CN103409733A - 一种镭射直接成型天线的金属化方法及其所用化学沉铜液 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够减小塑料表面镀层应力、镀层结合力好且微孔导通率高的一步法金属化方法及其所用化学沉铜液，所述化学沉铜液包括如下质量百分比含量的组分：五水硫酸铜 0.8%～1.5%，乙二胺四乙酸二钠 2.5～4%，甲醛 0.2%～0.4%，氢氧化钠 0.8%～2%，稳定剂 0.1%～1%，润湿剂 0.1%～1%，促进剂 0.1%～1%，余量为纯水。由于不含有高渗透性的氯离子，其可以避免原有的氯化铜作为主盐的缺点，镀层结合力好。同时，因为使用一步法镀铜，简化了流程，因而漏镀、溢镀的比例更低；因为使用了适当的促进剂，微孔导通率更高；此外，还大大降低了成本。

Description

一种镭射直接成型天线的金属化方法及其所用化学沉铜液

技术领域

本发明涉及塑料的金属化方法及其所用化学沉铜液。

背景技术

LDS（Laser Direct Structure，镭射直接成型）技术，目前最主要的应用领域是制造新型天线，首先用激光器在LDS专用塑料上镭雕出天线图形，再浸泡于专门化学镀液里生成金属天线线路。与传统技术不同，该技术可以制造复杂的三维形状，有精确的机械容差，良好的刚性，可快速（不到2天）制造电气测试样型，生产设备简单，成本合理，适于大规模制造。

现有的LDS金属化方案，多采用以氯化铜为主盐的预镀铜、化镀厚铜两步法镀铜，镀铜后再化镀镍、化镀金的技术方案，由于采取两步法镀铜导致流程过于复杂，难于管理，容易出现漏镀、溢镀现象；在化镀过程中，由于金属的结晶有一定变形或有异相杂入，会产生一定内应力，在氯化铜为主盐的化铜液里，镀液里大量的高渗透性的氯离子导致镀层应力高，从而导致镀层结合力差，微孔内镀层附着性差，从而导致微孔导通率低。此外，相关药水高度依赖进口，成本高企。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种能够减小塑料表面镀层应力、镀层结合力好且微孔导通率高的镭射直接成型天线的金属化方法用化学沉铜液，其包括如下质量百分比含量的组分：

五水硫酸铜  0.8%～1.5%，

乙二胺四乙酸二钠  2.5～4%，

甲醛  0.2%～0.4% ，

氢氧化钠  0.8%～2%，

稳定剂  0.1%～1%，

润湿剂  0.1%～1%，

促进剂  0.1%～1%，

余量为纯水。

根据实施例，本发明还可采用以下优选的技术方案：

所述稳定剂包括质量百分比为1～10%的亚铁氰化钾、0.1～1%的吡啶或吡啶衍生物，余量为纯水。

所述稳定剂包括质量百分比为1%的亚铁氰化钾和0.1%的氨基吡啶，余量为纯水。

所述润湿剂包括质量百分比为0.1～1%的十二烷基苯磺酸钠、0.1～1%的聚乙二醇，余量为纯水。

所述润湿剂包括质量百分比为0.5%的十二烷基苯磺酸钠和0.5%的聚乙二醇，余量为纯水。

所述促进剂包括质量百分比为0.1～1%的聚二硫二丙烷磺酸钠、0.1～1%的喹啉磺酸，余量为纯水。

所述促进剂包括质量百分比为0.5%的聚二硫二丙烷磺酸钠和0.5%的5－异喹啉磺酸，余量为纯水。

本发明还提供一种金属化方法，用于镭射直接成型产品的表面金属化处理，包括：

S1.化学沉铜步骤，该步骤采用如前任一项所述的化学沉铜液；

S2.活化处理步骤；

S3.化学镀镍步骤；和/或

S4.化学镀金步骤。

优选的，所述活化处理步骤具体是：将所述经过化学沉铜后的镭射直接成型产品置于浓度为10～30PPM的钯 、浓度为10～20ML/L的硫酸且温度为 30~45 ℃的活化镀浴中进行活化，活化时间2～10分钟。

