CN105951138B - 一种环保碱铜电镀液及其电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保碱铜电镀液及其电镀方法。所述的碱性电镀铜溶液包含:铜离子15~20g/L,络合剂80~100g/L,光亮剂0.1~1ppm,整平剂100~150ppm,调节pH至9~10。本发明还提供了一种环保碱铜电镀液的电镀方法。本发明不含有机磷、氰化物,更加环保、安全;得到的镀铜层光亮、平整,且镀铜层与基材结合力好。
Description
技术领域
本发明涉及电镀技术领域,具体涉及一种环保碱铜电镀液及其电镀方法。
背景技术
电镀铜是电镀中非常重要的一种,常用于铸模、镀镍、镀铬、镀银、镀金等的打底,主要分为酸性镀铜和碱性镀铜。酸性镀铜使用广泛,但是有些金属件不能直接使用酸性镀铜,需要预处理或预镀。早期的碱性镀铜大多采用氰化物作为络合剂,电镀性能较好,环境适应性强,但是其具有很高的毒性,且对环境污染很大,已经被限制的使用。因此,越来越多的人将研究精力投入到无氰碱铜电镀的研究中。中国专利CN201210411481.6利用HEDP(羟基乙叉二膦酸)作为络合剂解决了全走位的无氰碱铜,适用于多种不规则基材;美国专利US4521282,US4469569,US4933051等使用有机磷化合物(HEDP、ATMP、EDTMP)作为络合剂来解决结合力以及均匀性问题。但是,钢铁件表面在碱性条件下往往会发生钝化,使铜在钢铁件表面的沉积出现问题;而这些专利中使用的大量含磷有机物,给废水处理提出了更大的难题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种环保碱铜电镀液及其电镀方法,该电镀液不含有机磷、不含氰化物,可以实现碱性条件下的钢铁件镀铜,解决碱性条件下钢铁件钝化以及铁和铜置换的问题。
为达到上述目的,本发明提出以下技术方案:一种环保碱铜电镀液,其组分及含量如下:
铜离子:15-20g/L;
络合剂:80-100g/L;
光亮剂:0.1-1ppm;
整平剂:100-150ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9~10;
其中,所述络合剂为N-甲硫基乙基氨二乙酸、N-甲氧基乙基氨二乙酸、氨三乙酸、2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸、羟基乙酸、2,3-二羟基丙酸中的一种或多种;
所述整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚硫酸钠、DF-20、AESA中的一种或多种。
优选的,所述环保碱铜电镀液各组分及其含量如下:
铜离子:18g/L;
络合剂:85g/L;
光亮剂:0.8ppm;
整平剂:120ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9.5。
其中,所述铜离子是硫酸铜、醋酸铜、碱式碳酸铜中的一种或多种。
优选的,所述的络合剂为N-甲硫基乙基氨二乙酸、羟基乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为3∶1∶1。络合剂配合使用,可以提高铜离子的解离均匀性,使电镀过程中的铜离子匀速还原,从而达到整平效果,2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸为主要络合剂,添加少量的络合能力更强的氨三乙酸可以更好的解决铜离子电镀过程中还原的问题。
所述光亮剂为2-巯基苯并噻唑、木质素磺酸钠、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐中的一种或多种。
优选的,所述光亮剂为2-巯基苯并噻唑、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐、木质素磺酸钠的混合物,其比例为8∶1∶1。光亮剂配合使用可以提高光亮度。
优选的,所述整平剂中的丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的EO∶PO=3∶1,分子量在1000~2500之间;所述异辛醇聚氧乙烯醚的EO=5~10;所述聚氧乙烯醚硫酸钠的EO=10~20。
优选的,所述的整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(EO∶PO=3∶1,分子量1000~2500)和聚氧乙烯醚硫酸钠(EO=10~20)的混合物,其比例为2∶1。
优选的,所述整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(EO∶PO=3∶1,分子量1000-2500)和DF-20(陶氏化学)的混合物,其比例为5∶1。
在丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚中,优选EO(环氧乙烷)∶PO(环氧丙烷)=3∶1,分子量1000~2500之间的丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚,该类丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有更好的亲水浸润性能以及渗透性能,更加适用于不规则基材以及带有孔隙的基材。
在异辛醇聚氧乙烯醚中,优选EO=5~10之间的异辛醇聚氧乙烯醚,这类聚醚具有较好的渗透性能,更加适用于不规则基材以及带有孔隙的基材。
