单槽法镀多层镍工艺 【技术领域】
本发明涉及一种镀镍工艺，具体而言，涉及一种单槽法镀多层镍工艺，及该工艺在电子电镀与防腐件电镀中的应用，还涉及包含用本发明工艺形成的多层镍的元件。背景技术
电子元器件和一般工业金属零部件镀镍时，为了提高其防腐蚀能力，国内外一般采用三槽法配以三种不同的镀镍液和不同的电流密度来获得三层含硫量不同的镀镍层，利用其含硫量不同则腐蚀电极电位也不同的原理来提高金属件的抗腐蚀能力，这种方法获得的镀镍层通常需要15微米以上的厚度才能满足要求。如果这样厚度的镍层用于集成电路外壳和带有引线的电子元件，其引线的抗疲劳强度远远达不到使用要求。
为解决上述问题，本发明提供了一种单槽法镀镍技术，其只用一个镀槽、一种镀镍液配方、一台多波形电镀电源，当用于集成电路外壳镀镍时，即使厚度达到15微米，其引线的抗疲劳强度也能达到使用要求，同时抗腐蚀能力可达到24小时以上盐雾试验的标准。发明内容
本发明的一个目的是提供一种单槽法镀多层镍的工艺，其利用多波形电镀电源，采用一种镀镍液配方和单个电镀槽，即可实现多层镍电镀，而不是采用传统的三个电镀槽、三种不同的镀镍液配方和单一的直流供电。
本发明的另一个目的是提供包含用本发明镀多层镍工艺形成的多层镍的元件。
本发明与普通电镀所不同的是，不用单一波形的直流电源而采用一台电流波形可自动转换、电流密度可跟踪调整的多波形电镀电源，将多波形电镀电源设置好三种以上不同波形地组合和相应的工作时间及适应的平均电流密度，镀到所需的镍层厚度即告结束。由于镀镍所采用的电流波形不同，导致晶粒的结晶取向不同，所以得到的镀镍层为多层结构。
按照本发明的一个实施方案，本发明的单槽法镀多层镍工艺所采用的多波形电源采用三种不同的波形，具体条件为：平均电流密度为0.1-10A/dm2，优选0.5-1.0A/dm2；电流波形组合为：直流，电镀时间为1秒-30分钟，优选5秒-10分钟，更优选10秒-5分钟；脉冲电流，工作比为0.1-1.0∶0.5-5，优选为0.1-0.5∶0.5-2，更优选为0.1-0.2∶0.8-0.9ms，工作时间为50-70ms∶30-50ms，电镀时间为1秒-30分钟，优选2秒-10分钟，更优选6秒-3分钟；换向脉冲电流，工作比为0.1-1.0∶0.5-3，优选0.1-0.4∶0.6-1.0ms，换向时间为140-800ms∶40-100ms，电镀时间为1秒-20分钟，优选2秒-10分钟，更优选4秒-2分钟，然后循环至所需镀镍层厚度为止。
用本发明工艺形成的镀镍层厚度可以根据制品的目标用途，由本领域技术人员容易地确定。例如在电子元件领域，一般控制在5-20微米，优选控制在6-15微米，更优选控制在8-10微米范围内。
原则上，对用于本发明的镀镍液没有限制。例如，可用于本发明的合适的镀镍液可以是普通的瓦特镀镍液，也可以是普通工业用的半光亮或光亮镀镍液。当用于电子电镀时，优选采用瓦特镍。
作为实例，本发明所采用的镀镍液配方组成为：每升镀液含硫酸镍0.9-1.14mol，氯化镍0.15-0.21mol，硼酸0.6-0.8mol，光亮剂0-0.012mol，表面活性剂10-50ppm；pH值3.5-4.1，温度40-45℃。
采用本发明的单槽法镀镍工艺，不仅工艺简单，节约成本，而且由于每层镍采用的电流波形不同，其晶粒的结晶取向也不同，相应的腐蚀电极电位也不同，通常层间电位差大于40mv，组合电位差大于140mV，抗腐蚀能力较强。附图说明
