陽極可用在控制金屬離子過度積集在鍍糟內，在貴金屬電鍍，如黃金電鍍，用不銹鋼做陽極，可以代替金陽極，以減低投資成本或避免偷竊的困擾。不溶解陽極將引起強力的氧化，形成腐蝕問題及氧化鍍槽內物質，所以不能使用有機物添加劑。槽內之金屬離子必須靠金屬鹽來補充。,陽極袋（
24、anode bag）,陽極袋是一種有多細孔薄膜袋子，用來收集陽極不溶解金屬與雜質陽極泥，以防止污染鍍浴，阻止粗糙鍍層發生。陽極袋是用編織布縫成陽極形狀寬大適中，長度要比陽極稍長，材料需紮得緊，足夠收集陽極泥，不妨礙鍍浴流通，將陽極袋包住陽極並縛在陽極掛鉤上。在放進電電鍍浴之前，陽極袋要用熱水含潤濕劑中洗去漿水及其他污物，然後再用水清洗，並浸泡與鍍浴相同之pH的水溶液中，使用前需再清洗。酸性鍍浴的陽極袋可用棉織物，也可使用人造纖維。在高溫操作鹹性鍍浴可用乙稀隆材料陽極袋。,金屬陰極,金屬陰極是鍍浴中的負電極，金屬離子還元成金屬形成鍍層及其他的還元反應，如氫氣之形成於金屬陰極上。準備鍍件做電鍍需做
25、下面各種步驟：研磨、拋光、電解研磨、洗淨、除銹等。,電鍍之前處理,電鍍前之處理，稱之前處理(pretreatment)，包括下列過程： 洗淨：去除金屬表面之油質、脂肪、研磨劑，及污泥。可用噴射洗淨、溶劑洗淨、浸沒洗淨或電解洗淨。 清洗：用冷或熱水洗淨過程之殘留洗淨劑或污物。 酸浸：去除銹垢或其他氧化物膜，要注意防止基材被腐蝕或 產生氫脆。可加抑制劑以避免過度酸浸。酸浸完後要充份清洗。 活化：促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。 漂清：電鍍前立刻去除酸膜，然後電鍍。,電鍍掛架（rack）,電鍍掛架是用在吊掛鍍件及導引電流之掛架，其主要部份有： 1.鉤，使電流接觸導電棒。 2.脊骨，支持
26、鍍件並傳導電流。 3.舌尖，使電流接觸鍍件。 4.掛架塗層，絕緣架框部份，限制及導引電流通向鍍件。 電鍍掛架需有足夠的強度、尺寸、及導電性能通過的電流量足以維持電鍍操作。其決定尺寸的條件有 1.鍍件重量 2.電鍍的面積 3.每個掛架之鍍件數 4.鍍槽的尺寸 5.電鍍操作所需之最大電流，鍍架上之附屬設備如絕緣罩或輔助電極 7.鍍件及掛架最 大重量 電鍍掛架基本型式有 1.直脊骨型，是以垂直中央支持，用舌尖夾持鍍件，適小鍍件可用手來操作。 2.混合脊骨型，經常用在自動電鍍上，是用方型框架聯合平行及垂直骨架所構成夾持小鍍件。 3.箱型，這種掛架可以處理許多鍍件，需配備有自動輸送機、起重機、吊車等設備
27、。 4.型，係垂直中央支持，聯結許多垂直的交叉棒，此種適合手動及自動操作。,電鍍掛架（rack）,選擇電鍍掛架的決定因素有 1.電流量 2.強度 3.荷重限制 4.鍍件位置安排 5.空間限制 6.製造難易 7.維持費用及成本 電鍍掛架之電流總量為全部鍍件的有效面積乘於操作過程中之最大電流密度，有效面積係指要被電鍍部份的面積。鍍件應在不重要的部份如背面、孔洞、幽蔽處聯接電流。掛架之鍍件數目應依據設計的重量限制、鍍槽尺寸、良好電流分佈空間、直流電源之電量等決定。一般人力操作之鍍架安全限制重量是251b。由尺寸、形狀、移動距離可有所變動。舌尖必須具備足夠的硬度、導電度、不發生燒焦、孤光、過熱等現象。
