在鎳或者鎳鐵電沉積過程中，鎳的標準電極電位比氫的低，氫原子比鎳原子先得到電子，以氣態析出，從而析氫反應是電沉積單金屬鎳和鎳鐵合金過程中不可避免的現象。析氫反應對電沉積金屬層造成的影響，表面上看會在鑄層表面有針孔和麻點，對薄膜性能的影響則是產生氫脆現象，降低鑄層韌性。特別在鎳電鍍中，針孔和麻點會導致被電鍍的材料表面沒有完全被鎳覆蓋，局部抗腐蝕能力下降。

對于MEMS結構，其圖形尺寸一般都在微米量級，析氫反應嚴重時，氫氣泡附著在陰極表面，氣泡的直徑與微電鑄圖形的尺寸不相上下，造成大量被氫氣泡附著的單元失效，實際成品率大大下降。陰極附近的氫氣析出導致其附近的pH值升高，引起電流效率下降，鎳離子的還原反應變慢，使析氫反應加強，從而進一步導致局部pH值上升，形成惡性循環。因此，特別注意觀察陰極上是否有氣泡附著，要及時根據情況改善。

在研究中，出現了在其他微電鍍參數不變的前提下，陰極尺寸變大，導致析氫反應嚴重的現象，解決方案是增加攪拌，陰極適當均勻攪拌可以使局部pH值變化更均勻，從而減輕析氫反應。溶液中十二烷基硫酸鈉（NaC12H2SO4），又稱潤濕劑，可以防止鍍層產生針孔、麻點，并可使溶液界面張力降低，氫氣泡難以在陰極表面停留，從而降低析氫反應的發生[8]。

3　微電鍍及實驗結果分析

3.1　微電鍍基本過程和參數分析

本文設計的電磁型RF MEMS采用微帶線傳輸方式，鎳鐵合金懸臂梁及信號傳輸結構示意圖如圖3所示。

根據電化學原理，電化學沉積必須發生在金屬導電種子層上。在MEMS工藝中一般采用以下基本工藝流程：①在基片上濺射過渡層材料Ti/Au,厚度為50~150 nm;②涂厚膠AZ4620,厚度為25μm,光刻待鍍圖形；③采用上述微電鍍裝置和溶液配方進行微電鍍；④去除光刻膠。以下重點對微電鍍過程和參數進行分析研究。

在微電鍍之前，電化學工作站CHI660C設置為恒電流模式，采用雙電極工作方式。通過反復實驗，獲得以下參數：陰極電流密度為4 A/m2,pH值控制在3.5~3.7,溫度設為63℃[8],實際測溫時有2℃以內的誤差，攪拌速度為25~35 r/min。在此參數下，可以獲得表面粗糙度比較低、一致性好、內應力小的鎳鐵合金薄膜，通電共70 min,獲得約22μm的鎳鐵合金薄膜。圖4所示為鎳鐵合金薄膜表面形貌顯微鏡圖，其圖形尺寸為700μm×180μm,光學顯微鏡放大倍數為250倍，其中，物鏡和目鏡的放大倍數分別為25、10倍。由圖4可見，圖形表面大體平整，但仍然有少量小的針孔、麻點以及裂紋，未來需要進一步改進電鍍工藝，盡量消除麻點以及裂紋。

3.2　實驗結果分析

采用振動樣品磁強計（Vibrating SampMagnetometer, VSM）對微電鍍的鎳鐵合金薄膜進行磁參量的測量。為保證測試能夠體現本次微電鍍的效果，方便測試操作，特別制作樣品圖形圖形尺寸約3 mm×3 mm。采用一組不同的外加磁場強度起始點，外加磁場范圍約從4 ~477 kA/m（50~6 000Oe），共測得13條磁滯回線。將這些不同起點的磁滯回線定點相連，即可得到薄膜材料的磁化曲線，其中，最大相對磁導率約為460,薄膜矯頑力約為490 A/m,飽和磁感應強度約為0.9 T,剩磁感應強度為0.03~0.06 T這些參數與文獻[9]列出的相對磁導率為500~1 000、矯頑力為80~400 A/m、飽和磁感應強度為0.9~1.08 T等相比略遜，還有待提高。

4　結　語

本文對RF MEMS開關的軟磁懸臂梁微電鍍工藝進行研究，通過分析選用晶體材料鎳鐵合金作為懸臂梁軟磁材料。在分析微電鍍原理的基礎上，從影響微電鍍成品率角度出發，進行了鍍液的配比和微電鍍實驗，并對改善鍍層質量進行研究。采用振動樣品磁強計對微電鍍薄膜樣品進行磁參量測量，對比國外先進水平，還略有差距，今后工作重點將研究如何提高鎳鐵合金薄膜的磁參量性能。

參考文獻：

[ 1 ]付　世，丁桂甫，王　艷。一種新型雙穩態微機電系統電磁微繼電器的研制[J].上海交通大學學報，2006,40（11）： 1947-1950,1954.

[ 2 ]劉仁志。實用電鑄技術[M].北京：化學工業出版社，2006: 87.

[ 3 ]趙見高，島田寬。微磁器件與軟磁薄膜[J].金屬功能材料，1995,2（3）： 90-94.

[ 4 ]劉本東，李德勝。微機械繼電器的研究及進展[J].微納電子技術，2007,44（2）： 88-92,110.

[ 5 ]Ji C H, Yee Y J, Choi J H, et al. Electromagnetic2×2 MEMS

optical switch[J]. IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum

Electronics, 2004,10（3）： 545-550.

[ 6 ]Huang Zhilin, Shen Jun. Latching micromagneticoptical switch[J].

Journal of Microelectromechani-cal Systems, 2006,15（1）： 16-23.

[ 7 ]曾華梁，吳仲達，陳鈞武，等。電鍍工藝手冊[M].2版。北京：機械工業出版社，1997: 341.

[ 8 ]肖日松，杜立群，劉海軍，等。微電鑄的析氫現象研究[J].中國機械工程，2005,16（Suppl）： 446-448.

[ 9 ]Taylor W P, Schneider M, Baltes H, et al. Elec-troplated soft

magnetic materials for microsensorsand microactuators[C]//1997

International Confer-ence on Solid-State Sensors and Actuators.

Chica-go, USA: IEEE, 1997: 1445-1448.