CN105696035A - 一种高性能填孔镀铜溶液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能的填孔镀铜溶液，包括基础溶液和镀铜添加剂两部分，其中基础溶液为甲基磺酸铜和甲基磺酸，所述镀铜添加剂为有机胺类单体和氯丙烯以及二氧化硫等通过聚合反应生成的大分子聚合物。相较于现有技术，本发明创造性地将氯原子和二氧化硫基团引入胺类单体并通过聚合形成新型高性能镀铜添加剂。一方面由于本发明采用一元镀铜添加剂应用于填孔电镀，生产管控容易，从而有效地提高了填孔电镀生产效率，另一方面由于本发明的一元电镀添加剂，结合甲基磺酸铜和甲基磺酸体系，对有机碳的容忍性高，溶液寿命长，添加剂用量少且消耗少，镀铜的品质获得大幅度提高。

Description

一种高性能填孔镀铜溶液
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板和集成电路封装基板用高性能填孔电镀溶液。
背景技术
电镀是印刷电路板(PCB，PrintedCircuitBoard)和集成电路封装基板(ICsubstrate)制作工艺中的重要工序，它利用电解作用使金属在电沉积的作用下实现线路的层间互联。目前，随着电子元器件的集成程度越来越高，功率越来越大，以全铜填充的形式实现层间互联的要求越来越普遍。
但通常全铜填充的镀铜溶液都是采用三元镀铜添加剂体系，通常三元镀铜添加剂分别称作加速剂、湿润剂和整平剂。利用三者之间的相互作用，实现盲孔的全铜填充，三元添加剂可以分别调整各自组成，灵活方便，但是管控复杂，容易顾此失彼，而且彼此之间又存在互相影响，所以目前应用并不广泛。另外，由于三元体系通常只适用于硫酸铜-硫酸这类基础溶液体系，该体系对有机碳容忍量偏小，而三元体系镀铜添加剂本身有机碳含量高，从而导致三元镀铜添加剂体系的镀铜溶液工艺窗口窄，寿命短，而且容易老化失效。
发明内容
有鉴于现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够有效提高填孔镀铜溶液的生产效率、延长镀铜溶液寿命且更易于管控的一种一元镀铜添加剂体系。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高性能填孔镀铜溶液，组成包括基础溶液和镀铜添加剂两部分。其特征在于：基础溶液为甲基磺酸铜和甲基磺酸，镀铜添加剂为一种有机胺类单体和氯丙烯以及二氧化硫等形成的共聚物。
优选地，所述甲基磺酸铜和甲基磺酸均为超纯等级。
优选地，所述高性能填孔电镀溶液中甲基磺酸铜的浓度为150-400g/L。
优选地，所述高性能填孔电镀溶液中甲基磺酸的浓度为30-150g/L。
优选地，所述高性能填孔电镀溶液中镀铜添加剂的浓度为0.5～1.5ppm。
在具体实施例中，镀铜添加剂采用N，N’-二乙基-1，3-丙二胺、氯丙烯和二氧化硫来进行聚合反应后得到，包括以下步骤：
a、在反应容器中装入150～250g的50～80％的N，N’-二乙基-1，3-丙二胺溶液，再添加15～18g氯丙烯，然后再加入20～25g氢氧化钠，充分搅拌均匀；
b、将上述溶液，减压蒸馏，压力为0.5kPa，沸点范围为84～86℃，产率范围为47～50％，得到中间单体。
c、将蒸馏出的中间单体添加盐酸，得到对应的氢氯化产物，再通入和上述单体摩尔分数相同的二氧化硫，利用聚合引发剂让它们发生聚合，聚合引发剂通常为过硫酸铵。
d、将上述聚合产物通过“柱层析法”进行分离，最后得到分子量约为4000的最终产物。
