CN102534584B - 沉金药水、沉金方法及电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种沉金药水、沉金方法及电路板，该沉金药水包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物，金盐和所述含不饱和键的有机物发生还原反应获得金原子。本发明的沉金药水是通过还原反应获得金原子，然后金原子在电路板的金属层表面结晶而形成金层，因此，该沉金药水可以获得较厚的金层；而且，可以获得厚度均匀地金层，从而可以提高电路板的引线键合能力。
Description
技术领域
本发明属于印刷电路板领域，涉及一种沉金药水、沉金方法以及由该沉金方法获得的电路板。
背景技术
在传统的化学沉镍钯金(ENEPIG)制程中，常采用置换型沉金药水，如TLC-75系列，通过置换方式在镍金属层表面形成金层。图1为置换型沉金工艺的原理图。请参阅图1，在电路板的铜金属层14的表面制作镍金属层13，然后将电路板放入沉金药水中，药水中的金离子11与镍金属层13表面的镍离子12发生置换反应，从而在镍金属层13表面形成金层。
这种以置换方式沉积金层的工艺存在以下缺陷：
第一，当金原子在镍金属层表面形成一层金层之后，镍金属层即被金层覆盖，这使得金离子与镍离子的置换反应不能继续维持，因此，以置换方式沉积的金层的厚度不超过0.1μm。
第二，镍金属层表面微观差异以及沉金的面积对以置换方式沉积金层的工艺影响较大，因此，在实际工艺过程中，很难获得厚度均匀、稳定的金层。
第三，金层较薄以及厚度的不均匀将导致电路板无法获得稳定、良好的引线键合能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种沉金药水，该沉金药水可以在电路板表面获得较厚的金层，而且金层的厚度均匀。
另外，本发明还提供一种沉金方法，该沉金方法可以在电路板表面制作出厚度较厚、且均匀的金层。
此外，本发明还提供一种电路板，该电路板上的金层较厚，而且金层的厚度均匀。
为解决上述技术问题，本发明提供一种沉金药水，包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物，所述金盐能够与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子。
优选地，基于所述溶剂的体积，所述金盐的加入量为1～2g/L，优选1.0～1.5g/L；和/或，所述含不饱和键的有机物的不饱和键的数量与金离子的比例为1∶1以上。
优选地，还包括氰化物，优选氰化钾，基于所述溶剂的体积，所述氰化物的加入量为10～100ppm，优选40～60ppm，更优选45～55ppm。
优选地，所述溶剂为去离子水。
优选地，所述含不饱和键的有机物为醛类、有机酸、酮或硫脲。
此外，本发明还提供一种沉金方法，用于在电路板上沉积金层，包括以下步骤：
向所述缸体内加入沉金药水，所述沉金药水包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物；
将所述电路板放入所述沉金药水中，促使所述沉金药水中的所述金盐与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子，所述金原子在所述电路板的表面形成金层。
优选地，基于所述溶剂的体积，保持所述含不饱和键的有机物的浓度偏差在±5ml/L。
优选地，所述沉金药水的温度为75～85℃；和/或，所述药水的温度偏差在±1℃以内。
优选地，在向缸体内加入所述的沉金药水之前，采用去离子水清洗所述缸体，并使所述缸体内的去离子水的导电率低于5μm。
另外，本发明还提供一种电路板，在电路板的键合区域沉积有金层，所述金层是通过本发明提供的所述沉金方法获得。
优选地，所述金层的厚度为0.1μm以上，所述金层的厚度的
均匀性为±0.03μm，所述金层的Cpk值为1.0以上。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的沉金药水可以通过还原反应获得金原子，该金原子在电路板的金属层表面结晶而形成金层。由于还原反应不会因电路板的金属层被覆盖而停止反应。因此，该沉金药水可以获得较厚的金层；而且，电路板金属层的表面结构对金层的形成过程影响小，从而可以获得厚度均匀地金层。另外，金层较厚以及均匀地金层又可以提高电路板的引线键合能力，使电路板的性能更稳定。