图1是用于本发明实施例1的多波形电源工作示意图。首先通直流电，电镀5分钟后，切换成脉冲电流，脉冲电流的工作比为0.2∶0.8，工作时间为60ms∶40ms，电镀3分钟后，切换成换向脉冲电流，工作比为0.1∶0.9，换向时间为140ms∶40ms，电镀2分钟后，切换为直流电，开始下一循环周期。在整个电镀期间，各波形电流的平均电流密度为0.8A/dm2。总的电镀时间为50分钟。
图2是用本发明工艺形成的多层镀镍层(实施例1的制品)的金相图，可以明显看到在基材上形成了多个镍层。
图3是根据本发明得到的多层镍腐蚀电位图。具体实施方式
本发明中的引线抗疲劳强度是指根据引线直径大小，施以相应的拉力，使引线沿轴向90°弯曲，引线弯曲部分不发生裂纹，引线与基体之间不发生松动和相对移动，则引线通过该次测试。
本发明中的盐雾试验是用0.5-3％ NaCl中性溶液在35°条件下喷雾8小时，密封16小时为一周期，放入的零部件表面锈蚀面积不大于5％为合格，通常电子元器件都要求达到至少24小时盐雾试验的要求。
上述两种试验方法都见于微电子器件试验方法和程序GJB548A-96中2004A、1009A法。
下面参照实施例对本发明进行更详细地说明。实施例1
取一厚度为1.2mm，面积为20×35mm2的可伐材料(4J29，Fe、Co、Ni合金)底座，引线为φ0.45mm可伐丝，28线混合电路外壳，表面经化学清洗后在下述溶液中镀多层镍：
硫酸镍 250克/升
氯化镍 35克/升
硼酸 40克/升
十二烷基硫酸钠 0.01克/升
电镀条件为：电镀液的pH值为3.8，温度为40℃，平均电流密度为0.8A/dm2，电流波形采用图1的波形，电镀时间50分钟，所得镀层厚度为8微米，镀镍层金相结构示于图2，镀层腐蚀电极电位示于图3，这种外壳镀镍后再镀以2-3微米厚的纯金层，其抗盐雾能力大于24小时(2％NaCl中性盐雾)，可伐丝引线抗疲劳强度大于3次(引线载荷2.22N，GJB548A，2004A法)。实施例2
取一厚度为4mm，面积为40×60mm2的无氧铜底座，引线为φ1mm，10#钢16引线功率模块外壳，表面经化学清洗后，在下述溶液中镀多层镍：
硫酸镍 300克/升
氯化镍 35克/升
硼酸 50克/升
糖精 0.5克/升
十二烷基硫酸钠 0.02克/升
电镀条件为：电镀液pH值为4.0，温度为45℃，平均电流密度0.6A/dm2，电镀时间两小时，电流波形及条件为：直流一分钟；换向脉冲电流，工作比0.2∶0.8ms，换向时间，800ms∶100ms，电镀时间3分钟。镀镍层厚度14微米。外壳镀层可耐96小时潮湿试验不生锈(GJB548A，1004法)，引线封接气密性可达1×10-3Pam3/s(GJB548A，1014法)实施例3
取一厚度为1.33mm，面积为30×40mm2的可伐材料底座(同例一)，引线为φ0.45mm可伐材料混合电路外壳，经化学抛光后，在下述溶液中镀多层镍：
硫酸镍 300克/升
氯化镍 40克/升
硼酸 40克/升
十二烷基硫酸钠 0.02克/升
电镀条件为：电镀液pH值为3.8，温度为45℃，平均电流密度为0.8A/dm2，电流波形及条件为：直流10秒种；脉冲电流，工作比0.2∶0.8ms，电镀时间6秒钟；换向脉冲电流，工作比0.2∶0.8ms，换向时间140ms∶40ms，电镀时间4秒钟，然后循环，总电镀时间为一小时，镀镍层厚度为10微米。再镀以2-3微米厚纯金层，外壳抗盐雾能力大于24小时(GJB548A，1009A法)引线抗疲劳强度大于5次(GJB548A，2004A法)。
以上结合实施例和附图对本发明进行了阐述。本领域技术人员应该明白，在本发明的精神和范围内，可以对本发明的实施方案做各种改变。因此，本发明不局限于此，而由权利要求书限定。