[发明专利]一种激光脉冲电镀系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光电镀技术领域，尤其是一种激光脉冲电镀系统，通过利用与激光脉冲和脉冲电镀电源的共同作用，结合待加工的材料和电解液的晶核生长特性，实现金属离子对激光热效应的充分吸收，在阴极上实现高精度可控沉积，以利于取得理想的电镀处理结果。

背景技术

脉冲电镀是通过槽外控制方法改善镀层质量的一种强有力的手段，相比于普通的直流电镀镀层，其具有更优异的性能，如耐蚀、耐磨、纯度高、导电、焊接及抗变色性能好等，且可大幅节约稀贵金属，因此，在功能性电镀中得到较好的应用。

脉冲电镀将电镀槽与脉冲电镀电源连接构成电镀体系，在含有某种金属离子的电解质溶液中，将被镀工件作为阴极，阳极是该种金属离子的金属或不溶性阳极，通以一定波形的脉冲电流，使金属离子在阴极上脉冲式的沉积，形成金属层的加工过程。脉冲电镀所依据的电化学原理，主要是利用脉冲电压或脉冲电流的张弛、间隙工作，增强阴极的活性极化和降低阴极的浓差极化，从而有效地改善镀层的物理化学特性，得到致密、均匀和导电率高的镀层。

脉冲电镀实质上是一种通断直流电镀。一般的直流电镀只有一个参数：电流或电压。与直流电镀不同，脉冲电镀所依据的电化学原理主要是利用电流或电压脉冲的张驰增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化，从而改善镀层的物理化学性能。在直流电镀时，由于电流是连续的，金属离子在阴极不断的被沉积，这样就容易造成析氢和浓差极化。在脉冲电镀过程中，当电流导通时，峰值电流密度相当于普通直流电流密度或平均电流密度的几倍甚至十几倍，高的电流密度所导致的高过电位使阴极表面吸附的原子的总数高于直流电沉积的总数，电化学极化增大，阴极区附近金属离子被充分沉积。其结果使晶核的形成速率远远大于原有晶体的生长速率，从而形成具有较细晶粒结构的沉积层，改善镀层的物理化学特性。当电流关断时，高的过电位使阴极附近的金属离子以极快的速度被消耗，当阴极界面金属离子的质量浓度为零或很低时，电沉积过程进入关断期，此时金属离子向阴极附近传递从而使扩散层中金属离子的质量浓度得以回升，阴极区附近放电离子又恢复到初始的质量浓度，浓差极化消除，有利于在下一个脉冲周期使用较高的峰值电流密度，并伴有对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。在电源接通和断开的时候，阴极周围的离子不断的得到补充，有效的避免了析氢和浓差极化。因此，脉冲电镀可以采用较高的阴极平均电流密度，不但电流效率不会下降，而且改进了镀层质量。这样的过程周期性的贯穿于整个电镀过程的始末。

脉冲电镀电源是脉冲电镀技术的重要组成部分，通常采用恒流或恒压两种不同的供电模式，当然也有采用非恒流方式的。脉冲电流或电压的波形通常有方波、正弦波、锯齿波和间隔齿波等以及这些波形与直流的叠加。

从电镀实际结果来看，方波脉冲以及与其他波形适当组合对贵金属电镀可获得较好的效果。就方波脉冲而言，前沿和后沿的陡度越大可获得越好的实镀效果。但脉冲电镀电源在用于电镀时并不能得到理想的正方波，而是一种近似于梯形的波形，这会影响脉冲电镀瞬时高电位有利作用的充分发挥。脉冲频率对镀层结晶也会产生较大影响，频率过低，效果不明显；频率过高，波形畸变程度大，甚至脉冲电流会变成直流电流。主要原因为当使用频率较高的脉冲电镀电源时，脉冲前、后沿极易对导通、关断时间造成严重影响，从而影响脉冲电镀瞬时高电位有利作用的充分发挥。当使用频率更高的脉冲电镀电源，大于10KHz时，其输出的电流实质是一种直流电流，与能够改善镀层结晶的方波脉冲电流有本质的区别。目前，前后沿的上升时间和下降时间限制在数微秒到数十微秒之内。

激光电镀是目前涌现出来的另一种新型电镀手段。激光是能量密度很高的热源，而且具有很好的方向性、单色性和相干性。激光电镀是以高密度激光束照射待处理样品表面，造成局部温升和微区搅拌，从而诱发或增强辐照区的化学反应，引起液体物质的分解，并在固体表面沉积出反应生成物。激光电镀使电化学反应大大增强，电镀速率提高二至三个数量级，空间分辨率可以达到微米量级，实现激光直写精密电镀。激光电镀的优良性能已愈来愈引起人们的重视。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种激光脉冲电镀系统，以实现对电镀镀层精确的控制。

(二)技术方案