电镀装置的制作方法

本发明涉及一种电镀装置，尤其涉及一种适于在工件的表面上形成牢固的纳米晶镀层的电镀装置。

背景技术：

1、在现有技术中，金属电镀(电化学沉积)的工业化已有近200年的历史，要想得到平整、均匀、牢固、致密的电镀层，除了优化镀液配方，最常用的方法是用脉冲电镀取代直流电电镀。相对恒定不变的直流电，脉冲电镀的电流是按一定波形周期通断或正负交替变化的，其机理和优点如下：

2、1)电沉积平整均匀：当电流间歇断路或反向时，电镀液中的金属离子和辅助添加剂(平整剂、分散剂、润湿剂等)就有时间机会充分扩散传质到受镀体表面，维持受镀体表面通电时镀液浓度的高稳状态，晶核通过扩散吸附和位错生长得到更平整均匀的电结晶。

3、2)覆盖能力强：充分的扩散传质使受镀体附近的镀液阻抗得以降低而可以承受更高的电流密度峰值冲击，提高阴极(受镀体)表面的过电位，增加电吸附金属离子的动力(或浓度)，更容易形成新的晶核迅速覆盖阴极受镀体表面。

4、3)镀层的纯度高：而瞬间共沉积的碳(有机添加剂)和微量异种金属杂质也会在电流间歇断路或反向时被不断物理溶出或电解溶出，或干脆因通电时间短(或在恒定占空比时的脉宽极小，也就是高频脉冲)根本来不及共沉积，从而提高金属镀层的纯度。

5、4)附着力强、结晶细密、深镀能力强：在不断通电断电过程中，特别是通断比(占空比)很小时，晶核的生成速度远远大于晶核的长大速度，电沉积的晶体细小而量多，更加容易在阴极受镀体的晶界或孔洞或缺陷处成核，深度能力强、镀层牢固、致密。

6、5)适合高电流密度选择性电镀：适当提高峰值电流密度和适当降低占空比，可以抑制低电流密度区的电沉积，从而实现高电流密度选择性电镀，比如节省镀金等贵重金属，或非镀区的控制。

7、从以上机理和优点可以看出，要想得到更加细小的晶粒比如纳米晶级别的平整、均匀、牢固的镀层，我们应该尽可能地缩小脉冲电镀的通电占空比和脉宽，以及增加峰值电流密度和脉冲频率。但在实际应用中，几乎没有一种电镀药水总是能如理论上一味地缩小脉冲电镀的通电占空比和脉宽，以及无限地增加峰值电流密度，高频脉冲整流器的低稳定性也限制了脉冲频率不能太高，高温升也不建议使用太高的电流密度。为了平衡多项技术瓶颈，工业上脉冲电镀量产只能适当稍微提高峰值电流密度和脉冲频率，略微降低通电占空比和脉宽，因此很难得到纳米晶镀层，即使在实验室勉强得到，也很难稳定量产。

8、现有脉冲电镀用于量产，为了提高电镀效率和便于管理，多采用单脉冲、单脉冲整流器，限制其得到纳米晶镀层的技术瓶颈是：

9、1)高峰值电流密度和高占空比导致镀层烧焦和降低深镀能力，以铜底上脉冲电镀镀镍为例，当电流密度超过100a/dm2和占空比大于20％时，外加驱动电沉积的电势远远超过镀镍溶液离子的传导能力，导致高电流密度的镀区(如零件的尖端、凸起部位)严重烧焦。

10、2)高峰值电流密度增加脉冲整流器的散热难度和降低长时间使用的稳定性：高峰值电流密度要求脉冲整流器能输出大电流高功率，长时间使用温升快高，系统散热的难度增加，给每天24小时的连续量产增加不稳定性和高成本，如低功耗只用风冷即可，高功耗系统必须用冰水冷却。

11、3)低峰值电流密度和低占空比会导致低电流密度区域漏镀：适当降低占空比，无疑可以降低某一时间段内的平均电流密度，从而提高峰值电流密度的最高耐受度，反过来，降低峰值电流密度也能容忍更高的占空比，但二者很难达到平衡及调和，保守的做法是低峰值电流密度和低占空比并用，外加驱动电沉积的电势太低，无法穿透到低电流密度区(如零件的孔洞、凹陷部位)，造成漏镀。

12、4)小脉宽高频脉冲会导致附着力差、起镀困难和整体失镀：小脉宽、低占空比的脉冲电镀对整个电镀回路(包括导线、阴极触点、阳极、镀液)的电导率要求特别高，小脉宽高频脉冲的通电时间极短，来不及驱动电沉积，就在高电阻的回路上消耗殆尽。即使给予再多周期的脉冲，电子始终无法冲到阴极把金属离子还原成金属原子,没有形成晶核的最初驱动力，就会导致附着力差、起镀困难造成整体失镀。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