类似地，本发明提供的沉金方法是通过还原反应获得金原子，金原子在电路板的金属层表面结晶而形成金层。由于还原反应不会因电路板的金属层被覆盖而停止反应，因此，该沉金药水可以获得较厚的金层，金层厚度可以达到0.1μm以上；而且，电路板金属层的表面结构对金层的形成过程影响较小，从而可以获得厚度均匀地金层，厚度的均匀性为±0.03μm。另外，金层较厚以及均匀地金层又可以提高电路板的引线键合能力，使电路板的性能更稳定。
作为本发明的一个优选实施例，通过控制沉金药水中各反应物的浓度或含量，可以使不同批次的电路板上的金层厚度相同，即，获得厚度稳定的金层。
另外，本发明还提供一种电路板，该电路板上的金层厚度较厚且均匀，从而可以获得高引线键合能力的电路板。
附图说明
图1为置换型沉金工艺的原理图；
图2为本发明沉金工艺所采用的缸体的截面图；
图3为本发明沉金工艺流程图；以及
图4为本发明提供的还原型沉金工艺的原理图。
具体实施方式
本发明提供一种沉金药水，包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物，所述金盐能够与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子。
优选地，在本发明的各实施例中，基于所述溶剂的体积，所述金盐的加入量为1～2g/L，优选1.0～1.5g/L；和/或，所述含不饱和键的有机物的不饱和键的数量与金离子的比例为1∶1以上。
优选地，在本发明的各实施例中，还包括氰化物(优选氰化钾)，基于所述溶剂的体积，所述氰化物的加入量为10～100ppm，优选40～60ppm，更优选45～55ppm。
优选地，在本发明的各实施例中，所述溶剂为去离子水。
优选地，在本发明的各实施例中，所述含不饱和键的有机物为醛类、有机酸、酮或硫脲。
此外，本发明还提供一种沉金方法，用于在电路板上沉积金层，包括以下步骤：
向所述缸体内加入如前所述的沉金药水，所述沉金药水包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物；
将所述电路板放入所述沉金药水中，促使所述沉金药水中的所述金盐与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子，所述金原子在所述电路板的表面形成金层。
优选地，在本发明的各实施例中，基于所述溶剂的体积，保持所述含不饱和键的有机物的浓度偏差在±5ml/L。
优选地，在本发明的各实施例中，所述沉金药水的温度为75～85℃；和/或，所述药水的温度偏差在±1℃以内。
优选地，在本发明的各实施例中，在向缸体内加入所述的沉金药水之前，采用去离子水清洗所述缸体，并使所述缸体内的去离子水的导电率低于5μm。
另外，本发明还提供一种电路板，在电路板的键合区域沉积有金层，所述金层是通过本发明提供的所述沉金方法获得。
优选地，在本发明的各实施例中，所述金层的厚度为0.1μm以上，所述金层的厚度的均匀性为1.1±0.03μm，所述金层的Cpk值为1.0以上。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的沉金药水、沉金方法以及电路板进行详细描述。
本实施例采用还原型沉金药水进行沉金工艺，实施沉金工艺所采用的沉金设备如图2所示。沉金设备包括缸体20、药水加热系统、药水循环过滤系统以及自动加药系统，其中，缸体20内设有导流板21a、21b以及药水加热系统的加热器22，导流板21a、21b用于引导药水的流动方向，同时确保缸体20内的药水不出现局部静止，以避免缸体20内的药水浓度和温度不均匀。
第一导流板21a包括水平部分和垂直部分，其中，第一导流板21a的水平部分设置在靠近缸体20的底部位置，其上设有多个供药水流动的通孔26，第一导流板21a的垂直部分与水平部分连接并且其顶端伸出药水的液面。第二导流板21b设置在缸体20一侧，且其顶端低于药水的液面。
加热器22设置在由第二导流板21b与缸体20围成的区域内。药水循环过滤系统包括药水循环过滤管23以及设置在药水循环过滤管23管路上的循环泵24，循环泵24用于对药水提供循环的动力。药水循环过滤管23的输出口设置在由缸体20与第二导流板21b围成的区域内，而且，输出口靠近缸体20的底部。当药水由药水循环过滤系统返回到缸体20后，由加热器22对其加热，以使药水温度达到沉金工艺所需要求。
在缸体20的顶部且远离药水循环过滤管23的输出口一侧设有副槽25，实施沉金工艺所需的反应物均自副槽25位置加入缸体20。药水循环过滤管23的输入口设置在副槽25位置。在导流板21a、21b和药水循环过滤管23的共同作用下，药水在缸体20内按照图2中箭头所示方向的流动方向。
本实施例提供的沉金药水包括溶剂、金盐(例如AuK(CN)2)、氰化钾(KCN)以及含不饱和键的有机物，含不饱和键的有机物作为还原剂与所述金盐发生还原反应而获得金原子，金原子结晶析出而获得金层。
