摘要：現代移動通信所使用的微波器件，基于微波的傳導特性而對器件的表面特性有很高的要求，如表面光亮度和表面金屬組織結構。通常都是采用電鍍來獲得這種表面結構，致密細小的結晶有利于微波的傳導。微觀觀測表明，溫度對鍍層的結晶大小有明顯影響。例如鍍銀，只有當溫度在30℃以下時，才能獲得細致的鍍層。這也是微波器件鍍銀工藝需要采用低溫控制系統的原因。

    關鍵詞：微波;鍍銀;微觀結構;溫度控制

    中圖分類號：TQ153文獻標識碼:A

    文章編號：1001-3849(2010)08-0026-04

    引言

    微波器件是現代通信中的重要電子器件，在移動通信基站中有廣泛應用。特別是波導等微波信號傳輸結構，由于對信號的損耗有嚴格要求，因此，要求微波產品的各個制造環節都要有嚴格的工藝控制，以保證整機產品的通信質量。基于微波的表面傳導效應，微波器件產品的表面狀態對微波傳導有直接影響，從而使需要電鍍的微波產品構件對鍍層的質量提出了嚴格的要求。

    基于對金屬導電性的物理學認識，在工藝上對微波器件的電鍍層，曾經提出了較厚的鍍層要求和光亮性要求。以期減小導波電阻率和提高表面反射率。研究表明，對于微波傳導，對鍍層厚度的要求與微波頻率有關。而對光亮度的要求，則主要與鍍層的微觀組織結構有關。控制工藝參數，就可在一定程度上控制鍍層的結晶情況。在實際工藝管理中，人們過多地注意光亮劑與電流密度的影響，對其他工藝參數的關注相對較少。最新的研究資料顯示，溫度對金屬電沉積的結晶狀態有明顯影響。本文擬根據這些資料所顯示的溫度對鍍層微觀結構的影響，就微波制品電鍍中對溫度進行控制的重要性，做出簡要說明，僅供電子電鍍界同仁參考。

    1·溫度對鍍層微觀結構的影響

    1．1溫度對電極過程的影響

    溫度對電極過程有影響是眾所周知的。有多個與電極體系和電極過程有關的方程都有溫度因子出現在相關的因數項中。一般說來，離子和分子一樣存在熱運動加速的現象。提高溫度也會增加了溶液的電導。在低溫下，離子的活潑性下降，溶液的粘度增加，導致電導降低。加溫可以提高電導率。同時，隨著電解液溫度的升高，電極反應的過電位下降，反應容易進行。而溫度降低則可以增加電極的電化學極化。

    在低過電位(η＜0．01V)下，過電位與電流密度有如下關系:η=［RT/(J0nF)］J式中:η為過電位，V;T為熱力學溫度，K;R為氣體常數，8．314J/mol·K;n為電子轉移數，F為法拉弟常數，96500C/mol;J為電流密度，A/dm2;J0為交換電流密度，A/dm2。很容易看出電極反應的過電位與電流密度有直接關系，符合歐姆定律，呈直線關系。但是作為這個方程斜率項的組合中，有著溫度的身影，它的變化，對方程中的各個變量，都有不小的影響。

    1．2溫度對鍍層微觀結構的影響

    溫度是電鍍工藝控制中一項重要的參數。很多鍍種對溫度都比較敏感，只有在較狹小的溫度范圍內才能得到滿意的鍍層。比如鍍鉻，溫度對其鍍層的硬度和色澤有很大影響。以往對溫度的這種敏感性沒有給以足夠的注意，主要是因為溫度參數是所有電鍍工藝參數中最容易控制的，一套溫度自動控制系統就可以將電鍍的工作溫度控制在工藝范圍內。由于溫度控制不當而引起的鍍層質量故障的比例是很小的。但是，當我們了解了溫度對鍍層微觀結構的影響以后，可能要重新認識溫度參數對電鍍的意義。特別是對鍍層微觀結構有定性要求的功能性鍍層，溫度影響是非常重要的。

   2·溫度對鍍層微觀結構影響的示例

    2．1鍍銀

    圖1是鍍銀層微觀結構隨溫度變化的情況。在宏觀上很少能這么直觀地感覺到溫度對結晶程度有如此重要的影響。在電鍍工藝中，除了某些光亮鍍層對溫度有較為嚴格的要求，達不到相應的溫度，光亮效果會較差以外，多數鍍種對溫度沒有嚴格的控制。這顯然是錯誤的。特別是銀鍍層，將鍍液溫度控制在30℃以內是正確的。從圖1可以看出，當鍍液溫度升到40℃，鍍層的結晶明顯變粗。這對于對電性能有要求的電子產品，特別是微波器件產品，將有較大影響。

