CN103806031A - 一种高密度高精度印制线路板电镀铜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电镀领域，尤其使使用在电路板生产制造中镀铜过程中的一种高密度高精度印制线路板电镀铜工艺，电镀液包括硫酸铜溶液和分散剂，其特征在于：将加入镀铜液的镀槽置于数控超声发生器中，将准备好的印制线路板置入镀液中，电镀过程中施加一定超声功率的超声波强化电镀。利用超声波增强电镀铜所得镀层外表细腻，光泽度好，晶粒也较均匀，且覆盖紧密，结合力和耐腐蚀性能明显优于无超声波辅助作用下所得镀层，镀层综合性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及电镀领域，尤其使使用在电路板生产制造中镀铜过程中的一种一种高密度高精度印制线路板电镀铜工艺。
背景技术
早在本世纪初就已发现明胶，甘氨酸，胱氨酸和硫脲等物质能使硫酸铜镀液得到光亮的镀层。五十年代后曾经有以硫脲或硫脲分别同糊精，巯基苯并噻唑等多种物质配合作为酸性硫酸盐镀铜光亮剂的专利，这些添加剂虽然能使镀层光亮，晶粒细化，但镀层的机械性能却不能满足要求，如：明胶等添加剂导致镀层夹杂，镀层脆性和孔隙率增加；而硫脲组成的添加剂会大大降低镀层的柔软性，且容易分层而使镀层机械性能降低。到七十年代，有关聚合物，有机染料或较复杂的含硫，含氮化物组合的添加剂面世，可以获得高度整平，光亮，柔软良好我国对光亮酸性镀铜添加剂的研制始于七十年代，七十年代初，中科院计算所与北大化学系合作，在国内率先研制出高分散能力光亮酸性镀铜液，采用高酸低铜配方，使镀液分散能力好，外观及机械性能均好。同时，四机部无氰电镀工作组收集和整理了国外大量的文献和专利，并组织了技术攻关，在大量科学试验和生产实践的基础上，于七十年代末期，推出了用于印制板镀铜的电镀添加剂SH-110，用这种添加剂，与其它材料相配合，可以获得光亮，整平的铜镀层，镀液具有良好的分散能力和深镀能力，即使在40℃下，也能正常进行工作而不会分解，尤其适用于印制板镀铜，电子部15所先后推出了以LC151和LC153为光亮剂的高分散能力酸性镀铜液，同样可以在10-40℃下正常工作。然而用这些添加剂获得的铜镀层上有层增水亮膜，必须经过酸或碱液将这层膜破坏，才不致影响铜层与其它镀层的结合力。为此又推出了LC154和FDT-1两种的铜镀层。添加剂，消除了铜层表面的增水膜，镀层质量有了很大提高。
硫酸铜电镀在PCB电镀中占着极为重要的地位，酸铜电镀的好坏直接影响电镀铜层的质量和相关机械性能，并对后续加工产生一定影响。只有板面及孔内镀层厚度均匀，才能保证镀层有足够的强度和导电生。这就需要镀液有良好的分散能力和深镀能力。随着印制板向高密度，高精度方向的发展，板厚(≥7.2mm)，小孔(Φ≤0.35mm)，2.54mm网格内布五根线或五根线以上的印制板对镀铜技术提出了更高的要求。现有行业中的电镀液的镀制性能已经难以满足对高密度、高精度电路板的镀铜要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种可以满足高密度、高精度印刷电路板上镀铜要求的电镀工艺。
为了达到上述的技术目的，本发明采用的技术解决方案包括一下技术内容：一种高密度高精度印制线路板电镀铜工艺，电镀液包括硫酸铜溶液和分散剂，其特征在于：将加入镀铜液的镀槽置于数控超声发生器中，将准备好的印制线路板置入镀液中，电镀过程中施加一定超声功率的超声波强化电镀。
上述超声波的施加功率为40-100W。
在上述的电镀铜液中的主要组分为硫酸铜溶液，硫酸铜溶液的组分为硫酸铜50—90g/L，硫酸160—200g/L，氯离子35—80ppm。硫酸铜溶液的组分的最佳配置比例为硫酸铜75g/L，硫酸180g/L，氯离子60ppm。在使用上述浓度的硫酸铜溶液中添加分散剂可以使电镀铜液的镀制性能得到显著的提升。
主要采用的分散剂为含有磺基琥珀酸脂基和氧乙烯基的钠盐溶液。分散剂包括琥珀酸的烷基脂类磺酸钠盐，含胺的琥珀酸脂钠盐，含乙氧基的琥珀酸脂钠盐。在镀液中添加范围为0.05—5g/L，最佳为0.12g/L。例如醇醚磺基琥珀酸单脂二钠(DAPS)、丁二酸二戊脂磺酸钠(AY-65)、1-磺酰琥珀酸脂—2—氧乙烯基—3—羟基—4—琥珀酸钠(TPSO3)，丁二酸二己酯磺酸钠(MA-80)，丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠盐(A-102)等能够有效提高镀层的质量。
电镀铜溶液中添加的结晶细化剂，其成分为苯骈噻唑或苯骈咪唑，用量为0.05—10ppm，最佳为0.2—5ppm。例如2—巯基苯骈咪唑(M)可在较宽的温度范围内镀出整平和韧性良好的全光亮镀层，可以扩大镀层的光亮范围。
