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脉冲电镀技术参数介绍信丰正天伟研发部胡青华脉冲电镀定义：脉冲电镀广泛定义为间断电流电镀。
间断电流是指正向电流在某一时间出现而在另一时间出现反向电流（或无电流）。
自50年代开始已有人从事脉冲电镀的研究，因脉冲电流能使镀层结晶细化、结合力高、无孔隙，使镀层有优良的物理化学性能。
70年代脉冲电镀在PCB行业中电镀金上使用，在90年代随着大电流脉冲技术上的突破脉冲电镀应用在PCB电镀铜上。
PCB的电镀铜的发展历程：普通直流电镀→PPR周期反向脉冲电镀→新型直流电镀，新型直流电镀不同于普通直流电镀的区别在于在槽液中加入了新型的作用特殊的添加剂来调整通孔和盲孔孔内外的镀层厚度的分布。
常见的脉冲波形有方波、三角波、阶梯波、锯齿波，根据确定脉冲波形的原则（实镀效果、偏于分析和研究、易于获得和控制、便于推广），方波是最符合要求的波形。
目前，脉冲电镀中使用的波形多为方波。
其波形有单向脉冲和双向脉冲（周期反向脉冲）1.单向脉冲：实际是就是有关断时间的直流电镀。
波形如下所示：2.双向脉冲：即周期换向脉冲（PPR）。
有以下几种：a)有关断时间的单个脉冲换向,一个正向脉冲经过关断时间后接一个反向脉冲，这种波形在实际中极小使用，波形如下图：b)无关断时间单个脉冲换向，一个无关断时间的正向脉冲紧接着一个无关断时间的反向脉冲，这种波形也称为方波交流电。
这种波形能改善镀层的厚度分布，但对镀层的结构改善无作用。
c)脉动脉冲换向，一组正向脉冲接一组反向脉冲，这种波形是典型的周期换向波形，在功能性电镀中应用最为广泛，既能改善镀层的厚度分布又能改善镀层结晶结构。
d)多组脉冲换向：简称多脉冲，在脉动脉冲基础上增加可编程功能，在每一个程序或每一个时间段采用的脉冲参数各不一样。
多脉冲电镀在适当的参数下能形成不同结构和组成的多层镀层，各层间的应力能相互抵消，镀层脆性下降，抗疲劳强度提高。
PCB上所使用的脉冲电镀严格的说应称为周期脉冲反向电镀(Periodic Pulse Reverse Plating)。
脉冲电镀的优势随着表面处理工艺要求的不断提高，脉冲电镀被越来越多的人所关注，特别是科研院所、精密电子领域的技术工作者们，进行了长期的技术探索，发现或验证了脉冲电镀对比直流电镀的诸多优点，本文将脉冲电镀的优点和欧潽达新型脉冲电源的优点结合起来，做如下简单的汇总，以期以更简单的方式帮助大家理解认识脉冲电镀的优势。
（MX系列单脉冲、双脉冲电源）新型脉冲电镀的优势有：1、精密电路+数字控制，输出精度高；2、触摸屏+人性化界面，操作简单；3、频率、占空比可调，适用范围广；4、允许更大峰值电流密度，提升镀层结合力，提高电镀效率；5、间歇式输出，利于溶液离子恢复，减少镀层孔隙，增强镀层的抗蚀性能；6、致密均匀的镀层，能够增强电导率；7、消除氢脆，改善镀层物理性能；8、减少镀层中的杂质含量，提高镀层纯度；9、降低镀层内应力，提高镀层的韧性；10、免除或减少添加剂的需要；11、反向脉冲可减少镀层表面的尖峰和毛刺；12、较薄的镀层即能实现规定的技术指标，故可节省15-20%的贵金属。
13、工艺曲线可编程，利于工艺精准控制；14、媲美欧美进口电源的品质，价格却极其亲民；15、单脉冲、双脉冲、正反脉冲可选择；16、专属电源可定制；长期以来，人们认为脉冲电镀仅适合镀金镀银，事实上脉冲电镀几乎适用于所以电镀工艺，包括如：镀金、镀银、镀铜、镀锌、镀镍、镀铬、镀铼、镀铂、镀钯以及电镀铜锌合金、镍铁合金、锌镍合金、镍铬合金等众多电镀工艺。