    因此，微波電子電鍍銀的鍍槽，基本上都裝有降溫裝置，保證鍍液的溫度控制在30℃以內。這是因為結晶細致的銀鍍層有更好的導電和導波性能，對于電子電鍍有重要意義。同樣的理由對印制板電鍍也很重要。過粗的結晶對印制板的孔金屬化鍍層性能有著重要影響。比如鍍層變形時的機械性能等。對于微孔印制板，孔內鍍層如果結晶粗糙，比如結晶顆粒尺寸達到幾個μm，則在受熱或受力變形等機械作用影響下，會出現孔位鍍層的斷裂，從而導致導通方面的故障。

    2．2鍍鎳

    圖2是幾種鍍鎳液在不同溫度下的微觀結晶大小的比較。同樣顯示出過高的溫度會使鍍層的結晶變得粗大。這種傾向因鍍液組成的不同而有所不同。相對氯化物鍍液，硫酸鹽鍍鎳液中鍍層結晶受溫度的影響要小一些。氯化物鍍鎳在30℃以內結晶是細化的，且比較平滑。到了50℃，結晶明顯變粗，由圖2中溫度達到90℃時的情形可知，單個結晶顆粒的大小可達到1μm以上。并且結晶長大時的形態呈現不規則的金字塔形，并且當溫度達到90℃時，結晶顆粒呈明顯的規則的金字塔形，這時鍍層的硬度和脆性都明顯地提高。

   2．3溫度對鍍錫層微觀結構的影響

    溫度對鍍錫層的微觀結構影響最為明顯，圖3是鍍錫層在不同溫度下的形貌變化。在20℃時，結晶細致平滑，到40℃時略有變粗，到60℃以上就明顯成為粗粒結晶。

    因此，采用較高溫度的堿性鍍錫不適合于電子產品的電鍍，而酸性鍍錫則需要有溫度控制裝置，這不僅是因為有些鍍錫光亮劑需要在較低溫度下才起作用，而且是保證鍍層結晶細致的重要工藝措施。

    3·溫度影響微觀結構的簡單探討

    從以上諸圖中已經很直觀地從微觀角度看到了溫度對鍍層晶粒大小的影響。對于晶粒生長的機理和影響因素，有許多種模型和假說。但是，對于溫度對鍍層結晶的晶粒大小顯著的影響，討論的較少。

    實際上，可以從其他影響晶粒成長因素的模式，來推測溫度對結晶的影響。一般認為，金屬結晶晶粒大小受晶核成核的速度和晶核長大的速度這兩個速度的影響。當晶核成核速度大于晶核長大速度，結晶就細小而致密;相反，如果成晶核長大的速度大于成核的速度，則鍍層的結晶就會粗大。同時，結晶晶核需要有一定過電位才會形成，當晶面生長時，過電位會有所下降，如此往復進行。鍍層晶格整齊地一層一層地長大。但是，實際上很少能得到整齊完滿的結晶鍍層。這是因為無論是金屬鍍層生長的基體表面還是新生的鍍層結晶面，都不同程度地存在晶體缺陷和錯位，結晶是螺旋式生長的。這些缺陷和錯位為晶體成長提供了一種無需晶核就能從缺陷面上長大的機會，而從微觀上看，這種機會是很多的。這樣就會出現如圖4所示的情況，即從基體缺陷上生長出來的面會長大得更快，直至消失。從圖2鍍鎳微觀結構中看到的金字塔，可能是這種情形的印證。另外，影響晶粒長大和晶面生長的另一個重要因素是能進入晶格的原子的供應量，這就與傳質和電子的供給又有著重要關系。而傳質是明顯受溫度影響的。

    再則，從過電位的變化，也很容易理解溫度升高使鍍層晶粒變粗的的原因，這就是溫度加速了快速成長晶面的成長速度，因為溫度升高使金屬結晶的過電位降低，使晶粒成長的速度加快，大于晶粒生成的速度。結晶變得粗大。

    4·結論

    通過鍍層在不同溫度下的結晶形態可以得知，溫度對金屬鍍層的結晶晶粒大小有明顯影響。溫度較高時，鍍層結晶較粗大。

    溫度對鍍層結晶的影響主要是通過影響晶粒長大的速度實現的。溫度高時，結晶的長大速較快，而溫度較低時，鍍層結晶長大的速度較慢。

    由此可以得出結論。要想獲得結晶細致而有利于微波傳導的鍍層，微波器件等鍍銀電鍍液工作的溫度，控制在30℃以內為宜。

    參考文獻

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