CN102268658A - 一种化学镀镍液及化学镀镍工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种挠性印制电路板用化学镀镍液及化学镀镍工艺。本发明的化学镀镍液，包含以下浓度含量的组分：镍盐，以Ni2+的含量计算为4.5～5.5g/L；还原剂，15～40g/L；络合剂，20～100g/L；稳定剂，0.01～10mg/L；促进剂，0.001～1g/L；低应力添加剂，0.01～10g/L；所述低应力添加剂为萘二磺酸钠、苯磺酸钠、糖精、明胶、丁炔二醇、乙酸、香豆素、甲醛、乙醛的一种或几种。本发明的化学镀镍工艺，化学镀镍液的温度为75-90℃，化学镀镍液的pH值为4.5-5.4，化学镀镍时间为15-30分钟。采用本发明的化学镀镍液及化学镀镍工艺，能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，使镍层具备良好的弯折性能，满足挠性印制电路板的生产及装配要求，进一步提高了良品率。
Description
技术领域
本发明属于印制电路板领域，涉及挠性印制电路板的化学镀镍金工艺，特别涉及一种挠性印制电路板用化学镀镍液及化学镀镍工艺。
背景技术
电子产品持续朝向轻薄短小多功能的趋势发展，挠性印制电路板除原先作为讯号传输的功能外，在技术上也逐渐朝向高密度细线路与作为主被动组件的载板等方向发展，应用领域也从PC相关、消费性电子等产品，转向制程较精密的平板显示器与IC封装产业上。而高密度的挠性印制电路板除具备连接面板功能外，又可承载主被动组件，使产品更加轻薄化，在手机、平板显示器等产品需求持续带动下，是未来市场的主流技术。
印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式，主要包括以下几种：热风整平、有机可焊性保护剂、化学沉镍浸金、化学镀银、化学浸锡、锡/铅再流化处理、化学沉镍沉钯浸金等。而随着产品的无铅化、高密度封装技术的发展，对可焊性涂覆表面处理技术提出了更高的要求。对于挠性印制电路板来说，化学沉镍浸金技术是目前应用最广的技术之一。
挠性印制电路板的特性之一是具有可自由挠曲的特性，因此在挠性印制电路板的加工以及元器件的装配过程中，不可避免会出现挠性印制电路板的弯曲。由于化学镀镍金的镍层是由镍和磷组成的，其具有较大的应力，而导致其不具备弯折的性能，稍弯折就会出现裂纹，而引起电性能下降。因此，常规的化学镀镍是不适用于挠性印制电路板的。为此一些厂家采取了化学镀镍时降低镍层的厚度，使其厚度介于1-2微米，由于镍层的厚度越厚，弯曲时越容易产生裂纹，通过降低镍层的厚度来改善其耐弯曲性能。但降低镍层的厚度，特别是当镍层的厚度低于2μm，焊接时，尤其是无铅焊接时，其焊接的可靠性就会受到影响，对产品的使用存在着潜在的风险。未来随着挠性印制电路板技术的应用日趋广泛，对低应力化学镀镍的需求将日趋强烈，以满足挠性印制电路板的生产及装配的要求，进一步提高产品的良品率。
正是基于上述存在的问题和满足市场对低应力化学镀镍的需求，开展了本发明的研究工作。
发明内容
如上所述，为了使挠性印制电路板在加工以及元器件的装配过程中，化学镀镍金的镍层能够具备良好的耐弯折性能，有必要对镍层的形成予以改进，包括化学镀镍液的改进与化学镀镍工艺的改进。
基于以上考虑，本发明人进行了深入细致的研究分析与实验验证，结果发现，通过向化学镀镍液中添加某种适量的添加剂，能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，满足挠性电路板生产及装配的要求，本发明将这种添加剂定义为低应力添加剂。
此外，本发明人针对本发明的化学镀镍液设计了相应的化学镀镍工艺。
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，使镍层具备良好的耐弯折性能的化学镀镍液及化学镀镍工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种化学镀镍液，包含以下浓度含量的组分：
镍盐，以Ni2+的含量计算为4.5～5.5g/L；
还原剂，15～40g/L；
络合剂，20～100g/L；
稳定剂，0.01～10mg/L；
促进剂，0.001～1g/L；
低应力添加剂，0.01～10g/L；
所述低应力添加剂为萘二磺酸钠、苯磺酸钠、糖精、明胶、丁炔二醇、乙酸、香豆素、甲醛、乙醛的一种或几种。
为了进一步改进本发明的化学镀镍液，所述还原剂的含量为20-30g/L。
其中，所述镍盐为硫酸镍。
其中，所述还原剂为次磷酸钠。
其中，所述络合剂为葡萄糖酸、甘氨酸、乳酸、丙酸、丁二酸、苹果酸、甲叉二磷酸、氨基三甲叉磷酸的一种或几种。
其中，所述稳定剂为含铅无机盐、含硫有机物、含碘化合物的一种或几种的组合。
其中，所述促进剂为含硫有机物、含氟无机物的一种或两种的组合。
为了解决上述技术问题，本发明进一步提供了一种专用于上述化学镀镍液的化学镀镍工艺：根据化学镀镍层的厚度要求，控制化学镀镍液的温度为75-90℃，化学镀镍液的pH值为4.5-5.4，化学镀镍时间为15-30分钟。
采用本发明的化学镀镍液及化学镀镍工艺，能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，使镍层具备良好的耐弯折性能，满足挠性印制电路板的生产及装配要求，进一步提高了良品率。
具体实施方式
本发明的化学镀镍液，包含以下浓度含量的组分：
镍盐，以Ni2+的含量计算为4.5～5.5g/L；
还原剂，15～40g/L；
