CN1020766C - 薄覆铜因瓦片材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用电镀法制备薄覆铜因瓦片材的方法,解决了覆铜因瓦与镀层间结合力不强、在镍铁合金上电镀金属难的问题,本方法采用电镀前的预处理及用特殊溶液处理,其工艺流程包括:初步去油、去氧化层及润湿处理、高温去油、微蚀处理、电镀铜;利用含硫酸及OP乳化剂的溶液进行去氧化层及润湿处理,利用含硫酸及盐酸的溶液进行微蚀处理;本发明与现有制造因瓦片材的机械法相比具有投资少、见效快、便于制备多品种的因瓦片材的效果。
Description
本发明涉及高性能印制电路板用薄覆铜因瓦片材制备方法。
本发明属于印制电路板制造技术领域。
作为安装电子元器件用的印制电路板,特别是高性能印制电路板,对其物理性能有较高的要求,例如,热膨胀系数、散热性、耐热性等。目前,用作印制电路板的覆铜环氧/玻璃布基材,虽然具有较好的电性能及加工性能,但其耐热性及散热性较差,当其受到高温冲击时,易发生形变,导致电接触不良或金属化孔断裂现象。针对这些问题,目前多采用增加散热装置的方式解决,这不便于安装及维修。应用特殊材料,例如,Kevlar或石英纤维与聚酰亚胺或环氧树脂结合制成的印制板基材,虽然它的热膨胀系数及耐热性较好,但其散热性不能满足要求,而且,这两种纤维的直经较大,以至于不能制成较薄的片材,其加工性也不理想,特别像石英这样的材料硬度很高,难以钻孔,其价格也太贵,大约为玻璃布材料的10~15倍,很不经济。
现在有一种用于印制板的物理性能较好的导电材料是复合金属材料,其中以覆铜因瓦(CIC)和覆铜钼(CMC)最有价值,CMC虽然性能更好,但其价格昂贵,加工困难,实用性差;CIC比较可取,它的使用被公认为是印制板表面安装技术中的一项有效措施。
覆铜因瓦是由美国德克萨斯仪器公司首先研制成功的,它是一种三层结构的复合金属,板芯是镍铁合金(其中:Ni-36%,Fe-64%),在其二个表面覆上高纯度、厚度相同的紫铜,层间复合采用机械方式,利用连续滚压,使之连成一体,再经固态扩散,达到相互间的牢固结合。在这种三层结构的复合金属中,铜具有很高的热传导性,而因瓦却具有非常低的热膨胀系数,当改变铜与因瓦的厚度比例时,可获得
物理性能良好的复合材料,其热膨胀系数可达3PPm/℃~12PPm/℃的变化范围,即相当于由硅到钢的热膨胀系数的变化范围;在这种复合金属材料中X-Y方向(板面方向)的热传导系数随铜的增加而增加,Z方向(厚度方向)则以较低的比率增加(因镍铁合金具有较低的热传导系数)。
由于覆铜因瓦具有这种一物多性的优点,可根据实际需要选用不同的方案,它已用于高级军用电子产品中。
利用上述的机械方法制备因瓦片材有局限性:设备投资大,材料的利用率低,生产灵活性差,制备较薄的片材比较困难。
本发明的目的:为满足计算机及其它高精度电子产品对印制电路板的需求,进一步解决印制板的热膨胀系数、散热性、耐热性、尺寸稳定性四大难题,立足于国内工艺条件,本发明提出一种利用电镀法制备薄覆铜因瓦片材的方法。
发明内容:
利用电镀法制备薄覆铜因瓦片材的关键在于,解决覆铜因瓦与镀层间的结合力,在镍铁合金上电镀金属,例如镀铜,具有较大难度,这是众所周知的,因镍铁合金与铜的热膨胀系数相差很大,镍铁合金的TCE为1.7PPm/℃,铜的TCE为16.8PPm/℃,至使结合力不强;另外,现有的因瓦芯材-镍铁合金4J36,一般呈块状或窄条状,不符合印制板最小尺寸的要求,印制板的宽度至少也要在180mm以上;现有芯材也太厚;因此,需专门制作厚度为0.1~0.4mm,宽度为200~250mm镍铁合金4J36的片材。
本发明利用电镀前的予处理及处理中使用特殊配方的溶液,以保证合金表面不被氧化,保证电镀质量。
利用电镀法制备薄覆铜因瓦片材的工艺流程由下列步骤组成:
因瓦带剪裁、初步去油、去氧化层及润湿处理、高温去油、微蚀处理、电镀铜,
具体作法是:
将因瓦带剪裁好,进行以下工序:
a.初步去油用沾有汽油的棉纱擦洗因瓦芯材的表面;
b.去氧化层及润湿处理利用如下配方的溶液,在温度为55~65℃情况,处理2~6分钟;
硫酸 230~270mL/L,
OP乳化剂 6~12g/L,
水 平衡;
c.高温去油用温度为80~90℃的热水,浸泡2~5分钟;
d.微蚀处理用如下配方的溶液,在室温情况下,处理20~80秒钟;
硫酸(比重:1.84) 5~15%(体积比)
盐酸 5~15%(体积比)
水 平衡;
e.电镀铜用阴极移动方法进行双面光亮镀铜工序,经以上处理的因瓦芯材,加电压后放入镀槽内,电镀温度25~35℃,电流密度为1.5~2.0A/dm,电镀液配方如下,
CuSO4·5H2O 80~120g/L,
H2SO4180~220g/L,
153光亮剂 2~6mL/L(华北计算技术研究所产),
Cl氯离子 40~80mg/L,