在沉金药水中，金盐、氰化钾以及含不饱和键的有机物按照溶剂的量来确定。溶剂采用DI水(去离子水)，基于DI水的体积，金盐的加入量为1～2g/L，优选1.0～1.5g/L；所述氰化钾的加入量为10～100ppm，优选40～60ppm，更优选45～55ppm，氰化钾也可以采用其它氰化物代替，如氰化钠；含不饱和键的有机物作为还原剂，可以采用醛类、有机酸、酮或硫脲等等，所述含不饱和键的有机物按照下述方式确定加入量：即，不饱和键的数量与金离子的比例应在1∶1以上。
本实施例提供的沉金药水可以通过还原反应获得金原子，金原子在电路板的金属层表面结晶析出后形成金层。由于还原反应不会因电路板的金属层被覆盖而停止反应。因此，该沉金药水可以制备出厚度在0.1μm以上的金层；而且，电路板金属层的表面结构对金层的形成过程影响小，从而可以获得厚度均匀地金层，金层厚度的均匀性为±0.03μm，而且金层的CPK(Complex ProcessCapability index)值在1.0以上。金层较厚以及均匀地金层又可以提高电路板的引线键合能力，使电路板的性能更稳定。
本实施例提供的沉金方法包括以下步骤：
步骤s1，清洗缸体。
在开缸前，首先对缸体20进行全面检查和清洁，确保缸体20内壁的包胶面没有任何破损和划痕，去除附着在缸体20内壁上的所有杂质和附着物；再用DI水对缸体20的内壁反复浸泡和冲洗，直至最后注入缸体内的DI水的电导率低于5μs。
步骤s2，加入溶剂和反应物。
将清洁缸体20所使用的DI水排除干净，然后向缸体20内重新加入DI水作为溶剂，DI水的液面达到实施沉金工艺所需的液面高度，再以DI水为参照量加入反应物，反应物包括金盐(Au(CN)2 -)、氰化钾(KCN)以及含不饱和键的有机物，其中，金盐的加入量为1～2g/L。氰化钾的加入量为10～100ppm，优选40～60ppm，更优选45～55ppm。含不饱和键的有机物为还原剂，可采用上村公司生产的TWX-40，用于还原金盐中的金离子，TWX-40的加入量为30～50ml/L，优选35～45ml/L。本实施例中，含不饱和键的有机物也可以采用如醛类、有机酸、酮或硫脲等的有机物。需要说明的是，不论采用哪种含不饱和键的有机物作为还原剂，沉金药水中的不饱和键的数量与金离子的比例都应在1∶1以上，以确保还原反应的顺利进行。
本实施例中，氰化钾不仅可以补充金盐因热分解而消耗的CN-离子，而且，可以抑制络合离子的分解，即，药水中有足够的CN-离子可以使Au形成稳定的络合离子，避免结晶析出。氰化钾也可以采用其它的氰化物代替，如氰化钠。不难理解，即使药水中不加入氰化钾，金盐与还原剂反应同样可以生成金原子，即，药水中仅包含金盐和还原剂同样可以获得金层。但是，不添加氰化钾的药水的稳定性较差，在药水的加热以及冷却过程都会造成金的大量析出，造成药水的浪费。
步骤s3，启动药水加热系统和药水循环过滤系统。
开启循环泵24和药水加热系统，对缸体20内的溶液循环加热，并使缸体20内的药水温度维持在75～85℃范围内。而且，将缸体20内各区域的药水温度偏差控制在±1℃以内，TWX-40的浓度偏差控制在±5ml/L。
步骤s4，沉金。
将电路板放入缸体20内开始沉金。图4为本发明提供的还原型沉金工艺的原理图。请参阅图4，本实施例的电路板包括铜金属层45、镍金属层44以及钯金属层43。电路板上的金属层为反应物发生还原反应起到催化作用，即，金属层为化学反应产生的金原子提供了结晶所需的晶核，从而为还原反应提供了动力。因此，当将电路板放入缸体20后，还原反应的速度加快，金盐中的金离子与醛类中的不饱和键发生还原反应的方程式为：
在还原反应过程中，如图4所示，金离子42与还原剂分子41反应而产生金原子，金原子在钯金属层表面结晶，从而形成金层46。与置换反应制作金层相比，还原反应制作金层46不受钯金属层43的影响，还原反应生成的金原子可以不断地在先前形成的金层46表面结晶，从而可以获得厚度在0.1μm以上的金层46。另外，通过还原反应制作金层46的过程不受钯金属层43表面结构的影响，因此，在钯金属层43表面可以获得厚度均匀的金层46。较厚的金层以及厚度均匀地金层可以提高电路板的引线键合能力，从而使电路板的性能更稳定。
在实际生产过程中，当反应物的浓度恒定时，可以通过控制沉积时间来控制金层46的厚度，由此确保不同批次的电路板获得厚度相同的金层，即，提高金层的稳定性。
在沉金过程中，通过自动加药系统补充沉金工艺所消耗的反应物，而且还通过量杯式补加器以手工方式进行补加。手工补加的具体过程为：定期检测溶液中药水的各反应物的浓度，若反应物的浓度小于工艺所需浓度，则通过手工方式进行补加。在补加过程中，定期校正量杯式补加器的补加量是否准确，以此确保缸体20内药水各反应物的浓度。