络合剂，20～100g/L；
稳定剂，0.01～10mg/L；
促进剂，0.001～1g/L；
低应力添加剂，0.01～10g/L；
所述低应力添加剂为萘二磺酸钠、苯磺酸钠、糖精、明胶、丁炔二醇、乙酸、香豆素、甲醛、乙醛的一种或几种。
上述各组分均溶解于去离子水中以形成本发明的化学镀镍液。此外，本发明的化学镀镍液不排除还含有其他现有的化学镀镍液常用的添加剂，如润湿剂、光亮剂、缓冲剂等。其中，润湿剂和光亮剂可用于提高镀层的光亮度和致密性；缓冲剂能有效地控制溶液的pH值。这些常用添加剂可根据镀层的具体性能要求来灵活添加。
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下对本发明的化学镀镍液的各组分进行详细阐述，并结合具体实施例和对比例进一步详予说明。
本发明的镍盐，可选用现有化学镀镍液常用的镍盐，包括硫酸镍、乙酸镍、氯化镍或次磷酸镍的一种或几种，其作用是提供Ni2+。考虑到镍盐对镍层性能的影响及镍盐价格的综合因素，优选为硫酸镍，其在化学镀镍液中的浓度含量以Ni2+的含量计算控制在4.5～5.5g/L，有利于降低镍层的应力，改善镍层的韧性。
本发明的还原剂，可选用现有化学镀镍液常用的还原剂，包括次磷酸盐、硼氢化物、胺硼烷、联氨的一种或几种，优选为次磷酸钠，原因在于次磷酸钠的价格低、镀液容易控制，而且合金镀层性能良好，其在化学镀镍液中的浓度含量控制在15～40g/L，有利于降低镍层的应力，改善镍层的韧性，更优选的，其含量控制在20-30g/L。
本发明的络合剂，可选用现有化学镀镍液常用的络合剂，其要求具有较大的溶解度并存在一定的反应活性，一般含有羟基、羧基或氨基，主要是一些脂肪族羧酸及其取代衍生物或其盐类，其作用是：1、防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性并延长使用寿命；2、提高沉积速度。优选为葡萄糖酸、甘氨酸、乳酸、丙酸、丁二酸、苹果酸、甲叉二膦酸(CH2(PO3H2)2)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)的一种或几种，其在化学镀镍液中的浓度含量控制在20～100g/L，有利于降低镍层的应力，改善镍层的韧性。如果络合剂含量低于20g/L，槽液出现浑浊，就会不稳定，如果络合剂含量高于100g/L，一方面会影响到镍的沉积速度，另一方面，增加了化学镀镍的成本。
本发明的稳定剂，可选用现有化学镀镍液常用的稳定剂，其作用是抑制镀液的自发分解，使施镀过程在控制下有序进行。稳定剂的作用机理为：化学镀镍液本身处于热力学不稳定状态，镀液中一旦有催化效应的活性中心(金属微粒)存在，特别是镍沉积过程中产生的镍微粒，会使化学镀镍液立即发生剧烈的自分解反应而失去作用，而稳定剂是一种毒化剂，即毒性催化剂，可使有催化效应的活性中心中毒，失去催化作用，从而达到抑制镀液自发分解的作用。优选为含铅无机盐、含硫有机物、含碘化合物的一种或几种的混合物，其在化学镀镍液中的浓度含量控制在0.01～10mg/L，其原因在于：超过10mg/L会降低镀速甚至使反应停止，而低于0.01mg/L，则会使化学镀镍槽液不稳定。
本发明的促进剂，可选用现有化学镀镍液常用的促进剂，其作用是使化学镀镍液既有高稳定性又有较快的沉积速度。由于沉积速度与溶液的稳定性是一对矛盾，稳定剂的加入在提高溶液稳定性的同时，使镀液的沉积速度下降，因此要加入促进剂。优选为含硫有机物、含氟无机物的一种或两种的混合物，其在化学镀镍液中的浓度含量控制在0.001～1g/L，有利于降低镍层的应力，改善镍层的韧性。如果促进剂的含量低于0.001g/L时，无法改善化学镀镍的沉积速度，如果高于1g/L时，会影响到镍层的性能，使镍层的应力增大。
本发明的低应力添加剂，是实现本发明目的的关键因素，经过本发明人深入细致的研究分析与实验验证，发现萘二磺酸钠、苯磺酸钠、糖精、明胶、丁炔二醇、乙酸、香豆素、甲醛、乙醛的一种或几种作为低应力添加剂添加到化学镀镍液中，且控制其在化学镀镍液中的浓度含量为0.01～10g/L，能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，满足挠性电路板生产及装配的要求。虽然低应力添加剂的作用机理还不甚明了，但通过多组实施例与对比例的实验结果，即实施例与对比例各自形成的镍层的耐弯折性能的对比分析，证明了低应力添加剂的显著作用。
本发明的化学镀镍工艺，根据化学镀镍层的厚度要求，控制化学镀镍液的温度为75-90℃，化学镀镍液的pH值为4.5-5.4，化学镀镍时间为15-30分钟。
以下具体列举出部分实施例与对比例，并结合实施例与对比例的测试结果予以分析验证。
实施例1：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为4.5g/L；
次磷酸钠：20g/L；
甘氨酸：4g/L；
乳酸：25g/L；
丁二酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L；
氟化钾：0.5g/L；
萘二磺酸钠：2g/L；
香豆素：0.15g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折，将测试结果记录于表1中。
实施例2：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为5.0g/L；
次磷酸钠：25g/L；
氨基三甲叉膦酸(ATMP)：4g/L；
乳酸：25g/L；
