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引言

无电沉积技术是一种重要的非导电材料金属化方法。与其他方法(化学气相沉积/PVD、等离子喷涂或电沉积)相比，这也是在陶瓷或聚合物材料上生成薄金属膜的最简单方法之一。它被发现对几个微技术组件的互连应用非常有用。电致发光提供高选择性，允许自对准沉积，从而节省光刻步骤。ED方法也非常通用，可以生产多组分薄膜。此外，许多金属和合金可以生产出高质量的薄膜。ED的其他优点是:金属纯度高，工作温度低，平面形貌，成本低，适合大规模生产。处理的目的是为金属原子沉积产生成核点。电镀前的处理过程包括四个阶段:(I)酸性洗涤剂(去除有机物和指纹污染)，(ii)粗化步骤(使陶瓷的致密表面变得粗糙，以增加沉积金属膜对陶瓷的粘合强度)，(iii)活化(锡、钯催化剂)。通过比较在陶瓷表面上进行处理前后的接触角来验证处理的效果。然后，在氧化铝陶瓷上进行铜和镍的电化学沉积，并用扫描电子显微镜评价沉积膜的形貌。

实验

图1显示了使用表面处理和ED工艺在氧化铝颗粒上无电沉积铜的示意图。表面处理过程包括清洗、粗化、活化和后活化四个阶段。

图1 铜在表面氧化铝粒子上的沉积示意图

      表面处理后，使用化学镀镍-磷和铜溶液。镍和铜溶液含有:离子源、还原剂、络合剂、缓冲剂和稳定剂。镍和铜的沉积温度分别为400和300℃，而镍的Ph值为5、8和12、7。过程在磁力搅拌下进行。表面润湿性由接触角系统评估。图2显示了在氧化铝表面上处理之前(a)和之后(b)的接触角。

结果和讨论

      绝缘体材料上的无电沉积需要在表面上形成晶种，从而可以进行沉积。抛光氧化铝和金属涂层之间没有金属结合，但机械结合不稳定。因此，使用酸性洗涤剂和粗化使表面没有有机残留物，并增加表面的微观粗糙度，以获得亲水性表面，从而在成核后在表面上获得金属涂层的良好粘附性。广泛使用的成核方法包括在氯化亚锡和氯化钯溶液中分别进行“敏化”和“活化”。过量的锡通常用离子锡溶剂去除。钯核随后应启动自动催化电镀过程。

接触角图像(图2)显示，处理前抛光氧化铝的表面非常疏水，因此液滴实际上不会扩散到表面上，与处理后的表面不同，处理后的表面非常亲水，液滴在表面上扩散很大。

      通过图3所示的SEM图像评估金属铜和镍的形态和结构。图3 a)显示了覆盖有镍薄膜的氧化铝，图3 b)显示了覆盖有铜的氧化铝，两者都是在表面处理后沉积的

图3 表面处理后沉积的镍和铜的扫描电镜图像

结论

      由于金属薄膜在直接在抛光的氧化铝衬底上沉积时，通常不能表现出良好的粘附性，我们提出了一种表面处理，作为其他更昂贵的方法(CVD/PVD、等离子喷涂或电沉积)的替代方法。这四个阶段的处理工艺允许发展一个完全湿的镍和铜沉积工艺，是一个很好的替代方案，以获得薄的高性能的柔性薄膜。通过扫描电镜图像观察，在40和30oC低温下，ED膜也表现出较高的性能，分别获得了更紧凑的金属膜和更小的晶粒尺寸。