进一步优选的，所述化学镀镍步骤具体是：将所述经过活化处理的镭射直接成型产品置于pH值为4.0~5.0 、温度为 75~80 ℃的化镍镀浴中进行化学镀镍，时间为10～20分钟。

进一步优选的，所述化学镀金步骤具体是：将所述经过化学镀镍后的镭射直接成型产品置于pH值为4.0~6.0 、温度为 80~90 ℃的化金镀浴中进行化学镀金，时间为5～10分钟。

本发明与现有技术对比的有益效果是：由于不含有高渗透性的氯离子，本发明的化学沉铜液可以避免原有的氯化铜作为主盐的缺点，镀层结合力好。

本发明的一步法金属化方法因为使用一步法镀铜，简化了流程，因而漏镀、溢镀的比例更低；因为使用了适当的促进剂，微孔导通率更高；此外，无需进口化学药水，大大降低了成本。

具体实施方式

下面结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。

本发明的镭射直接成型天线的金属化方法，用于镭射直接成型产品的表面金属化处理，包括：化学沉铜步骤、活化处理步骤、化学镀镍和化学镀金步骤，其中化学镀金为可选项。

其中，化学沉铜步骤所用化学沉铜液中各组分及质量百分含量如下：

五水硫酸铜  0.8%～1.5%，乙二胺四乙酸二钠  2.5～4%，甲醛  0.2%～0.4% ，氢氧化钠  0.8%～2%，稳定剂  0.1%～1%，润湿剂  0.1%～1%，促进剂  0.1%～1%，余量为纯水。

所述稳定剂可以是包括质量百分比为1～10%的亚铁氰化钾、0.1～1%的吡啶或吡啶衍生物，余量为纯水。

所述润湿剂可以是包括质量百分比为0.1～1%的十二烷基苯磺酸钠、0.1～1%的聚乙二醇，余量为纯水。

所述促进剂可以是包括质量百分比为0.1～1%的聚二硫二丙烷磺酸钠、0.1～1%的喹啉磺酸，余量为纯水。

所述活化处理步骤可以是：将所述经过化学沉铜后的镭射直接成型产品置于浓度为10～30PPM的钯 、浓度为10～20ML/L的硫酸且温度为 30~45 ℃的活化镀浴中进行活化，活化时间2～10分钟。

所述化学镀镍步骤是：将所述经过活化处理的镭射直接成型产品置于pH值为4.0~5.0 、温度为 75~80 ℃的化镍镀浴中进行化学镀镍，时间为10～20分钟。

所述化学镀金步骤具体是：将所述经过化学镀镍后的镭射直接成型产品置于pH值为4.0~6.0 、温度为 80~90 ℃的化金镀浴中进行化学镀金，时间为5～10分钟。

实施例1

本实施例的生产工艺流程如下：

（1）、开启加热，药水循环，空气搅拌，分析药水浓度，调整使各生产槽内的药水的工艺参数达到设定的工艺范围内，按设计要求将已进行天线图形镭雕（镭射直接成型）的塑胶工件装入挂具内。

（2）、将挂具浸入配备有药水循环、空气搅拌、加热温控及超声振子的不锈槽内，通过超声波脱脂（清洁）2～5分钟。

（3）、将清洁后的工件经纯水清洗后转移至化学镀铜槽内，待镭雕线路上镀满了红色的铜镀层，将化学镀铜工艺参数调至需要范围内并加大空气搅拌量。

（4）、通过膜厚仪测试铜镀层的厚度，当厚度达到设定要求后，将工件转移至纯水槽水洗，然后再转移至活化槽进行活化处理。

（5）、经过活化处理后的工件使用纯水洗后转移至化学镀镍槽内进行化学镀镍。

其中，A. 超声脱脂：温度60 ℃，时间 5 分钟，然后水洗两分钟。B. 化铜：打开空气搅拌，搅拌量为0.5L/L×H，温度 55 ℃，时间20 分钟（此时天线上已镀覆满铜层），然后加大搅拌量为10L/L×H，时间2小时（此时镀层厚度已达设定厚度12微米），然后水洗两分钟。C. 活化：在活化剂浓度为25PPM 的钯溶液中进行浸渍处理，温度 30 ℃，时间 5分钟，之后水洗两分钟。D：化学镀镍：在pH值为4.6，温度为 80 ℃的镀浴中进行化学镀镍，之后将已经化学镀镍的工件水洗两分钟。

