微機電LIGA製程之Ni-Co-TiO2合金電鑄技術開發

Abstract

純金屬電鑄在LIGA 製程中已日漸難以獲得滿足，如應用在需耐衝擊的IC 導線架模具，就須具備高硬度與高強度的特性；應用在電磁式致動器或微感測器者，就須特別去考慮材料之軟磁、硬磁特性的選擇。在各種合金材料中，鎳鈷合金與其他合金系統相較之下由於具有低內應力、耐蝕性佳、高硬度、高強度、軟硬磁特性等，所以此合金電鑄已成LIGA製程中，急於發展的新一代微結構材料。近 20 年來新興發展的複合電鍍（composite plating）工程已在複合材料領域上獲得廣泛的應用。複合電鍍是利用金屬電沈積的方法，將一種或數種不溶性的固體顆粒，均勻地被包覆在金屬基材中。其主要目的是提高材料表面的性質，以保護基材表面避免損傷、摩擦、腐蝕氧化…。與普通的電鍍不同，複合鍍要求電鍍效率比較高的鍍液，藉由高沈積速率以利於微粒進入鍍層。對複合鍍而言，攪拌尤其重要，不同攪拌方式對鍍層的性能及質量具有相當程度之影響，而攪拌的目的是要使鍍液內維持最大的有效固體微粒濃度。本研究對胺基磺酸系鎳鈷合金電鑄開發出適合之鍍液配方，其組成為鎳離子濃度90g/L、Co/Ni=0.04、界面活性劑1.2g/L、應力消除劑 2c.c./L 時，內應力與機械性質(硬度可達470 HV)均有較佳的結果。機械性質的探討由研究結果顯示，屬於鈷以第二相方式析出所形成的散佈強化機制最有可能。形成內應力的機制，經觀察則以晶體聚集理論所描述最為符合。硬磁性的部分，電沉積過程中外加磁場、電流密度7ASD 時有較高的保磁力，最高可達390 Oe。在複合電鑄部分，研究中以奈米級之TiO2 粉體當作分散相，如此可有效提高光觸媒的比表面積，使更多的反應物能吸附在TiO2 表面上以促進光催化反應的進行。然而粒徑愈小之粉末，其聚集的情況愈嚴重，本研究順利使TiO2 微粒均勻地分散於鍍層中，減少聚集現象，並提高鍍層表面TiO2 的含量。