（脉冲镀金、镀银工艺）造成人们对脉冲电镀认识局限的原因，是由于之前国内脉冲电源技术水平有限，进口脉冲电源动辄数十万的高昂价格限制了人们的购买，制约了人们对脉冲电镀工艺的研究。
现在，欧潽达通过开拓创新，能够提供品质优良、价格却十分亲民的脉冲电源供一般用户使用，亲民的定价旨在通过降低电源购买成本，让更多的人研究和使用脉冲电镀工艺，达到促进整个脉冲电镀工艺的推广与提升的目的。
正品的脉冲电源具备电流（平均电流、峰值电流）可调、电压可调、频率可调、占空比可调，4个主要参数，掌握这几个要素，就能够避免买到假的脉冲电源。
电镀过程中使用的电源类型电镀过程是将金属制品表面镀上一层金属或合金的工艺，以提高其耐腐蚀性、耐磨性、导电性等性能。
在电镀过程中，电源类型起着关键作用，它提供了所需的电能，使电镀过程能够顺利进行。
常见的电源类型包括直流电源和交流电源。
直流电源是电镀过程中常用的一种电源类型。
直流电源具有稳定的电流和电压输出，能够满足电镀过程对稳定电流的需求。
在直流电源中，阳极连接到正极，阴极连接到负极，通过电解液中的离子传导，使金属离子在阳极上氧化，而金属在阴极上还原，从而实现金属离子的电镀。
直流电源还可以根据需要进行电流和电压的调节，以控制电镀过程的质量和效率。
交流电源也可以用于电镀过程。
在交流电源中，电流和电压的方向会周期性地变换，这样可以实现金属离子的交替氧化和还原。
交流电源的频率通常为50Hz或60Hz，与直流电源相比，交流电源的输出电流和电压变化较大，需要通过其他设备来稳定电流和电压，以保证电镀过程的稳定性。
除了直流电源和交流电源，还有一种特殊的电源类型被广泛应用于电镀过程，即脉冲电源。
脉冲电源是一种通过不同的脉冲信号控制电流和电压的电源，可以根据不同的电镀要求提供不同的脉冲参数。
脉冲电源的使用可以提高电镀层的均匀性和致密性，同时减少能源消耗和金属离子的浪费。
脉冲电源的应用也在一定程度上解决了传统电镀过程中的一些问题，如电解液的氧化分解和阳极溶解等。
在电镀过程中，选择合适的电源类型对于电镀质量和效率至关重要。
不同的电源类型具有不同的特点和适用范围，需要根据电镀工艺要求进行选择。
此外，为了确保电镀过程的安全性和稳定性，还需要配备相应的电源控制与保护装置，以避免电流过大或过小、电压波动等问题对电镀质量造成负面影响。
电源类型是电镀过程中的重要因素，直流电源、交流电源和脉冲电源是常见的电源类型。
选择合适的电源类型可以提高电镀质量和效率，保证电镀过程的稳定性和安全性。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的电源类型，并结合其他设备和控制装置，以满足电镀工艺的要求。
脉冲电镀技术参数介绍信丰正天伟研发部胡青华脉冲电镀定义：脉冲电镀广泛定义为间断电流电镀。
间断电流是指正向电流在某一时间出现而在另一时间出现反向电流（或无电流）。
自50年代开始已有人从事脉冲电镀的研究，因脉冲电流能使镀层结晶细化、结合力高、无孔隙，使镀层有优良的物理化学性能。
70年代脉冲电镀在PCB行业中电镀金上使用，在90年代随着大电流脉冲技术上的突破脉冲电镀应用在PCB电镀铜上。
PCB的电镀铜的发展历程：普通直流电镀→PPR周期反向脉冲电镀→新型直流电镀，新型直流电镀不同于普通直流电镀的区别在于在槽液中加入了新型的作用特殊的添加剂来调整通孔和盲孔孔内外的镀层厚度的分布。
常见的脉冲波形有方波、三角波、阶梯波、锯齿波，根据确定脉冲波形的原则（实镀效果、偏于分析和研究、易于获得和控制、便于推广），方波是最符合要求的波形。
目前，脉冲电镀中使用的波形多为方波。