本发明采用甲基磺酸铜-甲基磺酸体系作为镀铜的基础溶液，大大提高镀铜溶液的有机碳的容忍性，使得电镀溶液的寿命显著延长。同时，由于采用了一元镀铜添加剂，相对于现有技术，本发明的电镀溶液，一方面降低了填孔电镀溶液管控的复杂程度，另一方面生产时只需要保证溶液中镀铜添加剂在1ppm，从而显著降低成本，所以添加剂产物浓度低，大大提高了电镀质量，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的盲孔填平前的金相切片图。
图2为本发明第一实施例中的盲孔填平后的金相切片图。
图3为本发明第二实施例中的盲孔填平前的金相切片图。
图4为本发明第二实施例中的盲孔填平后的金相切片图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
实施例一
添加通过本发明制备所得的添加剂至镀铜基础溶液中，添加剂在基础溶液中的质量分数为1ppm，所述的镀铜基础溶液，由甲基磺酸铜与甲基磺酸组合而成，其中，甲基磺酸铜的浓度为250g/L，甲基磺酸的浓度为40g/L。
利用上述配制而成的镀铜溶液，将清洁后的填孔样品在电流密度为1.5ASD，电镀时间为40min的条件下进行填孔电镀，有效填充孔径为60-80μm，厚径比为0.5-1的盲孔，面铜厚度控制在10μm以下。样品在填孔电镀前后的金相显微镜图片分别如图1和图2。
实施例二
添加通过本发明制备所得的添加剂至镀铜基础溶液中，添加剂在基础溶液中的质量分数为0.8ppm，所述的镀铜基础溶液，由甲基磺酸铜与甲基磺酸组合而成，其中，甲基磺酸铜的浓度为300g/L，甲基磺酸的浓度为60g/L。
将清洁后的填孔样品在电流密度为1.6ASD，电镀时间为35min的条件下进行填孔电镀，有效填充孔径为50-60μm，厚径比为0.5-1的盲孔，面铜厚度控制在10μm以下。样品在填孔电镀前后的金相显微镜图片分别如图3和图4。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种印刷电路板或IC封装基板用电镀溶液，包括电镀基础溶液和镀铜添加剂，其特征在于：所述基础溶液采用甲基磺酸铜和甲基磺酸体系，所述镀铜添加剂是一种人工合成的大分子体系。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板或IC封装基板用电镀溶液，其特征在于：各组成的比例如下：
甲基磺酸铜150-400g/L
甲基磺酸30～150g/L
镀铜添加剂0.5～1.5ppm
3.根据权利要求1所述的印刷电路板或IC封装基板用电镀溶液，其特征在于：所述镀铜添加剂为一种有机胺类单体和氯丙烯以及二氧化硫等形成的共聚物。
4.根据权利要求1至3所述的镀铜添加剂，其特征在于：所述添加剂所需的单体为一种二烯丙基胺类，通常为N，N’-二乙基-1，3-丙二胺、二烯丙基胺或N-乙酰基乙二胺等，为方便表述，以后均以N，N’-二乙基-1，3-丙二胺为例。
5.根据权利要求1至3所述的镀铜添加剂，其特征在于：所述添加剂中氯离子通过氯丙烯和盐酸引入。
6.根据权利要求1至3所述的镀铜添加剂，其特征在于：所述添加剂中硫离子通过二氧化硫引入。
7.根据权利要求3至6所述的镀铜添加剂，其特征在于：这是一种一元镀铜添加剂，合成包括以下步骤：
a、在反应容器中装入150～250g的50～80％的N，N’-二乙基-1，3-丙二胺溶液，再添加15～18g氯丙烯，然后再加入20～25g氢氧化钠，充分搅拌均匀；
b、将上述溶液，减压蒸馏，压力为0.5kPa，沸点约84～86℃，产率约为47～50％，得到中间单体。
c、将蒸馏出的中间单体添加盐酸，得到对应的氢氯化产物，再通入和上述中间单体相同摩尔分数的二氧化硫，利用聚合引发剂让它们发生聚合，聚合引发剂通常为过硫酸铵。
d、将聚合产物通过“柱层析法”进行分离，最后得到分子量约为4000的产物，即本发明中的镀铜添加剂。
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