28、鍍件重量能維持地心引力良好的接觸，否則用彈簧聯接。要能夠容易迅速上下架，並確保電流接觸。銅是最廣泛應用的掛架材料，因有好的導電性，容易成型，有適當強度。鋼與銅導電性比銅差，但較便宜。鋁掛架用在鋁陽極處理(anodizing)，其優點是輕。鎳鍍架耐腐蝕，可做補助電極。磷銅因它具有良好導電性，易彎曲及易製造易焊接故廣泛用做舌尖。電鍍掛架之脊骨用較堅強材料製成如硬的拉銅。電鍍架同時附帶有補助陽極加強供應電流稱之為雙極鍍架。除了補助陽極外，還有補助陰極，漏電裝置、絕緣罩等附加在電鍍掛架上以調整電流密度或引導電流進入低電流之隱蔽區域。,電鍍掛架（rack）,電鍍掛架在某些地方加以塗層絕緣，其目的有下列幾
29、項： 減少電鍍金屬之浪費。 限制電流進入要被電鍍之區域，減少電能損失。 減少鍍浴污染。 改進金屬披覆分佈。 減少電鍍時間。 延長鍍架壽命，防止鍍糟腐蝕。 鍍架有下列塗層材料可應用： 壓力膠帶：容易使用，易鬆脫損壞，適合短時應用或 臨時使用。 乙稀塑膠：良好黏性，可用於酸鹹各種鍍液。 尼奧普林：直接浸泡不需打底、熱烘乾、黏性好可用任何鍍浴，尤其適合使用於鉻電鍍。 空氣乾燥塑膠：不用塗底、浸泡或擦刷後空氣乾燥、 黏性優良，適宜各種電鍍浴。 橡皮：除鉻電鍍外其他鍍浴均可使用。 蠟：不能使用於強鹹及熱鍍浴。,電鍍掛架（rack）,電鍍操作過程鍍架使用注意事項： 鍍件需定位，與陽極保持相同距離，使電鍍層
30、均勻 ，防止鍍液之帶出(drag-out)損失及帶入(drag-in)污染鍍液。 鍍件安排要適當，要使氣泡容易逸出，稍傾斜放置鍍件。 空間安排，避免鍍件相互遮蔽。 堅固接觸，防止發燒、孤光等現象發生。 防止高電流密度的形成，如尖、邊緣、角等處必須適當應用絕緣罩或漏電裝置。 使用陽極輔助裝置或雙極鍍架，應小心調整以確保適當電流分佈。 鍍架應經常清洗，維持良好電流接觸，去除舌尖附著之金屬，塗層有損壞需之即修理、操作中隨時注意漏電，鍍浴帶出損失及帶入污染等現象。,電鍍控制條件及影響因素,1.鍍液的組成。 12.覆蓋性。 2.電流密度。 13.導電度。 3.鍍液溫度。 14.電流效率。 4.攪拌。 1
31、5.氫過電壓。 5.電流波形。 16.電流分佈。 6.均一性。 17.金屬電位。 7.陽極形狀成份。 18.電極材質及表面狀況。 8.過濾。 19.浴電壓。 9.pH值。 10.時間。 11.極化。,電鍍控制條件及影響因素,鍍液的組成：對鍍層結構影響最大，例如氰化物鍍浴或複鹽鍍浴的鍍層，要比酸性單鹽的鍍層細緻。其他如光澤劑等添加劑都影響很大。 電流密度：電流密度提高某一限度時，氫氣會大量析出，電流效率低，產生陰極極化作用，樹枝狀結晶將會形成。 鍍浴溫度：溫度升高，極化作用下降，使鍍層結晶粗大，可提高電流密度來抵消。 攪拌：可防足氫氣停滯件表面形成針孔，一般攪拌可得到較細緻鍍層，但鍍浴需過濾清潔
32、，否則雜質因攪拌而染鍍件表面產生結瘤或麻點等缺點。 電流型式：應用交通電流，週期反向電流(PR)電流、脈沖電流等特殊電流可改進陽極溶解，移去極化作用的鈍態膜，增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層內應力、或提高鍍層均一性。,電鍍控制條件及影響因素,均一性(throwing power)：或稱之投擲力，好的均一性是指鍍層厚度分佈均勻。均一性的影響因素有： 幾何形狀：主要是指鍍槽、陽極、鍍件的形狀。分佈位置空間、陰陽極的距離、尖端放電、邊緣效應等因素。 極化作用：提高極化作用可提高均一性。 電流密度：提高電流密度可改進均一性。 鍍浴導電性：導電生提高而不降低陰極極化作用太多則可提高均一性。 電流效率：降