其波形有单向脉冲和双向脉冲（周期反向脉冲）1.单向脉冲：实际是就是有关断时间的直流电镀。
波形如下所示：2.双向脉冲：即周期换向脉冲（PPR）。
有以下几种：a)有关断时间的单个脉冲换向,一个正向脉冲经过关断时间后接一个反向脉冲，这种波形在实际中极小使用，波形如下图：b)无关断时间单个脉冲换向，一个无关断时间的正向脉冲紧接着一个无关断时间的反向脉冲，这种波形也称为方波交流电。
这种波形能改善镀层的厚度分布，但对镀层的结构改善无作用。
c)脉动脉冲换向，一组正向脉冲接一组反向脉冲，这种波形是典型的周期换向波形，在功能性电镀中应用最为广泛，既能改善镀层的厚度分布又能改善镀层结晶结构。
d)多组脉冲换向：简称多脉冲，在脉动脉冲基础上增加可编程功能，在每一个程序或每一个时间段采用的脉冲参数各不一样。
多脉冲电镀在适当的参数下能形成不同结构和组成的多层镀层，各层间的应力能相互抵消，镀层脆性下降，抗疲劳强度提高。
PCB上所使用的脉冲电镀严格的说应称为周期脉冲反向电镀(Periodic Pulse Reverse Plating)。
近大半年来，各种金属原料的价格不断上涨，尤其是一般有色金属，如铜、锌、锡和镍等，更是节节上升，居高不下。
就以金属铜来说，半年来上升幅度达一倍，金属镍若和四年前的价格相比，累积升幅达四倍多。
对于电镀业人士来说，这无疑是一个沉重的冲击。
要缓解以上的艰难情况，我们借鉴PCB(PC-Board Plating)电子线路板电镀。
在80年代以前，电子线路板的生产以化学镀铜为主流。
后来，欧美对环保法例进行修订，其中对化学镀的还原剂 (主要成份为致癌物质甲醛)、稳定剂(大多数含有有毒物质氰化物)以及在废水处理中难于处理的螯合剂等物质，尤其在废水的排放方面做出了严格的管制，迫使PCB化工供货商寻找取代化学镀铜的工艺，其中最迫切的是为孔金属化(PTH)寻找新方法。
直到90年代，直接电镀取代化学镀铜的技术诞生了，当时大多数是采用电化学沈积分布发直流电整流机，配合一些具备整平效果的添加剂，总算是解决了那个年代的一些问题。
随着电子产品日渐精进，对电子线路板的要求也日益严格，其中体积纤巧的电子产品便是代表者，它要求小型、轻便、多功能、复杂、可靠、寿命长等。
并促进了片式电子元器件(即片式电阻、片式电容、片式电感等)的生产和发展还有组装技术(表面贴装技术，SMT)的出现。
无论是镀层厚度的均一性，线路分布密度的要求，还有孔径和线路宽度的收窄等，都令生产电子线路板的次品率日渐扩大。
这是由于铜离子容易集中在孔的边沿部份(即高电流密度区域)快速沈积，而孔的中央部份(即低电流密度区域)的沈积速度则相对地缓慢得多。
这样导致铜的沈积分布极不均匀(行内称为狗骨状，见图1)。
为了解决此问题，有人将电流密度往下调整而延长电镀的时间。
但此方法生产容易出现筒裂现象，因为孔的中央部份的电流密度过低，令金属铜沈积粗糙，附着力差，容易剥落，经不起冲击，加上生产效率下降等等因素，最终难逃淘汰厄运。
图1 呈狗骨状分布的镀铜层若以法拉第定律(Faraday's law)而论，电流乘以时间等于总电荷(沉积率)。
高精度脉冲电镀电源张瑾黄念慈（四川大学，成都 610065）赵彦春吴月涛（瑞勃电气公司，成都 610064）摘要：开发了一台输出脉冲频率1000HZ、电流1500A、电压24V的高精度脉冲电镀电源。
介绍了它的一些关键器件的设计计算和可靠性问题。
关键词：电镀电源脉冲高精度1 引言脉冲电镀工艺可以获得高质量的镀层，同时还可以节约镀层金属和降低生产能耗，因此近年来得到了广泛的发展。
