CN104561944B - 一种玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机材料涂层制备领域，特别涉及一种适用于玻璃或陶瓷基板的制作导电层化学镀铜的工艺。本发明使用锌粉、铜盐和虫胶的以醇为溶剂的悬浊粘稠液，将该粘稠液涂附于玻璃或陶瓷的表面，经80～120℃，5～15分钟烘干后，再经过300～600℃，10～30分钟的高温烧结处理，在基板表面即可得到含有锌和氧化铜的膜，即可进行化学镀铜，所得到的铜镀层附着强度良好。

Description

一种玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法
技术领域
本发明属于无机材料涂层制备领域，特别涉及一种适用于玻璃或陶瓷基板的制作导电层化学镀铜的工艺。
背景技术
在玻璃或陶瓷基板的表面化学镀铜时，通常首先将玻璃或陶瓷基板用NaOH、KOH或HF的溶液进行表面粗化处理，再经过钯溶液的活化处理后，进行化学镀铜，然后经过涂覆感光膜、蚀刻等工艺，在玻璃或陶瓷基板上得到线路。但是，这样的粗化处理方法，往往很难得到附着强度良好的镀铜层。另外由于钯的活化处理，钯在玻璃、或陶瓷基板上的残留，影响铜导线间的绝缘电阻，有时还需要进行去除残留钯的处理。
发明内容
本发明很好地解决了上述现行工艺的不足，实现了不经粗化和钯活化处理，即可得到附着强度良好的化学镀铜层。为了达成上述目的，本发明使用锌粉、铜盐和虫胶的以醇为溶剂的悬浊粘稠液，将该粘稠液涂附于玻璃或陶瓷的表面，经80～120℃，5～15分钟烘干后，再经过300～600℃，10～30分钟的高温烧结处理，在基板表面即可得到含有锌和氧化铜的膜，即可进行化学镀铜，所得到的铜镀层附着强度良好。
上述悬浊粘稠液的配制方法为，将虫胶溶解于醇类溶剂后得到虫胶粘稠液，再将锌粉和铜盐加入到虫胶粘稠液中，即得到用于玻璃或陶瓷基板的前处理悬浊粘稠液，
其中，上述玻璃基板的材料是以Na2O、SiO2、CaO为主成分的硅酸盐玻璃；陶瓷基板是碳化硅、氧化铝或氮化铝陶瓷，
上述的醇类溶剂为一元醇、二元醇或多元醇，只要是可以充分溶解虫胶的溶剂即可，其中以乙醇为最佳，
将虫胶溶解在醇类溶剂中的浓度为100～500g/L，浓度大于500g/L时，所配制的粘稠液的粘度过大，难以在基板上进行涂覆，虫胶的浓度小于100g/L时，所配制的粘稠液的粘度过小，难以在基板上成膜，虫胶的最佳浓度为300g/L；
上述铜盐中，阴离子可以是无机阴离子或有机阴离子：无机阴离子如硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、溴离子、碘离子等，其中以硫酸根离子为最佳；有机阴离子可以是醋酸根离子、甲酸根离子、柠檬酸根离子等，从成本等角度考虑，以乙酸根离子为最佳，
并且，铜盐向粘稠液中的加入量为0.1～10g/L，浓度大于10g/L时，在玻璃或陶瓷基板上涂覆、烧结后，制备的膜易于龟裂，铜盐的浓度小于0.1g/L时，在玻璃或陶瓷基板上涂覆、烧结、进行化学镀铜时，起镀时间过长，镀层质量不佳，锌盐的最佳使用量为5g/L；
上述锌粉粒径小于100μm，锌粉向粘稠液中的加入量为1～10g/L，浓度大于10g/L时，在玻璃或陶瓷基板上涂覆、烧结后，制备的膜易于龟裂，锌粉的浓度小于1g/L时，在玻璃或陶瓷基板上涂覆、烧结、进行化学镀铜时，起镀时间过长，镀层质量不佳，锌盐的最佳使用量为5g/L。
对于上述的化学镀铜而言，可以采用通常的化学镀铜处理：镀液的组成为，硫酸铜10～20g/L、EDTA·4Na 30～40g/L、甲醛2～4ml/L，用氢氧化钠调节镀液的pH为12，化学镀时间可设定为30分钟，温度为40℃；
在化学镀铜后的涂层上进行电镀铜，可以采用通常的电镀铜处理：镀液的组成为，硫酸铜50～80g/L、硫酸150～200g/L、氯离子浓度为30～70ppm及少量添加剂，电流密度可设置为0.5～3A/dm2，温度10-35℃，时间1小时。
镀铜完成后，采用划痕实验确定镀铜层的附着强度，在镀铜层表面用刀划刻边长为2mm的正方形格子25个，用胶带充分粘贴在这些正方形的格子上，快速撕下胶带时，以正方形的格子上的铜层掉落的多少来评价铜镀层的附着强度。
具体实施方式
实施例1
在10cm X 10cm(厚1.5mm)的玻璃板上均匀涂覆以乙醇为溶剂，含虫胶300g/L、锌粉(粒径50μm)5g/L和硫酸铜1g/L的浆料，经80℃，10分钟烘干后，再经过500℃，30分钟的烧结处理，在基板表面即可得到含有锌和氧化铜的膜，该基板即可进行化学镀铜，
化学镀铜采用通常的化学镀铜处理：镀液的组成为，硫酸铜10～20g/L、EDTA·4Na30～40g/L、甲醛2～4ml/L，用氢氧化钠调节镀液的pH为12，化学镀时间设定为30分钟，温度为40℃，得到0.5μm的涂层；
为了评价镀层的附着强度，在化学镀铜得到的涂层表面，再进行电镀铜，电镀铜采用通常的电镀铜处理：镀液的组成为，硫酸铜50～80g/L、硫酸150～200g/L、氯离子浓度为30～70ppm，电流密度设置为0.5～3A/dm2，温度10-35℃，时间1小时。
本实施例中，镀铜层的总厚度为20μm，采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得正方形格子上的铜层无脱落，证明采用本发明的方法，铜镀层附着强度良好。
对比实施例1
将10cm X 10cm(厚1.5mm)的玻璃板放入含氢氟酸(40％，w/w％)50ml/L和氟化钠50g/L的水溶液中进行粗化处理，温度为45℃，时间10分钟；将粗化处理后的的玻璃进行化学镀铜的前处理，即敏化处理(氯化亚锡10g/L、室温25℃、5分钟)；水洗；活化处理(氯化钯0.2g/L、室温25℃、5分钟)；水洗后，进行化学镀铜和电镀铜，化学镀铜和电镀铜的具体操作与实施例1一致。
本实施例中，镀铜层的总厚度为20μm(化学镀铜涂层为0.5μm)，采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得25个正方形格子上的铜层中有18个脱落，证明采用该方法的铜镀层附着强度不如实施例1的好。
实施例2
在10cm X 10cm(厚1.5mm)的氧化铝陶瓷基板上均匀涂覆以乙醇为溶剂，含虫胶300g/L、锌粉(粒径50μm)5g/L和硫酸铜1g/L的浆料，经80℃，10分钟烘干后，再经过500℃，30分钟的烧结处理，在基板表面即可得到含有锌和氧化铜的膜，该基板即可进行化学镀铜，进行化学镀铜和电镀铜的具体操作与实施例1一致。
采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得正方形格子上的铜层无脱落，证明采用本发明的方法，铜镀层附着强度良好。
对比实施例2
将10cm X 10cm(厚1.5mm)的氧化铝陶瓷基板放入含氢氧化钠150g/L的水溶液中进行粗化处理，温度为50℃，时间15分钟；将粗化处理后的氧化铝陶瓷基板进行化学镀铜的前处理，即敏化处理(氯化亚锡10g/L、室温25℃、5分钟)；水洗；活化处理(氯化钯0.2g/L、室温25℃、5分钟)；水洗后，进行化学镀铜和电镀铜，化学镀铜和电镀铜的具体操作与实施例1一致。
本实施例中，镀铜层的总厚度为20μm(化学镀铜涂层为0.5μm)，采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得25个正方形格子上的铜层中有6个脱落，证明采用该方法的铜镀层附着强度不如实施例2的好。
对比实施例3
仅仅将实施例1中的涂覆浆料中的“虫胶”替换为“氢化松香”，其余操作均与实施例1相同。
采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得25个正方形格子上的铜层中有12个脱落，证明采用该方法的铜镀层附着强度不如实施例1的好。
对比实施例4
仅仅将实施例1中的涂覆浆料中的“虫胶”替换为“酚醛树脂(牌号2122)”，其余操作均与实施例1相同。
采用上述的铜镀层附着强度评价方法，测得25个正方形格子上的铜层中有14个脱落，证明采用该方法的铜镀层附着强度不如实施例1的好。