本实施例中化学沉铜液的具体配制比例如下：

1.   化学沉铜液中各组成的质量百分含量为：五水硫酸铜0.9%，EDTA二钠3%，甲醛(37%)1%，氢氧化钠1.2%，稳定剂0.2%，润湿剂0.2%，促进剂0.1%，余量为纯水。

2.   所述化学沉铜液稳定剂包括质量百分比为1%的亚铁氰化钾和0.1%的氨基吡啶。所述稳定剂，可以络合一价铜离子，以维护药水的稳定性，保证药水的使用效果，使得本发明取得较佳的技术效果。实验发现，其它的络合剂络合程度或太强或太弱，技术效果均不理想。

3.   化学沉铜液润湿剂包括质量百分比为0.5%的十二烷基苯磺酸钠和0.5%的聚乙二醇，余量为纯水。两者成分联合使用可以吸附在镀液里的铜粒子上，以阻止铜粒子的扩大，从而维护药水的稳定和反应的适中，使用其它润湿剂则会导致反应过于剧烈或反应活性过低。

4.   化学沉铜液促进剂包括质量百分比为0.5%的聚二硫二丙烷磺酸钠和0.5%的5－异喹啉磺酸。所述促进剂，两种成分联合使用可以促进微孔内的铜沉积，从而提高了孔内外沉积的同步性，实验发现，其它促进剂的促进效果相对不佳。

5.所述活化处理步骤具体是：将所述经过化学沉铜后的镭射直接成型产品置于浓度为10～30PPM的钯 、浓度为10～20ML/L的硫酸且温度为 30~45 ℃的活化镀浴中进行活化，活化时间2～10分钟。

6.   化学镀镍液：六水硫酸镍2.2%、次亚磷酸钠2.6%、已二酸1.5%、苹果酸1.5%，余量为纯水。所述化学镀镍步骤具体是：将所述经过活化处理后的镭射直接成型产品置于pH值为4.0~5.0 、温度为 75~80 ℃的化镍镀浴中进行化学镀镍，时间为10～20分钟。

实施例2

本实施例是镀镍后加镀0.1μm以上镀金的情况。生产工艺流程、工艺参数及药水配制同实施例1，只在化镍后增加在pH值为5.2、EDTA为2.5%、柠檬酸金钾为0.15%、温度88℃的环保镀金液里进行化学镀金，时间10分钟，之后将已经化学镀金的工件经过两分钟水洗。

实施例3

本实施例中，在每件工件上雕刻出两个1mm深、孔径为100μm的超微孔，镀铜总厚度控制在6μm。

生产工艺流程、工艺参数及药水配制同实施例1，只将化学沉铜液中的稳定剂更改为：0.8%的亚铁氰化钾和0.1%的2-氰基吡啶。

实施例4

每件工件上雕刻出两个1mm深、孔径为100μm的超微孔，镀铜总厚度控制在8μm。

生产工艺流程、工艺参数及药水配制同实施例1，只将化学沉铜液促进剂更改为：0.1%的聚二硫二丙烷磺酸钠和0.15%的5-硝基异喹啉。

实施例5

每件工件上雕刻出两个1mm深、孔径为100μm的超微孔，镀铜总厚度控制在10μm。

生产工艺流程、工艺参数及药水配制同实施例1，只将化学沉铜液中的稳定剂更改为：1.5%的亚铁氰化钾和0.1%的2，2-联吡啶；化学沉铜液促进剂更改为：0.1%的聚二硫二丙烷磺酸钠和0.2%的5-异8-羟基-5-喹啉磺酸。

