[发明专利]一种制备铁镍磷化学镀层的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学沉积技术领域，具体为一种制备铁镍磷化学镀层的新方法，该镀层能广泛应用于(微)电子工业、宇航及通用工程。

背景技术

铁镍合金具有优异的软磁性、可焊性及低的热膨胀系数，而且可通过改变镀层成分调整其热膨胀系数，实现与多种材料(尤其是硅芯片)的热匹配；此外，铁镍磷镀层与锡基焊料的界面反应速率要低于镍磷镀层。基于这些特性，铁镍镀层在(微)电子工业、宇航及通用工程中有广泛的应用前景。由于化学镀技术具有成本低、环保、操作简单及适用于不同种类基材(如铜、硅、塑料等)等特点，且在不同形状表面所得镀层的厚度及成分均匀，因此被广泛应用于镀层的制备中。

现有化学镀铁镍磷技术采用次亚磷酸钠为还原剂，以酒石酸钾钠、柠檬酸钠或两者复合作为络合剂，通过调整溶液中Fe²⁺/Ni²⁺摩尔比、温度及pH值等工艺参数而获得铁镍磷化学镀层，但由于Fe元素的自催化还原能力太弱，很难获得铁含量高的铁镍磷化学镀层。采用现有技术，在硅芯片表面制备的铁镍磷化学镀层铁含量均不高于25at.％，在铜表面制备的铁镍磷化学镀层铁含量不高于40at.％。如Zhen-guo An、Sen-Lin Wang分别利用酒石酸钾钠和柠檬酸钠为络合剂获得铁镍磷化学镀层，但镀层铁含量均低于16at.％。目前，提高镀层铁含量已成为铁镍磷化学镀层制备的关键。

中国发明专利申请(公开号CN1613641)公开了一种镍铁薄膜及其制备方法，镍铁薄膜中镍含量在10至35原子百分比，其中面心立方结构所占的比例在0至100％之间可调。镍铁薄膜具有垂直于基片表面的柱状晶粒，晶粒在平行于基片表面方向上的宽度是5至500纳米。用磁控溅射法制备不同成分的镍铁薄膜，用低于500℃的热处理调节镍铁薄膜中面心立方结构所占比例。其不足之处在于：由于磁力线分布不均致使难以在结构复杂工件上获得均匀涂层，且易造成涂层与基材结合力差。此外，该法设备昂贵，靶材利用率低，成本高，更不适用于塑料等受热变形的材料。

中国发明专利申请(公开号CN1051060)公开了一种耐磨非晶态铁镍磷合金电沉积溶液及其工艺，电镀溶液稳定，电流密度范围宽，所得非晶合金镀层含铁量可达40％，含磷量可达17％，镀层表面光亮无裂纹，热稳定性高于镍磷非晶合金镀层。美国专利US6200450B1公开了一种制备Ni-Fe-W-P合金的电沉积溶液及装置，所得镀层铁重量百分含量在10-30％范围。其不足之处在于：电力线分布不均引起镀层厚度的不均，导致结构复杂件难以获得厚度及成分均匀的镀层，而半导体及绝缘基材更不适合此方法。此外，镀层铁含量尚不足。

另外，美国专利US3350180提及采用柠檬酸盐及琥珀酸盐作络合剂制备铁磁性Fe-Ni-P化学镀层，镀层铁重量百分含量约20％，该专利未对此镀层作进一步说明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铁镍磷化学镀层的新方法，解决现有技术中存在的镀层铁含量低，涂层与基材结合力差，难以获得厚度及成分均匀的镀层等问题，尤其适用于在硅芯片及铜表面制备高铁含量的铁镍磷化学镀层。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种制备铁镍磷化学镀层的方法，将Fe²⁺及Ni²⁺在由酒石酸钾钠(或柠檬酸三钠，或酒石酸钾钠与柠檬酸三纳混合)、具有-N(CH₂COOH)₂基团的有机物(混合有机添加剂)及氨水组成的复合络合体系中络合，利用该络合体系达到抑制镍还原速度且同时提高铁还原速度的目的，从而实现镀层中铁含量的提高；该复合络合体系同时与杂质金属离子络合，提高镀液稳定性。

本发明基础镀液组成及工艺参数为：