Claims (9)

1.一种玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的化学镀铜方法为，配制锌粉、铜盐和虫胶的以醇为溶剂的悬浊粘稠液，将所述粘稠液均匀涂附于玻璃或陶瓷的表面，经80～120℃，5～15分钟烘干，再经过300～600℃，10～30分钟的高温烧结处理后成膜，在所述膜的表面进行化学镀铜，
所述的化学镀铜操作中，镀液的组成为，硫酸铜10～20g/L、EDTA·4Na 30～40g/L、甲醛2～4ml/L，用氢氧化钠调节镀液的pH为12，化学镀铜的时间为30分钟，温度为40℃。
2.如权利要求1所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的悬浊粘稠液的配制方法为，将虫胶溶解于醇类溶剂后得到虫胶粘稠液，再将锌粉和铜盐加入到所述的虫胶粘稠液中，即得到用于玻璃或陶瓷基板的前处理悬浊粘稠液。
3.如权利要求1所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的玻璃基板的材料是以Na2O、SiO2、CaO为主成分的硅酸盐玻璃；所述的陶瓷基板是碳化硅、氧化铝或氮化铝陶瓷。
4.如权利要求1所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的醇溶剂为乙醇。
5.如权利要求2所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的虫胶溶解于醇类溶剂中的浓度为100～500g/L。
6.如权利要求1所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的铜盐中，阴离子是无机阴离子或有机阴离子，所述的无机阴离子为硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、溴离子或碘离子，所述的有机阴离子是醋酸根离子、甲酸根离子或柠檬酸根离子。
7.如权利要求6所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述的铜盐中，阴离子是无机阴离子或有机阴离子，所述的无机阴离子为硫酸根离子，所述的有机阴离子是醋酸根离子。
8.如权利要求2所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述铜盐向所述的虫胶粘稠液中的加入量为0.1～10g/L。
9.如权利要求2所述的玻璃、陶瓷基板的化学镀铜方法，其特征在于：所述锌粉向所述的虫胶粘稠液中的加入量为1～10g/L。
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