PTC-PTC.com

 

恒温加热用液体加热用空气加热用低电压加热过流保护用延时启动用


 
   首    页
   网站简介
   基础知识
   专业术语
   应用案例
   技术交流
   常见问题
   咨询电话

 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

               PTC化学镀镍工艺


    化学沉积镍是一种广泛应用的镀镍方法〔1〕。因其能和半导体陶瓷形成良好的欧姆接触,且成本比烧渗Ag-Zn电极的低,而成为目前常用的一种半导瓷的电极形成方法〔2〕。由于半导瓷的种类不同,化学沉积镍电极的工艺和配方也有一定的差异。本文主要讨论在PTC 陶瓷上进行化学沉积镍电极的工艺。

   
1 化学镀液成分及工艺条件
    1.1 镀液成分
    目前使用最广泛的镀镍溶液是以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀液,其中又有酸性和碱性之分。酸性镀液所获镀层结合力强、孔隙率低、耐蚀性好,因而被广泛使用〔3,4〕。本文着重讨论酸性镀液,其主要成分如下:
    (1)镍盐 镍盐是镀液中的主要成分,一般使用硫酸镍和氯化镍。考虑到PTC 陶瓷的后续被覆表层银工艺,本研究选用硫酸镍。实验发现,镍离子浓度提高时,沉积速度加快,但高到一定程度时,易产生亚磷酸镍沉淀,导致镀液稳定性下降。实验结果表明,镀液中的镍离子浓度以0.05~0.10 mol/L为佳(见表1)。

表1 硫酸镍和次亚磷酸钠浓度对化学沉积镍的影响

0901.gif (341 bytes)

0902.gif (475 bytes)

0903.gif (585 bytes)

镀层外观

镀液稳定性

0.03

0.05

4.3

光亮

稳定

0.05

0.10

7.5

光亮

稳定

0.05

0.15

10.1

稍暗

稳定

0.05

0.17

12.8

稍暗

稳定

0.05

0.20

13.0

灰白

有自分解

0.08

0.30

13.5

灰暗

稳定

0.10

0.25

13.5

灰暗

稳定

0.10

0.30

14.2

灰暗

稳定

0.10

0.40

14.9

灰暗

稳定

0.10

0.50

15.4

灰白

有自分解

0.15

0.60

17.5

灰白

有自分解

0.20

1.00

19.0

灰白

有自分解

注: 测试条件:敏化45℃,活化5 min,络合剂浓度0.1 mol/L,施镀温度80℃。

    (2) 还原剂 化学沉积镍实际上是一个氧化还原过程,还原剂起着相当重要的作用。  通常使用的还原剂有很多种,本研究选用次亚磷酸钠,其用量取决于镍盐的浓度。镍盐的浓度增大时,沉积速度加快,但镀液的稳定性也随之下降,出现自分解现象。综合考虑最后所获镀件的电性能等因素,化学镀液中[Ni2+]与[H2PO2-]之比应维持在0.3~0.5之间,即次亚磷酸盐的浓度为0.10~0.35 mol/L,可获得较为合适的镀速、稳定的镀液和电极与瓷体接触良好的元件(见表1)。
    (3)络合剂 随着化学镀镍过程的进行,镀镍液中的镍离子不断被还原,同时次亚磷酸根也不断被氧化成H2PO3-,当生成的H2PO3- 的浓度足够大时,就容易与镀液中的镍离子相互作用,形成亚磷酸镍沉淀,引起镀液自分解。为了控制镀层质量和避免镀液分解,通常采用加入络合剂的方法。络合剂可以和Ni2+形成稳定的络合物,降低镀液中的游离Ni2+的含量,抑制亚磷酸镍沉淀的生成,使镀液的稳定性得到提高,常用的络合剂有丁二酸、乙酸、羟基乙酸、苹果酸及其盐类。
    实验结果表明,单一络合剂的效果不如混合络合剂的好。本研究采用自行配制的混合络合剂,其浓度与稳定电位及镀速的关系如表2所示。

表2 络合剂浓度与稳定电位的关系及其对镀速的影响

0904.gif (701 bytes)

0905.gif (567 bytes)

0906.gif (504 bytes)