另外在电镀铜液中还可以有光亮剂，其成分为硫代丙烷基磺酸钠，用量为1—20ppm，最佳为2—10ppm。例如SP、SH110，其与M、N、MBT配合使用效果显著，使用范围宽，适于线路板电镀铜。
上述的电镀铜液在各组分添加完成之后，需要进行多次过滤之后，在进行激烈的空气搅拌和机械式阴极移动处理，度为0.6—1.5米/分钟，并在电镀的过程中持续保持溶液循环。
通过采用上述的技术解决方案，本发明获得了以下技术优点和效果：
（1）超声波在电镀过程中对镀液起到既强烈又均匀的搅拌作用，这种作用可以始终保持材料表面的清洁，使Cu离子在镁合金表面的放电过程均匀平稳，从而改善镀层的均匀性和光洁度。另一方面，超声波还可以促进晶核的形成，使晶核的产生速度大大超过晶粒的生长速度，从而细化镀层组织。
（2）超声波强化电镀增加了镀层的结合力，因为超声波强烈、均匀的搅拌作用使镁合金表面始终保持清洁，从而提高了镀层的结合力。
（3）采用在本发明通过使用的添加剂以含磺基琥珀酸脂基和氧乙烯基的钠盐的阴离子表面活性剂为分散剂，显著的提高了电镀铜液的综合电镀性能，使其具有高分散性能，优良的延展性，良好的均镀能力，在线路板制作穿孔电镀时更具特色；通过添加结晶细化剂，可在较宽的温度范围内镀出整平和韧性良好的全光亮镀层，可以扩大镀层的光亮范围，进一步提高了镀层的质量。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在印制线路板生产中，随着目前产品结构的提高，各种电子产品走“小”的情况下，要求电子产品各元气件及配件复杂而简小，线路板也随之这样的变化，主要体现在线宽线距的变小，孔径的变小。也有那些具有大量独立孔的线路板，其要求更高，更苛刻，最大的难题在于其板面独立孔与线路的均一性能相差很大，如果本身电镀的设备有限，那么就容易造成高电流位孔小，低电流位厚度不足的严重现象，在这样的情况下，其要求电镀添加剂的性能可以适应这样的线路板电镀要求。
在印制线路板生产中，随着孔径比的增大，孔镀层的均一性也越来越差，特别是现在讲究效率的基础上，电镀的电流密度基本都较大，要确保孔镀层的均一性就必须要求镀铜添加剂的均镀性十分优良。在这套产品中特别强调了此性能的效果，
在本发明中的核心内容是在有技术的基础上，利用超声波增强电镀铜所得镀层外表细腻，光泽度好，晶粒也较均匀，且覆盖紧密，结合力和耐腐蚀性能明显优于无超声波辅助作用下所得镀层，镀层综合性能优良。
实施例一
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：50g/L
硫酸：160g/L
氯离子浓度：35ppm
分散剂使用：醚磺基琥珀酸单脂二钠(DAPS)添加比例为：0.05g/L
结晶细化剂：2—巯基苯骈咪唑(M)添加比例为：0.5ppm
光亮剂：硫代丙烷基磺酸钠添加比例为：1ppm
温度：20—30℃
电流密度：2A/dm2
阳极电流密度：1A/dm2
超声波的施加功率为40W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为0.6米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
实施例2：
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：90g/L
硫酸：200g/L
氯离子浓度：80ppm
分散剂使用：丁二酸二戊脂磺酸钠(AY-65)添加比例为：10g/L
结晶细化剂：巯基苯并噻唑添加比例为：0.2ppm
光亮剂：噻唑啉丙烷磺酸钠添加比例为：5ppm
温度：20—30℃
电流密度：3/dm2
阳极电流密度：1A/dm2
超声波的施加功率为100W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为1米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
实施例3：(最佳实施例)
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：75g/L
硫酸：180g/L
氯离子浓度：60ppm
分散剂使用：1-磺酰琥珀酸脂—2—氧乙烯基—3—羟基—4—琥珀酸钠(TPSO3)添加比例为：2.5g/L
结晶细化剂：2—巯基苯骈咪唑(M)添加比例为：0.4ppm
光亮剂：聚二硫二丙烷磺酸钠添加比例为：3ppm
温度：20-30℃
电流密度：2.2A/dm2