电镀时间按要求选择。镀后冲洗,吹干即可。
以上a-d工序主要目的是使铜镀层与因瓦基低层之间结合牢固,并便于电镀工序的进行。
利用本方法制备的薄覆铜因瓦片材的成品厚度为0.1~0.6mm,铜/因瓦/铜的比例可取任何比例;层间结合力,符合国标GB4677.7
-84的规定,热应力复合MIL-P-55110D标准。
实施例:
利用厚度为0.1mm,宽度为200mm的镍铁合金4J36因瓦芯材,用棉纱沾汽油擦净芯材的两表面;用340号水砂纸打磨片材表面的黄锈斑,再用耐酸胶带将芯材粘贴在塑料框架上,然后,将芯材连同框架一起放进去氧化层及润湿处理槽内,槽内溶液的配方为:
硫酸 250mL/L,
OP乳化剂 8g/L,
水 平衡;
在温度为55~65℃情况,处理3分钟;取出后,用水洗净,再放入80~90℃的热水中,保持4分钟,取出后,用水洗净,再放入微蚀液中,该溶液配方为:
硫酸(比重:1.84) 10%(体积比)
盐酸 10%(体积比)
水 平衡
在室温下浸泡40秒钟,取出后用水冲洗,然后用去离子水冲洗,再将芯材固定在电镀夹具上,并将其挂在已加电的电镀槽阴极导电棒上,在阴极移动下,进行双面镀铜,电镀溶液配方如下:
CuSO4·5H2O 100g/L,
H2SO4200g/L,
153光亮剂 6mL/L(华北计算技术研究所产)
Cl氯离子 60mg/L,
其余为蒸馏水或去离子水;
电镀时,电流密度为1.5~2.0A/dm;温度为28~30℃;时间为40分钟;取出后用水冲洗,吹干,完成全部工序。
制得的成品,厚度为:0.15mm
铜/因瓦/铜的比例为:17/66/17(%)
热膨胀系数为:4.5~4.7PPm/℃
导热系数为(W/m.K):16.64
抗张强度(KPSI):56~59
本发明与制备因瓦片材的机械方法相比具有如下优点:
设备投资少,见效快,可根据需要制备各种厚度、各种比例的CIC片材,特别适应新产品研制开发阶段用料少、品种多的特点;利用本发明的电镀方法制备的覆铜因瓦片材,具有热膨胀系数低,散热性好,电容量大,电磁屏蔽性好,适合用作大功率传输电路的印制板;这种印制电路板,其焊点承受应力小,增加整机的可靠性;不用或少用散热装置,使整机便于安装和维修。
Claims (4)
1、一种高性能印制电路板用的薄覆铜因瓦片材制备方法,其特征在于,利用电镀法制备薄覆铜因瓦片材。
2、根据权利要求1所述的薄覆铜因瓦片材制备方法,其特征在于,工艺流程由下列步骤组成:
因瓦带剪裁、初步去油、去氧化层及润湿处理、
高温去油、微蚀处理、电镀铜,
其中,
a.去氧化层及润湿处理用如下配方的溶液,在温度为55~65℃状态下,处理2~6分钟,
所用溶液配方为,
硫酸 230~270mL/L,
OP乳化剂 6~12g/L,
水 平衡;
b.微蚀处理用如下配方的溶液,在室温情况下,处理20~80秒钟,
所用溶液配方为,
硫酸(比重:1.84) 5~15%(体积比)
盐酸 5~15%(体积比)
水 平衡;
c.电镀铜用阴极移动方法进行双面光亮镀铜工序,将因瓦芯材,放入加电压的镀槽内,电镀温度为25~35℃,电流密度为1.5~2.0A/dm,电镀液配方如下:
CuSO4·5H2O 80~120g/L,
H2SO4180~220g/L,
153光亮剂 2~6mL/L,(华北计算技术研究所产)
Cl氯离子 40~80mg/L。
3、根据权利要求2所述的薄覆铜因瓦片材制备方法,其特征在于,初步去油用沾有汽油的棉纱擦洗因瓦芯材的表面;高温去油用温度为80~90℃的热水,浸泡2~5分钟。
4、根据权利要求2所述的薄覆铜因瓦片材制备方法,其特征在于,用棉纱沾汽油擦净镍铁合金4J36因瓦芯材的两表面;并用340号水砂纸打磨片材表面的黄锈斑;然后,用耐酸胶带将芯材粘贴在塑料框架上,再将芯材连同框架一起浸入去氧化层及润湿处理槽内,槽内溶液的配方为:
硫酸 250mL/L,
OP乳化剂 8g/L,
水 平衡,
在55~65℃温度下,处理3分钟;取出后,用水洗净,再放入80~90℃的热水中,保持4分钟,取出后,用水洗净,然后放入微蚀液中,该溶液配方为:
硫酸(比重:1.84) 10%(体积比)
盐酸 10%(体积比)
水 平衡,
在室温下浸泡40秒钟;取出后用水冲洗,然后用去离子水冲洗,将芯材固定在电镀夹具上,加电压后,将因瓦芯材,放入镀槽内的阴极导电棒上,在阴极移动下,进行双面镀铜,电镀溶液配方如下:
CuSO4·5H2O 100g/L,
H2SO4200g/L,
153光亮剂 2~6mL/L,(华北计算技术研究所产)
Cl氯离子 60mg/L,
其余为蒸馏水或去离子水,
电镀时电流密度为1.5~2.0A/dm;温度为28~30℃;时间为40分钟;取出后用水冲洗,吹干。
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