由于脉冲电镀工艺要求脉冲频率一般在500至1000HZ左右，传统的可控硅整流电源己无能为力。
我们用大功率IGBT开发了一台输出1500A、24V，脉冲频率为1KHZ的高精度脉冲电镀电源。
经过半年多的运行考核，证明设备的工作可靠，达到设计要求，满足了生产的需要。
本文将介绍我们在开发过程中的一些经验和体会，如大功率IGBT和快恢复整流二极管的选择，缓冲吸收电路的计算，可靠性等等。
2 电源概述电源的最大输出为1500A/24V，采用全桥式变换器方案，高频变压器次级用全波整流、LC滤波，其中主回路拓朴图见图1。
用IGBT作开关元件，设计开关工作频率为20KHz，最小死区时间为7us，考虑到电源电压波动、元器件上压降、滤波电感Lf压降、线路压降等因素，选高频变压器原副边匝数比为10:1。
图 1 电源主回路3 关键元器件的选择IGBT和高频整流快恢复二极管是电源工作是否可靠的关键，又是材料成本的主要部分，选择合适的元件是设计的重点。
除了一般应注意的电压、电流、安全工作区、安全系数、耗散功率等问题外，有两点容易被忽视。
一是温度对参数的影响，有些生产厂商标的是25oC时的参数，有的标的是85oC时的参数，两者差别甚大。
同一只管子，在25oC时可以通过150A，到85oC时就只能通过100A了，而管子的实际工作温度随工作环境的差异有时可能达100oC，设计时必须要充分考虑，向供应商索取有关曲线等资料作为设计计算依据；另一个比较容易被忽略的是电流有效值的问题，若以平均值代替有效值来进行计算，往往会造成过热损坏。
科普苑：脉冲电镀及脉冲电源的探究与解析1脉冲电镀脉冲电镀是一项新的电镀技术。
它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程中的影响。
在直流电镀时，镀液中被镀出的金属离子在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗，造成了该处被镀金属离子与溶液中该离子的浓度出现差别。
这种差别随着使用的电流密度增高而加大。
当阴极附近液层中该离子的浓度降到0时，就达到了所谓的极限电流密度，传质过程完全受扩散控制。
在脉冲电镀时，由于有关断时间的存在，被消耗的金属离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近，当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复，故可以使用较高的电流密度。
因此，脉冲电镀时的传质过程与直流电镀时的传质过程的差异，造成了峰值电流可以高于平均电流，促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密。
孔隙减小，电阻率低。
此外，直流电镀时的连续阴极极化电位下的各种物质，在阴极表面的吸脱附过程与脉冲条件下的间断高阴极极化电位下的吸脱附过程的机理有很大差异.造成了同样的溶液配方及添加剂在电源波形不同时.表现的作用差别也很大。
2脉冲电源脉冲电源分为数字脉冲电源和模拟脉冲电源。
所谓数字脉冲电源，是采用微处理器及数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制，并实现数字显示与数字调节的电源。
它是当今最为先进的电镀电源。
由于与计算机技术相结合，使其控制更加方便和灵活，目前是电镀电源发展的方向。
数字脉冲电源的原理示意图如下图所示。
与传统的模拟脉冲电源相比，数字脉冲电源具有如下优点：2.1驱动波形规整，极大地改善了斩波后的输出波形，对提高电镀质量十分有利；2.2采用数字调控，直观简单；2.3波形调节范围宽，调节步进可以至0.1ms；2.4温度漂移系数小，能长期稳定连续运行。