33、低電流效率可提高均一性。 所以要得到均勻鍍層的方法有： 良好的鍍浴成份，改進配方。 合理操作，表面活生化均勻。 合理鍍裝掛，以得到最佳電流均勻分佈，防止析出氣體 累積於盲孔或低窪部分。 調節陰陽極間之距離及高度。 應用陽極形狀善電流分佈。 加設輔助電極、輸電裝置、絕緣屏障等改進電流分佈。 應用沖擊電流、在電鍍前用較大電流進行短時間電鍍。,電鍍控制條件及影響因素,陰陽極形狀、成份及表面狀況影響很大，如鑄鐵和高矽鋼的材料氫過電小，電鍍時大量氫氣析出，造成覆蓋性差、起泡、脫皮等缺陷，不銹鋼材料，鋁、鎂及合金類易氧化的材料，不易得附差性良好鍍層。表面狀況如有油污、銹皮等鍍層不可能附著良好，表面粗糙也難
34、得到光澤鍍層。陽極與陰極形狀也會影響鍍層。 過濾：如陽極泥、沈碴等雜質會影響鍍層如麻點、結瘤、粗糙的表面，也會降低鍍層之防蝕能力，所以必須經常過慮或連續性過慮固體粒子。 pH值會影響鍍浴性質，如氫氣的析出、電流效率、鍍層硬度及內應力，添加劑的吸收，錯合離子的濃度都有相當的影響。 時間為控制鍍層厚度的主要因素，電流效率高，電流密度大所需電鍍時間就少。,電鍍控制條件及影響因素電鍍控制條件及影響因素,極化(polarization)：電鍍時電極電位發生變化產生一逆電動勢，阻 礙電流叫做極化作用，克服極化作用的逆電動勢所需增加電壓稱之過電壓。極化作用對電鍍的影響： 有利於鍍層細緻化。 有利於改進均勻性
35、，使鍍層厚度均勻分佈。 氫氣析出增加，降低電流效率和鍍層之附著力，會產生起泡、脫皮現象。 不利陽極溶解，消耗電力、浴溫增高、鍍浴不安定。 影響極化作用的因素有： 電鍍浴組成，如氰化物鍍浴之極化作用大，低濃度之鍍浴極化作用較大。 電流密度，電流密度愈大極化作用愈大。 溫度愈高，極化作用愈小。 攪拌使離子活性增大而降低極化作用。,電鍍控制條件及影響因素,覆蓋性：是指在低電流密度下仍能鍍上之能力，好的覆蓋性，在鍍件低凹處仍能鍍上金屬。它與均一性意義不同，但一般好的均一性則也有好的覆蓋性，而覆蓋性不好的則均一性一定也不好。 導電度：提高鍍浴導電度有利於均一性，鍍液的電流係由帶電離子輸送，金屬導體是由自
36、由電子輸送電流，二者方式不相同，電解液的導電性比金屬導體差，其影響因素有： 電解質的電離度、離子之活度：電離度愈大其導電性愈好，強酸強鹹電離度都大；所以導電性好，簡單離子如鹽酸根離子較複雜離子如磷酸根離子活度大，所以導電性較佳。 電解液濃度：電解質濃度低於電離度時，濃度增加可提高導電度，如濃度已大於電離度時，濃度增加反而導電性會降低。例如硫酸之水溶液在1530時導電度最高。 溫度：金屬的導電度與溫度成反比，但是電解液的導電度與溫度成正比，因溫度升高了離子的活度使導電性變好，同時溫度也可提高電離度，因可提高導電度，所以電鍍時常提高溫度來增加鍍浴的導電度以增高電流效率。,電鍍控制條件及影響因素,電
37、流效率：電鍍時實際溶解或析出的重量與理論上應浴解或析出 的重量的百分比數為電流效率。可分為陽極電流效率及陰極電流效率。電流密度太高，陽極產生極化，使陽極電流效率降低。若陰極電流密度太大也會產出氫氣減低電流效率。 氫過電壓：電鍍金屬中，鋅、鎳、鉻、鐵、鎘、錫、鉛的電位都比氫的電位要負，因此在電鍍時，氫氣會優先析出而無法電鍍出這些金屬，但由於氫過電壓很大，所以才能電鍍這些金屬。然而某些基材如鑄鐵或高矽鋼等之氫過電壓很小，也就較難鍍上，需先用銅鍍層打底而後再鍍上這些金屬。氫氣的產生也會造成氫脆的危害，同時電流效率也較差，氫氣也會形成針孔，所以氫氣的析出對電鍍都是不利的，應設法提高氫過電壓。 電流分佈