2、根据本发明的一个方面，提供一种电镀装置。所述电镀装置包括：电镀池，用于容纳电镀液；第一阳极板，浸没在所述电镀液中；和第一脉冲整流器，其正极与第一阳极板电连接，负极与浸没在所述电镀液中的待电镀的工件电连接。所述第一脉冲整流器被设置成在电镀所述工件时周期性地输出第一组脉冲电流，所述第一组脉冲电流包括多种不同脉冲电流，并且所述第一组脉冲电流中的多种不同脉冲电流的峰值电流密度和占空比不同。

3、根据本发明的一个实例性的实施例，所述第一组脉冲电流中的多种不同脉冲电流按照时间先后顺序依次产生；所述第一组脉冲电流中的先产生的一种脉冲电流的峰值电流密度比后产生的另一种脉冲电流的峰值电流密度高；并且所述第一组脉冲电流中的先产生的一种脉冲电流的占空比比后产生的另一种脉冲电流的占空比低。

4、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一组脉冲电流中的多种不同脉冲电流的幅值、脉宽和脉冲频率中的至少一个不同。

5、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置还包括：第二阳极板，浸没在所述电镀液中；和第二脉冲整流器，其正极与第二阳极板电连接，负极与浸没在所述电镀液中的待电镀的工件电连接。所述第二脉冲整流器被设置成在电镀所述工件时周期性地输出第二组脉冲电流，所述第二组脉冲电流包括多种不同脉冲电流，并且所述第二组脉冲电流中的多种不同脉冲电流的峰值电流密度和占空比不同。

6、根据本发明的一个实例性的实施例，所述第二脉冲整流器输出的第二组脉冲电流不同于所述第一脉冲整流器输出的第一组脉冲电流。

7、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二组脉冲电流中的至少一种脉冲电流的峰值电流密度与所述第一组脉冲电流中的任一种脉冲电流的峰值电流密度不同；和/或所述第二组脉冲电流中的至少一种脉冲电流的占空比与所述第一组脉冲电流中的任一种脉冲电流的占空比不同。

8、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二组脉冲电流中的任一种脉冲电流的峰值电流密度与所述第一组脉冲电流中的任一种脉冲电流的峰值电流密度不同；和/或所述第二组脉冲电流中的任一种脉冲电流的占空比与所述第一组脉冲电流中的任一种脉冲电流的占空比不同。

9、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二组脉冲电流中的多种不同脉冲电流按照时间先后顺序依次产生；所述第二组脉冲电流中的先产生的一种脉冲电流的峰值电流密度比后产生的另一种脉冲电流的峰值电流密度高；并且所述第二组脉冲电流中的先产生的一种脉冲电流的占空比比后产生的另一种脉冲电流的占空比低。

10、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二组脉冲电流中的多种不同脉冲电流的幅值、脉宽和脉冲频率中的至少一个不同。

11、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置包括至少一对第一阳极板，每对第一阳极板被分别设置在待电镀的工件的前、后两侧；并且所述电镀装置包括至少一对第二阳极板，每对第二阳极板被分别设置在待电镀的工件的前、后两侧。

12、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置包括一对第一阳极板和一对第二阳极板；所述一对第一阳极板中的一个和所述一对第二阳极板中的一个左右并排地设置在待电镀的工件的前侧；所述一对第一阳极板中的另一个和所述一对第二阳极板中的另一个左右并排地设置在待电镀的工件的后侧。

13、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置包括一对第一阳极板和一对第二阳极板；所述一对第一阳极板中的一个和所述一对第二阳极板中的一个前后重叠地设置在待电镀的工件的前侧；所述一对第一阳极板中的另一个和所述一对第二阳极板中的另一个前后重叠地设置在待电镀的工件的后侧。

14、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置包括两对第一阳极板，所述两对第一阳极板中的两个第一阳极板设置在待电镀的工件的前侧，并且设置在所述工件的前侧的两个第一阳极板前后错开并彼此电连接；所述两对第一阳极板中的另外两个第一阳极板设置在待电镀的工件的后侧，并且设置在所述工件的后侧的另外两个第一阳极板前后错开并彼此电连接。

15、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置包括两对第二阳极板，所述两对第二阳极板中的两个第二阳极板设置在待电镀的工件的前侧，并且设置在所述工件的前侧的两个第二阳极板前后错开并彼此电连接；所述两对第二阳极板中的另外两个第二阳极板设置在待电镀的工件的后侧，并且设置在所述工件的后侧的另外两个第二阳极板前后错开并彼此电连接。

16、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述两对第一阳极板中的任一个第一阳极板与所述两对第二阳极板中的对应的一个第二阳极板前后重叠地设置。

17、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一阳极板的材料不同于所述第二阳极板的材料。

18、根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电镀装置还包括：过滤袋，所述第一阳极板和/或所述第二阳极板被容纳在所述过滤袋中，以防止所述第一阳极板和/或所述第二阳极板溶出的异物粉屑颗粒进入所述电镀液中。

19、在根据本发明的前述各个实例性的实施例中，电镀装置能够以高效、可控和稳定的方式在工件的表面上沉积出纳米晶镀层实现了纳米晶电镀的稳定可持续量产。

20、通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。