丁二酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L；
氟化钾：0.5g/L；
丁炔二醇：2g/L；
乙酸：1.5g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折，将测试结果记录于表1中。
实施例3：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为5.5g/L；
次磷酸钠：30g/L；
甘氨酸：5g/L；
乳酸：20g/L；
苹果酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L
氟化钾：0.5g/L；
萘二磺酸钠：2g/L；
糖精：2g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折，将测试结果记录于表1中。
对比例1：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为4.5g/L；
次磷酸钠：20g/L；
甘氨酸：4g/L；
乳酸：25g/L；
丁二酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L；
氟化钾：0.5g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折，将测试结果记录于表1中。
对比例2：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为5.0g/L；
次磷酸钠：25g/L；
氨基三甲叉膦酸(ATMP)：4g/L；
乳酸：25g/L；
丁二酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L；
氟化钾：0.5g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折，将测试结果记录于表1中。
对比例3：
化学镀镍液，包含以下含量的组分：
硫酸镍：以Ni2+的含量计算为5.5g/L；
次磷酸钠：30g/L；
甘氨酸：5g/L；
乳酸：20g/L；
苹果酸：10g/L；
Pb2+：1mg/L
氟化钾：0.5g/L；
其余为去离子水。
按照上述各组分及含量配制好化学镀镍液后，将之用于直径为1mm的圆柱形金属杆的化学镀镍，化学镀镍工艺为：在镀镍过程中，控制上述化学镀镍液的温度为80℃，化学镀镍液的pH值为4.90，化学镀镍时间为20分钟。镀镍完成后，测试镍层的厚度并对金属杆进行180度的反复弯折以测试镍层的耐弯折性能，将测试结果记录于表1中。
表1
| 镍层厚度 | 镍层耐弯折性能 | |
| 实施例1 | 2.5～3.5微米 | 弯折10次不出现裂纹 |
| 实施例2 | 2.5～3.5微米 | 弯折10次不出现裂纹 |
| 实施例3 | 2.5～3.5微米 | 弯折10次不出现裂纹 |
| 对比例1 | 2.5～3.5微米 | 弯折1次出现裂纹 |
| 对比例2 | 2.5～3.5微米 | 弯折1次出现裂纹 |
| 对比例3 | 2.5～3.5微米 | 弯折1次出现裂纹 |
由表1所示可知，在其他组分及含量相同的情况下，在实施例1、2和3的化学镀镍液中由于含有低应力添加剂，使实施例1、2和3的镍层的耐弯折性能明显优于对比例1、2和3的镍层的耐弯折性能，这足以证明本发明的低应力添加剂能有效降低镍层的应力，改善镍层的韧性，使镍层具备良好的耐弯折性能，这样的耐弯折性能已经能满足挠性印制电路板的生产及装配要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种化学镀镍液，其特征在于，包含以下浓度含量的组分：
镍盐，以Ni2+的含量计算为4.5～5.5g/L；
还原剂，15～40g/L；
络合剂，20～100g/L；
稳定剂，0.01～10mg/L；
促进剂，0.001～1g/L；
低应力添加剂，0.01～10g/L；
所述低应力添加剂为萘二磺酸钠、苯磺酸钠、糖精、明胶、丁炔二醇、乙酸、香豆素、甲醛、乙醛的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述还原剂的含量为20-30g/L。
3.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述镍盐为硫酸镍。
4.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述还原剂为次磷酸钠。
5.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述络合剂为葡萄糖酸、甘氨酸、乳酸、丙酸、丁二酸、苹果酸、甲叉二磷酸、氨基三甲叉磷酸的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述稳定剂为含铅无机盐、含硫有机物、含碘化合物的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的化学镀镍液，其特征在于：所述促进剂为含硫有机物、含氟无机物的一种或两种的组合。
8.一种专用于权利要求1至7任意一项所述的化学镀镍液的化学镀镍工艺，其特征在于：控制化学镀镍液的温度为75-90℃，化学镀镍液的pH值为4.5-5.4，化学镀镍时间为15-30分钟。
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