在目前的应用中，普遍采用大功率开关管IGBT对直流电源进行斩波，达到脉冲输出的目的。
数字控制器发出的方波驱动信号控制IGBT的通断。
浅析脉冲电镀技术的性能与电源前言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。
目前脉冲电镀中所使用的多为方波脉冲。
脉冲电镀电源能产生方波脉冲电流,它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。
脉冲电镀电源的正确使用(如设备安装、设备选型、参数选择等)对脉冲波形、设备可靠性、脉冲电镀优越性的正常发挥等均产生重要影响。
1 脉冲电镀的基本原理常见的脉冲电流波形有方波、三角波、锯齿波、阶梯波等。
根据确定脉冲波形的几点原则(如实镀效果、便于分析和研究、易于获得和调控、便于推广等),方波是最符合要求的脉冲波形。
典型的方波脉冲波形,如图1所示。
由图1可知:脉冲电流实质上是一种通断的直流电。
1.1 脉冲电镀的基本参数传统的直流电镀只有电流或电压可供调节,而脉冲电镀有脉冲电流密度(或峰值电流密度)Jp、脉冲导通时间ton和脉冲关断时间toff3个独立的参数。
由ton和toff可以引出脉冲占空比γ。
(1)脉冲占空比γ计算公式脉冲占空比γ指脉冲导通时间ton占整个脉冲周期(ton+toff)的百分比,可用下式表示:(2)平均电流密度Jm、峰值电流密度Jp、脉冲占空比γ关系式在一个脉冲周期内,由于电流只在部分时间(ton)导通,而其他时间(toff)为零,因此,脉冲电镀的电流密度有平均电流密度和峰值电流密度之分。
平均电流密度Jm等于峰值电流密度Jp 与脉冲占空比γ的乘积,可用下式表示:由式(2)可以看出:Jm一定时,Jp会根据γ的不同而改变。
1.2 脉冲电镀过程(1)在脉冲导通期ton内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,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。
(2)在脉冲关断期toff内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。
在关断期内,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,并有利于在下一个脉冲周期使用较高的峰值电流密度。
脉冲电镀过程中,当电流导通时,电化学极化增大,阴极区附近金属离子被充分沉积;当电流关断时,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,并伴有对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。
这样的过程周期性的贯穿于整个电镀过程的始末,其中所包含的机理构成了脉冲电镀的最基本原理。
2 脉冲电镀的优越性及适用性2.1 镀层结晶细致在脉冲导通期内,由于使用较高的电流密度,使晶核的形成速率远远大于原有晶体的生长速率,因此可形成结晶细致的镀层。
镀层结晶细致则密度大、硬度高、孔隙率低,即:大大提高镀层的耐蚀、耐磨、焊接、韧性、导电率、抗变色性,降低镀层的粗糙度,这对于功能性电镀来说尤其重要。
所以,脉冲电镀主要适用于功能性电镀领域,改善镀层的各项功能性指标,从而满足镀件在不同情况下较高的使用要求。