38、：為了提高均一性，電流分佈將設法改善。如用相似陰極形狀的陽極，管子的中間插入陽極，將陽極伸入電流不易到達的地方，使用雙極(bipolar)電極將電流分佈到死角深凹處，使難鍍到地方也能鍍上。在高電流密度區如尖角、邊緣則可用遮板，輸電裝置避免鍍得太厚浪費或燒焦鍍層缺陷。,電鍍控制條件及影響因素,金屬電位；通常電位越負則化學活性愈大，電位負的金屬可把電位正的金屬置換析出，如鐵、鋅可以把銅從硫酸銅液液析出置換出來產生沒有附差性的沈積層。在電鍍浴中若同時有幾種金屬離子，則電位正的金屬離子先被還原析出。相反地電位負的金屬先溶解。 電極材質及表面狀況對氫過電壓影響很大，光滑表面的過電壓較大，不同材質有不同氫
39、過電壓，金屬鉑的氫過電壓最小。 浴電壓：依鍍浴組成，極面積及形狀、極距、攪拌、溫度、電流濃度等而不同。一般在912，有高到15。,鍍浴淨化,由於雜質污染，操作過久雜質累積，故必須經常淨化鍍浴，其主要的方法有： 1.利用過濾材去除固體雜質。 2.應用活性炭去除有機物。 3.用弱電解方法去除金屬雜質。 4.可用置換、沈澱、pH調整等化學方法去除特殊雜質。,鍍層要求項目,依電鍍的目的鍍層必須具備某些特定的性質，鍍層的基本要求有下列幾項： 密著性(adhesion)，係指鍍層與基材之間結合力，密著性不佳則鍍層會有脫離現象，其原因有： 表面前處理不良，有油污、鍍層無法與基材結合。 底材表面結晶構造不良。
40、 底材表面產生置換反應如銅在鋅或鐵表面析出。 緻密性(cohesion)，係指鍍層金屬本身間之結合力，晶粒細小，無雜質則有很好的緻密性。其影響的因素有： 鍍浴成份 電流密度 雜質，一般低濃度浴，低電流密度可得到晶粒細而緻密。 連續性(continuity)，係指鍍層有否孔隙(pore)，對美觀及腐蝕影響很大。雖鍍層均厚可減少孔隙，但不經濟，鍍層要連續，孔率要小。,鍍層要求項目,均一性(uniformity)，是指電鍍浴能使鍍件表面沈積均勻厚度的鍍層之能力。好的均一性可在凹處難鍍到地方亦能鍍上，對美觀、耐腐蝕性很重要。試驗鍍浴之均一性有Haring電解槽試驗法、陰極彎曲試驗法、Hull槽試驗法。
41、 美觀性(appearence)，鍍件要具有美感，必須無斑點，氣脹缺陷，表面需保持光澤、光滑。可應用操作條件或光澤劑改良光澤度及粗糙度，也有由後處理之磨光加工達到鍍件物品之美觀提高產品附加價值。 應力(stress)，鍍層形成過程會殘留應力，會引起鍍層裂開或剝離 ，應力形成的原因有： 晶體生長不正常 雜質混入 前處理使基材表面變質妨磚結晶生長。 物理、化學機械特性如硬度、延性、強度、導電性、傳熱性、反射性、耐腐蝕性、顏色等。,鍍層缺陷,鍍層的缺陷主要有： (1)密著性不好 (2)光澤和平滑性不佳 (3)均一性不良 (4)變色 (5)斑點 (6)粗糙 (7)小孔 缺陷產生的原因有： (1)材質不