对比例1

使用市场上主流进口氯化铜体系LDS专用化学镀药水，生产工艺流程、工艺参数完全按照药水商推荐设定。

对比例2

每PCS工件上雕刻出两个1mm深、孔径为100μm的超微孔，镀铜总厚度控制在10μm。

使用市场上主流进口氯化铜体系LDS专用化学镀药水，生产工艺流程、工艺参数完全按照药水商推荐设定。

试验结果如下表一

表一

结果分析说明如下：

1. 使用本方法的LDS金属化获得的产品与市场主流的进口氯化铜体系LDS金属化专用方法获得的产品相比，镀层结合力好很多，这主要源于硫酸铜化学镀铜的镀层应力较氯化铜化镀铜要低。

2. 使用本方法的LDS金属化方法获得的产品与市场主流的进口氯化铜体系LDS金属化专用方法获得的产品相比，因为使用一步法镀铜【所谓一步法镀铜，是与现有技术的两步法（预镀铜+化镀厚铜）相对而言的，该方法无需预镀铜】，简化了流程，因而漏镀、溢镀的比例更低；因为使用了适当的促进剂，微孔导通率更高，这主要源于本方法使用了更合适的促进剂。

3. 使用本方法的LDS金属化获得的产品与市场主流的进口氯化铜体系LDS金属化专用方法获得的产品相比，毛边及粗糙度水平相当。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种镭射直接成型天线的金属化方法用化学沉铜液，用于镭射直接成型产品的表面金属化处理，其特征在于包括如下质量百分比含量的组分：

五水硫酸铜  0.8%～1.5%，

乙二胺四乙酸二钠  2.5～4%，

甲醛  0.2%～0.4% ，

氢氧化钠  0.8%～2%，

稳定剂  0.1%～1%，

润湿剂  0.1%～1%，

促进剂  0.1%～1%，

余量为纯水。

2.如权利要求1所述的化学沉铜液，其特征在于：所述稳定剂包括质量百分比为1～10%的亚铁氰化钾、0.1～1%的吡啶或吡啶衍生物，余量为纯水。

3.如权利要求2所述的化学沉铜液，其特征在于：所述稳定剂包括质量百分比为1%的亚铁氰化钾和0.1%的氨基吡啶，余量为纯水。

4.如权利要求1所述的化学沉铜液，其特征在于：所述润湿剂包括质量百分比为0.1～1%的十二烷基苯磺酸钠、0.1～1%的聚乙二醇，余量为纯水。

5.如权利要求4所述的化学沉铜液，其特征在于：所述润湿剂包括质量百分比为0.5%的十二烷基苯磺酸钠和0.5%的聚乙二醇，余量为纯水。

6.如权利要求1所述的化学沉铜液，其特征在于：所述促进剂包括质量百分比为0.1～1%的聚二硫二丙烷磺酸钠、0.1～1%的喹啉磺酸，余量为纯水。

7.如权利要求6所述的化学沉铜液，其特征在于：所述促进剂包括质量百分比为0.5%的聚二硫二丙烷磺酸钠和0.5%的5－异喹啉磺酸，余量为纯水。

8.一种镭射直接成型天线的金属化方法，用于镭射直接成型产品的表面金属化处理，其特征在于包括：

S1.化学沉铜步骤，该步骤所用化学沉铜液如权利要求1～7项任一项所述；

S2.活化处理步骤；

S3.化学镀镍步骤；和/或

S4.化学镀金步骤。

9.如权利要求8所述的金属化方法，其特征在于，所述活化处理步骤具体是：将所述镭射直接成型产品置于浓度为10～30PPM的钯离子 、浓度为10～20ML/L的硫酸且温度为 30~45 ℃的活化镀浴中进行活化，活化时间2～10分钟。

10.如权利要求8所述的金属化方法，其特征在于，所述化学镀镍步骤具体是：将所述镭射直接成型产品置于pH值为4.0~5.0 、温度为 75~80 ℃的化镍镀浴中进行化学镀镍，时间为10～20分钟。