2.2 改善镀液分散能力在脉冲关断期内,阴极区域溶液中导电离子的质量浓度会得到不同程度的回升,溶液电阻率减小,则分散能力改善。
因此,脉冲电镀所得的镀层均匀性好。
这不仅有利于功能性电镀,对于某些高要求的装饰性电镀也非常重要(如大尺寸工件的装饰性镀金、银等),脉冲电镀分散能力好的特点可使工件表面镀层的颜色均匀一致、质量稳定。
所以,在某些高要求的装饰性电镀中,采用脉冲电镀是有积极意义的。
但对于常规的防护-装饰性电镀,如自行车、紧固件电镀等,则没有必要采用脉冲电镀。
2.3 提高镀层纯度在脉冲关断期内,会产生一些对沉积层有利的吸脱附现象。
例如:脉冲导通期内吸附于阴极表面的不溶性杂质(含光亮剂)在关断期内脱附返回溶液中,从而可得到纯度高的镀层。
镀层纯度高,可使镀层的某些功能性大大提高,如脉冲镀银可提高镀层的焊接、导电、自润滑、抗变色等性能,这在军工、电子、航空航天等领域的镀银生产中是难能可贵的。
2.4 镀层沉积速率加快脉冲关断期内金属离子的质量浓度的回升降低了浓差极化,有利于提高阴极电流效率和阴极电流密度,从而提高镀速。
脉冲电镀的这种优越性,可用于某些对镀层沉积速率要求较快的电镀生产(如电子线材的卷至卷连续电镀)。
但对于普通的电镀生产,若选择脉冲电镀的目的单纯是为了提高生产效率,则似乎有些不太合适。
2.5 消除或减轻镀层氢脆脉冲导通期内阴极表面吸附的氢在关断期内从阴极表面脱附,镀层氢脆消除或减轻,物理性能得到改善。
镀层氢脆小,工件的抗断裂强度提高,这对机械强度要求较高的产品有着重要的意义。
3 周期换向脉冲电镀3.1 基本原理周期换向脉冲电镀又称双向脉冲电镀。
典型的周期换向脉冲电流波形,如图2所示。
在正向脉冲之后引入反向脉冲,正向脉冲比反向脉冲持续时间长,反向脉冲幅度通常大于正向脉冲的。
大幅度、短时间的反向脉冲所引起的高度不均匀阳极电流密度分布可使镀层凸处被强烈溶解而整平。
周期换向脉冲电镀与单脉冲电镀相比,具有以下优越性: (1)反向脉冲可有效改善镀层的厚度分布,镀层厚度更均匀,整平性更好;(2)反向脉冲的阳极溶解使阴极表面金属离子的质量浓度迅速回升,这有利于下一个阴极周期使用高的脉冲电流密度,又使得晶核的形成速率大于生长速率,镀层致密度进一步提高; (3)反向脉冲的阳极剥离使镀层中有机杂质(含光亮剂)的夹附大大减少,因而镀层纯度更高,抗变色能力更强,这一点在氰化镀银中尤为突出;(4)反向脉冲使镀层中夹杂的氢发生氧化,从而可消除氢脆或减小内应力;(5)周期性的反向脉冲使镀件表面一直处于活化状态,因此可得到结合力好的镀层;(6)反向脉冲有利于减薄扩散层的实际厚度,提高阴极电流效率,因此合适的脉冲参数会使镀层的沉积速率进一步加快。
3.2 电流波形周期换向脉冲电流的波形一般有以下几种:3.2.1 有关断时间的单个脉冲换向一个正向脉冲之后紧接着一个反向脉冲,其波形,如图3所示。
这种波形兼有脉冲和换向的优点,但缺点是调节参数时,正、反向脉冲的导通、关断时间选择与正、反向脉冲的持续时间选择发生冲突。
因此,这种形式若作为槽外控制改善镀层质量的手段,其功能极不完善,在实际生产中极少应用。
3.2.2 无关断时间的单个脉冲换向一个无关断时间的正向脉冲后紧接着一个无关断时间的反向脉冲,其波形,如图4所示。
正、反向脉冲持续时间通常在ms 级,(如正向20ms,反向1ms),这种波形通常也称为方波交流电,与普通正弦波交流电波形相异,但频率大致相同,约50Hz左右。
这种波形正向脉冲持续时间长、幅度小,反向脉冲持续时间短、幅度大,其反向脉冲的不均匀电流密度分布补偿作用较明显,改善镀层厚度分布的效果较明显。