42、良 (2)電鍍管理不好 (3)電鍍工程不完全 (4)電鍍過程之水洗、乾燥不良 (5)前處理不完善,Abstract,PVD簡介 電鍍 電氣電鍍 陶瓷 噴漆 膠 陽極處理,希望獲得與鋁鎂合金相近的強度及剛性,同時又需提高產量時 需要比鋁鎂合金重量更輕時 需要在薄殼的設計上外觀形狀的自由度更高時 需要EMI的遮蔽特性時,以碳纖材料加上電氣電鍍的製程建議,CF材料+電氣電鍍加工方式,塑膠的缺點以電鍍(金屬膜)克服,提升剛性 提升衝擊強度 加強散熱性,善用原本塑膠的特性,量產性 重量輕 模具壽命長 形狀自由度高 電鍍以後EMI的特性相當好 較鋁鎂合金件價格便宜,鋁鎂合金的問題點,二次加工的製程數多 去
43、毛邊, 表面補土, 壓制變形, BOSS等的機械加工很多 防鏽處理（化成處理） 塗裝性模具費用約塑膠鋼模的1.5 2倍 二次加工之複雜度是塑膠的數倍成型100,000模以上無法穩定量產並沒有確定的方法可做recycle (僅是標榜可recycle) 化成處理時使用6價鉻酸 (會殘留於成品上) 粉塵爆炸 形狀的自由度受限, 量產性, 價格, 模具壽命, 環保問題, 製品形狀,Metallized composite,碳素纖維強化樹脂 （PC/ASACF）,電氣電鍍,無電解電鍍,塗裝,【construction】, 用於液晶外框 CF10%,用於按鍵外框 ,電氣電鍍+碳纖材料的使用例,輕便型NB外
44、殼肉厚1.2mm CF10% 主要的三大件採用,與鎂合金的特性作比較, 上述物性會因電鍍膜厚、及組成（成分比率）不同而有所變化。,建議材料的物性,電氣電鍍+碳纖材料使用實例,肉厚0.8mm用於LCD後蓋及主機下蓋 兩件,NTT Docomo 保護LCD的HOLDER,取代原本的 鋁鎂合金,Impact strength,散熱性,散熱性提高了。, 下記物性值因鍍膜厚度、鍍膜組成（成分比率）不同而變化,散熱提升2倍,單用碳纖材料使用例,用於世界最輕的NB上蓋,採CF13%的EMI及剛性 用於相機的外殼,RECYCLE方法,電鍍品的回收方式 PLASMA放電方式 在電極與金屬膜之間放電。 利用放電時
45、的衝擊將電鍍層剝離。 此為日本松下所開發及應用之技術。 溶解方法 以酸液將電鍍層溶解。 粉碎方式 以粉碎機的力量將其剝離 粉碎後再利用其靜電將塑膠及金屬分離。 當作燃料回收 與塑膠的廢料相同,送到煉鋼廠,替代重油作為燃料燃燒 燃燒後其殘留的金屬將作為製鋼原料在爐內溶解(銅除外),電鍍層分離技術 液化氮的應用,回收方式比較,電鍍製程的環保問題,電鍍製程中所使用的鉻酸不會殘留於成品表面 製程所使用的鉻酸、會還原為無害的三價鉻。 可對應於歐洲WELL、RoHS規範。 使用強化電鍍的NB機種貼上環保綠色標籤販賣。 今後會以汽車工業為中心,開發無鉻電鍍製程。,電氣電鍍製造廠,製造廠（模具成型噴漆組立）
46、大陸 大昶（蘇州） 電鍍廠 大陸 樺瑋電子科技（蘇州） 材料 UMG生產電氣電鍍專用材料 台灣生產 成型（朝昶）、電鍍（金藝）、噴漆、組立（三立） 技術支援 INOAC Corporation（日本）,Abstract,PVD簡介 電鍍 電氣電鍍 陶瓷 噴漆 膠 陽極處理,陶瓷種類,陶瓷材料就組成而言,大分為傳統陶瓷及精密陶瓷. 傳統陶瓷指利用黏土, 長石, 石英 所做成的三軸胚體, 這類陶瓷多用在我們日常生活之中, 如: 碗, 盤, 衛浴 等 用 品, 而精密陶瓷是指用純度高, 組成確定的陶瓷原料, 在高度控制下所做成的陶瓷產品, 這 類產品有氧化鋁, 氧化鋯 , 氮化矽,碳化矽及鈦酸鋇等所