步骤s5，结束沉金工艺。
需要说明的是，在实际生产过程中，沉金工艺开始前的加热过程以及沉金工艺结束后的降温过程，药水中的金盐和及含不饱和键的有机物仍会发生还原反应。尽管此时还原反应的量较少，但仍有部分金原子结晶析出。药水循环过滤管23可以将已经结晶析出的金原子过滤，从而避免药水中因存在较多的晶粒而使得金盐和及含不饱和键的有机物损耗；同时，避免药水中因存在较大的晶粒而影响金层厚度的均匀性。另外，在步骤s4实施之前，可以对药水中的金盐、氰化钾以及含不饱和键的有机物的浓度进行检测并补加，以避免在实施沉金工艺之前因还原反应而导致药水中的金盐、氰化钾以及含不饱和键的有机物的浓度降低，进而避免对金层厚度的影响。
本实施例提供的沉金方法是通过还原反应获得金原子，金原子在电路板的金属层表面结晶而形成金层。由于还原反应不会因电路板的金属层被覆盖而停止，因此，该沉金药水可以获得较厚的金层，金层厚度可以达到0.1μm以上；而且，电路板金属层的表面结构对金层的形成过程影响小，从而可以获得厚度均匀地金层，金层厚度的均匀性为±0.03μm，金层的Cpk值为1.0以上。较厚的金层以及厚度均匀的金层又可以提高电路板的引线键合能力，使电路板的性能更稳定。
本实施例还提供一种电路板，在电路板的键合区域沉积有金层，所述金层是通过本实施例提供的所述沉金方法获得。因此，本实施例提供的电路板的金层厚度可以达到0.1μm以上，而且金层的厚度均匀为±0.03μm，金层的Cpk值为1.0以上，从而可以获得高引线键合能力的电路板。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种电路板用沉金药水，其特征在于，包括溶剂、金盐以及含不饱和键的有机物，所述金盐能够与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子，
其中，所述含不饱和键的有机物为醛类、酮或硫脲，
所述电路板用沉金药水还包括氰化物，基于所述溶剂的体积，所述氰化物的加入量为40～60ppm，
所述电路板包括铜金属层、镍金属层以及钯金属层，所述电路板上的金属层为反应物发生还原反应起到催化作用，即为化学反应产生的金原子提供了结晶所需的晶核，从而为还原反应提供了动力。
2.根据权利要求1所述的电路板用沉金药水，其特征在于，基于所述溶剂的体积，所述金盐的加入量为1～2g/L；和/或，所述含不饱和键的有机物中的不饱和键的数量与金离子的比例为1∶1以上。
3.根据权利要求2所述的电路板用沉金药水，其特征在于，基于所述溶剂的体积，所述金盐的加入量为1.0～1.5g/L。
4.根据权利要求1所述的电路板用沉金药水，其特征在于，所述氰化物为氰化钾。
5.根据权利要求1所述的电路板用沉金药水，其特征在于，所述氰化物的加入量为45～55ppm。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的电路板用沉金药水，其特征在于，所述溶剂为去离子水。
7.一种沉金方法，用于在电路板上沉积金层，其特征在于，包括以下步骤：
向缸体内加入根据权利要求1-5中任一项所述的沉金药水；
将所述电路板放入所述沉金药水中，促使所述沉金药水中的所述金盐与所述含不饱和键的有机物发生还原反应而获得金原子，所述金原子在所述电路板的表面形成金层，
其中，所述含不饱和键的有机物为醛类、酮或硫脲，
所述电路板包括铜金属层、镍金属层以及钯金属层，所述电路板上的金属层为反应物发生还原反应起到催化作用，即为化学反应产生的金原子提供了结晶所需的晶核，从而为还原反应提供了动力。
8.根据权利要求7所述的沉金方法，其特征在于，基于所述溶剂的体积，保持所述含不饱和键的有机物的浓度偏差在±5ml/L。
9.根据权利要求7所述的沉金方法，其特征在于，所述沉金药水的温度为75～85℃；和/或，所述药水的温度偏差在±1℃以内。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的沉金方法，其特征在于，在向缸体内加入所述的沉金药水之前，采用去离子水清洗所述缸体，并使所述缸体内的去离子水的导电率低于5μm。
11.一种电路板，在电路板的键合区域沉积有金层，其特征在于，所述金层是通过权利要求7-10所述沉金方法获得。
12.根据权利要求11所述的电路板，其特征在于，所述金层具有至少一种以下特征：
所述金层的厚度为0.1μm以上，
所述金层的厚度的均匀性为±0.03μm，
所述金层的Cpk值为1.0以上。
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