其适用于对镀层均匀性要求较高的电镀场合(如印刷线路板镀铜,可明显缩小孔内、外镀层厚度比)。
但因其脉冲无关断时间,且频率较低,改善镀层结晶的效果尚不理想,因此不宜用于(尤其对镀层结晶要求较高的)贵金属电镀。
3.2.3 脉动脉冲换向一组正向脉冲之后紧接着一组反向脉冲,即:正、反向脉冲均为群波而非单个波形,其波形,如图2所示。
这种波形为典型的周期换向脉冲波形,在功能性电镀生产中应用最广泛。
相对于有关断时间的单个脉冲换向,其克服了正、反向脉冲的导通、关断时间选择与正、反向脉冲的持续时间选择发生冲突的缺点。
相对于无关断时间的单个脉冲换向,其克服了脉冲无关断时间、改善镀层结晶不理想的缺点。
所以,脉动脉冲换向同时具有改善镀层厚度分布和改善镀层结晶状况的双重效果。
3.2.4 多组脉冲换向多组脉冲换向简称多脉冲,其波形,如图5所示。
它是在脉动脉冲换向的基础上增加可编程序功能,在每一个程序或时段内采用的脉冲参数可各不相同。
而普通的脉动脉冲换向,其各项参数调节好后,直到电镀过程结束,便不再改变。
多组脉冲换向的优点如下:(1)各层间应力相互抵消,镀层脆性下降,抗疲劳强度增强;(2)各层间多次重叠,则镀层孔隙率降低,致密性、耐蚀性提高;(3)各层间组分不同,有可能产生奇异的效果。
4·脉冲电镀电源脉冲电镀电源是产生脉冲电流的电源,它一般先由基础直流电源产生低纹波直流电流,然后再通过功率器件斩波形成脉冲电流。
斩波电路可采用可控硅电子开关电路和晶体管转换开关电路等。
4.1 脉冲电镀电源的波形图1为理想的方波脉冲电流波形,但由于受脉冲电镀电源内部电感、电容等器件及外加负载的影响,实际应用中的脉冲波形不可能如图1所示。
实际脉冲电镀中的电流波形近似于梯形,可简单地用图6中的波形来表示。
在电镀体系中,电极/溶液界面间的双电层近似于一个平板电容器,板间具有很高的电容。
当向该电镀体系施加脉冲电流时,必须首先给双电层充电。
双电层充满电(脉冲电流密度从零增至峰值)需要一定的时间tc,脉冲电流密度不可能从零垂直增至峰值,而是需要一定的“爬坡”。
“爬坡”所需要的时间可简单地视作脉冲的上升时间(确切的脉冲上升时间定义:脉冲电流密度由峰值电流密度的10%上升到90%所需要的时间),上升时间也称作“上升沿”、“前沿”、“上冲”等。
当脉冲电流密度“爬坡”至峰值并持续一段时间tb后,开始进入关断期。
进入关断期后,脉冲电镀电源虽然停止向该电镀体系供电,但双电层放电(从满电释放至零)会使电流维持一段时间td。
所以,此时脉冲电流密度不可能从峰值垂直下降至零,而是需要一定的“下坡”。
“下坡”所需要的时间可简单地视作脉冲的下降时间(确切的脉冲下降时间定义:脉冲电流密度由峰值电流密度的90%下降到10%所需要的时间),下降时间也称作“下降沿”、“后沿”、“下冲”等。
正是由于脉冲前、后沿的客观存在,使实际脉冲电镀中的电流波形不可能是理想的方波,而是一种不规则的近似于梯形的波形。
目前尚无法确知前、后沿对镀层质量的影响有多大,但可确知其存在会使脉冲电镀瞬时高电位的有利作用得不到充分发挥。
所以,脉冲电镀中总是要求脉冲前、后沿尽可能小,一般要求前沿20~100μs,后沿30~100μs。
其实,不应只要求前、后沿大小,避免前、后沿大于(或等于)导通、关断时间也很必要。
否则,若前沿(远)大于导通时间,后沿(远)大于关断时间,则镀槽内只能得到在平均电流附近变化的脉冲电流,即:脉冲电流实际变成了直流电流,其波形,如图7所示。
4.2 脉冲电镀电源的频率一般高频脉冲定义为频率大于5000Hz,低频为频率小于500Hz,中频则在500~5000Hz之间。