47、做成的產品, 目前已漸漸的用 在工程上. 陶瓷材料具有以下特色 : 高彈性係數/重量比值 高硬度 高壓縮強度/重量比值 低介電損失係數 具寬廣的熱傳倒係數 低熱膨脹係數 高溶點 具化學穩定性 大量存在地表上 有些陶瓷具超導性 因以上這些特色使陶瓷的重要性, 漸漸為工業界所重視, 且利用陶瓷特殊的 光,電,熱及 機械性質, 開發出許多新產品用於工程上. 但陶瓷也有其缺點 - 太脆, 在改善陶瓷的韌 性方面, 陶瓷界已有了進展, 如陶瓷複合材料的開發, 即可改善陶瓷的韌性.,陶瓷種類,歷史相當短,約25年歷史,第一件用精密陶瓷做的產品是一把剪刀 可分三大方向來討論 生醫:人工牙齒,人工骨骼等 功能
48、:電子陶瓷,多用在機構內部,如電熔,電阻,電桿等 結構: (1)在結構中分為單晶,非單晶(又稱多晶) (2)也可分為氧化物,與非氧化物 (3)其中氧化物中有兩個產品,氧化鋁Al2O3單晶,和氧化鋯ZrO2是目前應用在鐘錶上,3C產品上的主要產品,陶瓷種類,精密陶瓷與金屬的比較有下列優點 不導電 抗磁 不生銹精密陶瓷的製程是“成型“,“燒結“,“加工“,“檢查“精密陶瓷的弱點在於強度不夠,需要用厚度來加強精密陶瓷的表面處理有相當多種,材料的混合性也不錯，可以把金屬跟陶瓷混在一起,表面處理有一種特殊的鍍膜方式叫做“鑽石鍍膜”,也就是鍍“碳”上去,在邊緣會產生一些彩色的炫染效果。 陶瓷是脆性材料,
49、而脆性材料的強度可以 Griffith 定律描述 : s = KIC/ YC0.5 其中s 為強度, KIC 為韌性, Y 為常數, C 為缺陷大小.此定律顯示缺陷愈大, 強度愈低, 故當陶瓷材料中的缺陷大小不同, 則強度就會不一樣,陶瓷製程,陶瓷材料的製程, 影響陶瓷材料的微結構, 而微結構影響了陶瓷材料的性質. 而為了改善陶瓷材料的性質, 唯有改變製程, 故製程 - 微結構 - 性質三者 之間密不可分, 而這三者也構成了整個陶瓷科學的主幹, 現就陶瓷製程的基本概念及流程簡單介紹如下: 如前所述, 陶瓷材料具有硬度高, 熔點高等特色, 使得陶瓷材料的製造方式不同於金屬及高分子材料, 例如:
50、因陶瓷的熔點高, 故起始原料必須在熔點以下熱處理, 使陶瓷顆粒互相連結在一起並進而達到緻密化, 在陶瓷界我們稱這種熱處理為燒結. 燒結的相關理論請見補充資料部分.,陶瓷製程,原料選擇 原料: 黏土, 燧石, 長石, 氧化鋁, 氧化鋯, 碳化矽, 氮化矽, 鈦酸鋇等.變數: 純度,化學組成,粉末尺寸,形狀,數量及分怖. 粉體製備 固態反應法, 化學共沉法, 溶膠凝膠法 (sol-gel method) 等製粉方法. 變數: 添加成形助劑(黏結劑, 分散劑,潤滑劑等) , 研磨混合, 煆燒(脫溶劑) 溫度曲線, 乾燥方式. 生坏成形 單軸加壓法, 注漿成形 (slip casting), 擠出成形
51、, 刮刀成形(tape casting), 冷均壓法, 射出成形(injection molding) 變數: 脫除有機物( 如黏結劑等) 或生坏粗加工. 燒結 常壓燒結, 氣氛燒結, 熱壓燒結, 快燒, 反應燒結, 熱均壓燒結 (hot-isostatic-pressing) 變數: 燒結曲線, 線收縮率 加工 切削, 研光(lapping), 拋光, 雷射加工, 放電加工及蝕刻加工. 結合 陶瓷/金屬接合, 擴散鍵結, 金屬噴敷 (metallizing), 玻璃結合. 極化處理 電子功能應用 性能測試 破壞性 - 機械, 熱學及化學性質. 非破壞性 - 電性, 磁性及光學性質. 顯微結構 - X 光繞射, 超音檢測, 電子顯微鏡觀察.,