0

-290

0.50

0.025

-295

5.78

0.050

-300

8.25

0.100

-320

10.30

0.150

-320

12.80

0.200

-320

14.70

注:测试条件:敏化 45℃,活化 5 min,[Ni2+]与[H2PO2-] 0.1 mol/L, 施镀温度 80℃

    (4)稳定剂 为控制镍离子的还原和使还原反应只在PTC 瓷体表面上进行,抑制镀液的自发分解,镀液中加入了微量的稳定剂。
    (5)pH值的控制  在化学沉积Ni电极过程中, 随着镍的不断被还原, 氢离子浓度越来越大, 镀液的pH值逐渐降低。pH值的降低又阻碍了沉积的进行。当沉积液的pH值小于4时,沉积速度明显降低以致几乎观察不到沉积反应的进行。事实上在酸性较大的体系中,沉积的镍也有可能被溶解,因此有必要在镀液中加入适量的缓冲剂来控制pH值的变化,使其维持在5~6。
    (6)沉积温度 温度是影响化学镀镍沉积速度的重要因素之一。化学沉积镍合金是一个吸热过程,当温度较低(<50℃)时,化学沉积几乎停止。随温度升高,反应速度加快。实验表明,温度在75~90℃范围可获得最佳沉积效果。
    1.2 PTC 陶瓷化学沉积镍工艺
    本研究使用6.8 mm× 1.65 mm和19.8 mm ×1.85 mm的PTC 陶瓷为基体,沉积工序为:去油→超声清洗→SnCl2敏化→PdCl2活化→次亚磷酸钠溶液中预镀→施镀→热处理。


    2 沉积层的化学成分和微观结构
    非金属元素磷的原子半径(0.110 nm)与金属镍(0.125 nm)相差甚大,当磷含量较低时,主要以固溶体形式存在于镀层中,成为镍的饱和固溶体。磷含量低于7%的沉积层为晶态过饱和固溶体。随着沉积层中磷含量的增加,镍的面心立方结构容纳不了磷原子,晶格受到扰乱,沉积层逐渐失去晶态特征,转变为非晶态结构。

0910.gif (5567 bytes)0911.gif (5518 bytes)0912.gif (5665 bytes)
0913.gif (5650 bytes)0914.gif (5771 bytes)0915.gif (5435 bytes)

图 1 沉积镍层生长过程SEM照片(2 000×)
1——镀层;2——镀液低浓度区;
3——镀液;4——正在形成的镀层
(a)沉积镍层断面示意图

0908.gif (2260 bytes)

(b)沉积镍层表面示意图

0909.gif (9796 bytes)

图2 沉积镍层的生长机理模型

    将预处理后的试样置于化学镀镍溶液中,经约30 s的诱导期后,金属镍层迅速地沉积在瓷片上。用扫描电镜对施镀1、3、5、10和20 min的样品进行分析。 磷含量在8.5%~9.0 %的样品的镀层形貌如图1(a)~(f)所示。照片中,除(f)为侧面照片外,其余均为表面照片。照片中的颗粒为PTC 陶瓷晶粒。陶瓷晶粒上小米粒状亮点为沉积的镍核。从镀层形貌图可以看出:(a)中的镍核很少;(b)中的亮点已增多,增大;(c)中生长的镍核一部分已连成镍岛;(d)中的镍层已基本覆盖陶瓷表面;(e)中的镍层已包覆整个陶瓷表面,部分区域已增厚。这说明PTC 陶瓷基体上镍的还原沉积,首先发生在具有催化活性,即经活化吸附有钯原子晶核的地方。镍还原后先形成不规则分布的三维核,而后持续生长。生长方向既有横向的,也有纵向的。纵向上,在已形成镀层的地方因发生还原反应而使镀液浓度下降,再进行还原反应较难,因此最初以横向生长为主。当核长大到一定程度时,相互结合成“小岛”,“小岛”接触后,形成“大岛”和网络,进而形成连续的镍层,但仍存在个别空白区;接着开始纵向生长,镍层按叠层生长方式加厚。沉积层的生长机理如图2示。
    Ni-P合金镀层经热处理后,其结构发生变化。随处理温度升高逐渐晶化,当温度超过250℃后,Ni-P合金沉积层完全晶化〔5〕,部分磷与镍形成金属间化合物Ni3P、Ni5P2等。金属间化合物的形成降低了镍的还原性,因而化学镀镍层较纯金属镍更难于被氧化,使得化学沉积Ni电极和PTC瓷体能形成良好的欧姆接触。

 

    3 结束语
    (1)用化学沉积法获得的Ni-P电极层厚度均匀,镀层形状和陶瓷基体表面状况有关。
    (2)在PTC陶瓷基体上沉积Ni-P电极的沉积层生长机理属于核生长型,表面致密,当其厚度增长到一定程度时,会对PTC元件的性能产生不良影响。
    (3)Ni-P非晶态沉积层经250℃热处理后,转变为晶态层,析出Ni3P和Ni5P2等相,使镍电极的耐氧化性得到提高,减小电极和瓷体的接触电阻。

                                                                  更多内容

≫≫ All Rights Reserved, Copyright (c)2010 鲁ICP备20005174号-1

PTC 热敏电阻网

   ◎ 联系电话: 13606313350    给我发消息
   ◎ 电子邮件: PTC-PTC@126.com