阳极电流密度：1A/dm2
超声波的施加功率为80W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为1.2米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
实施例4：
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：75g/L
硫酸：180g/L
氯离子浓度：60ppm
分散剂使用：丁二酸二己酯磺酸钠(MA-80)添加比例为：2.5g/L
结晶细化剂：2—巯基苯骈咪唑(M)添加比例为：0.4ppm
光亮剂：聚二硫二丙烷磺酸钠添加比例为：4ppm
温度：20—30℃
电流密度：2.5A/dm2
阳极电流密度：1A/dm2
超声波的施加功率为60W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为1米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
实施例5：
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：60g/L
硫酸：170g/L
氯离子浓度：65ppm
分散剂使用：丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠盐(A-102)添加比例为：4.5g/L
结晶细化剂：巯基苯并噻唑添加比例为：0.2ppm
光亮剂：噻唑啉丙烷磺酸钠添加比例为：5ppm
温度：20—30℃
电流密度：2.5A/dm2
阳极电流密度：1.8A/dm2
超声波的施加功率为70W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为1.5米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
实施例6：
电镀铜液的各组分配比如下：
硫酸铜：40g/L
硫酸：190g/L
氯离子浓度：45ppm
分散剂使用：丁二酸烷基聚氧乙烯醚单酯磺酸二钠盐(A-102)添加比例为：1g/L
温度：20—30℃
电流密度：1.8A/dm2
阳极电流密度：1.4A/dm2
超声波的施加功率为75W
按照上述的组分配置的电镀铜液，经过多次过滤，激烈空气搅拌，机械式阴极移动，其移动速度控制在为1.5米/分钟，并在电镀过程中持续保持电镀铜液循环。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (9)
1.一种高密度高精度印制线路板电镀铜工艺，电镀液包括硫酸铜溶液和分散剂，其特征在于：将加入镀铜液的镀槽置于数控超声发生器中，将准备好的印制线路板置入镀液中，电镀过程中施加一定超声功率的超声波强化电镀。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述超声波的施加功率为40-100W。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的分散剂为该含磺基琥珀酸脂基和氧乙烯基的钠盐溶液。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：分散剂包括琥珀酸的烷基脂类磺酸钠盐，含胺的琥珀酸脂钠盐，含乙氧基的琥珀酸脂钠盐。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的分散剂在硫酸铜镀液中添加范围为0.05-5g/L。
6.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的分散剂在硫酸`铜镀液中添加范围最佳为0.1-2g/L。
7.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的硫酸铜溶液的组分为硫酸铜50-90g/L，硫酸160-200g/L，氯离子35-80ppm。
8.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：硫酸铜溶液的组分的最佳配置比例为硫酸铜75g/L，硫酸180g/L，氯离子60ppm。
9.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的电镀铜液中还包括有结晶细化剂和光亮剂。
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