在聚氧乙烯醚硫酸钠中,优选EO=10~20之间的聚氧乙烯醚硫酸钠,该类阴离子表面活性剂具有更好的亲水浸润性能及整平性能。
整平剂配合使用,可以均匀抑制面铜生长,从而达到整平效果。
所述pH调节剂为KOH、硼砂、碳酸钠中的一种或多种。
本发明还提供一种环保碱铜电镀液的电镀方法,所述环保碱铜电镀液具有以下组分及含量:铜离子:15~20g/L;络合剂:0~100g/L;光亮剂:0.1~1ppm;整平剂:100~150ppm;以pH调节剂调节电镀液体系pH至9~10;
在1.5~2.0A/dm2条件下,以不锈钢片作为试片,60~70℃条件下将所述环保碱铜电镀液电镀3~5min,得到光亮均匀红色镀层。
本发明的环保碱铜电镀液不含有机磷和氰化物,更加环保、安全;得到的镀铜层光亮、平整,且镀铜层与基材结合力好。
具体实施方式
实施例1
一种环保碱铜电镀液,其组分及其含量为:
铜离子:18g/L;
络合剂:85g/L;
光亮剂:0.8ppm;
整平剂:120ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9.5。
本实施例中,铜离子为醋酸铜和碱式碳酸铜的混合物,其比例为1∶1。
络合剂为N-甲硫基乙基氨二乙酸、羟基乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为3∶1∶1。
光亮剂为2-巯基苯并噻唑。
整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(EO∶PO=3∶1,分子量1000-2500)和DF-20(陶氏化学)的混合物,其比例为5∶1。整平剂配合使用,可以均匀抑制面铜生长,从而达到整平效果,丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有更好的亲水浸润性能,配合少量的渗透性较强的DF-20可以达到更好的渗透和浸润效果。
pH调节剂为碳酸钠,用碳酸钠调节pH到9.5。
电镀方法:在1.5A/dm2条件下,以不锈钢片作为试片,60-70℃条件下电镀5min,可以得到光亮均匀红色镀层,镀铜层致密,结合力好(表1)。
实施例2
一种环保碱铜电镀液,其各组分及其含量为:
铜离子:18g/L;
络合剂:85g/L;
光亮剂:0.8ppm;
整平剂:120ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9.5。
本实施例中,铜离子为碱式碳酸铜。
络合剂为2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸、氨三乙酸的混合物,其比例为5∶1。
光亮剂为2-巯基苯并噻唑和1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐的混合物,其比例为10∶1。
整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(EO∶PO=3∶1,分子量1000-2500)和聚氧乙烯醚硫酸钠(EO=10-20)的混合物,其比例为2∶1。整平剂配合使用,可以均匀抑制面铜生长,从而达到整平效果,丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有更好的亲水浸润性能,配合整平能力更好的聚氧乙烯醚硫酸钠,可以达到抑制面铜的能力。
pH调节剂为KOH和碳酸钠的混合物,先用KOH调节pH值为近中性,再用碳酸钠调节pH到9.5。
电镀方法:在1.8A/dm2条件下,以不锈钢片作为试片,60-70℃条件下电镀4min,可以得到光亮均匀红色镀层,镀铜层致密,结合力好(表1)。
实施例3
一种环保碱铜电镀液,其各组分及其含量为:
铜离子:18g/L;
络合剂:85g/L;
光亮剂:0.8ppm;
整平剂:120ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9.5。
本实施例中,铜离子为碱式碳酸铜和硫酸铜的混合物,其比例为2∶1。
络合剂为N-甲氧基乙基氨二乙酸、2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为2∶2∶1。络合剂配合使用,可以提高铜离子的解离均匀性,使电镀过程中铜离子可以匀速还原,从而达到整平效果。
光亮剂为2-巯基苯并噻唑、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐、木质素磺酸钠的混合物,其比例为8∶1∶1。
整平剂为异辛醇聚氧乙烯醚(EO=5-10)、聚氧乙烯醚硫酸钠(EO=10-20)、AESA的混合物,其比例为5∶2∶1。整平剂配合使用,可以均匀抑制面铜生长,从而达到整平效果,异辛醇聚氧乙烯醚具有更好的渗透能力,配合整平能力更好的聚氧乙烯醚硫酸钠可以达到抑制面铜的能力,添加少量的AESA可以提高渗透性能,达到深孔、不规则图形中更好的面铜抑制效果。
pH调节剂为KOH和硼砂的混合物,先用KOH调节pH值为近中性,再用硼砂调节pH到9.5。
电镀方法:在2A/dm2条件下,以不锈钢片作为试片,60-70℃条件下电镀3min,可以得到光亮均匀红色镀层,镀铜层致密,结合力好(表1)。
表1实施例1-3所得到的镀层分析测试结果
实施例4
一种环保碱铜电镀液,其各组分及其含量为:
铜离子:20g/L;
络合剂:80g/L;
光亮剂:0.1ppm;
整平剂:150ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9。
实施例5
一种环保碱铜电镀液,其各组分及其含量为:
铜离子:15g/L;
络合剂:100g/L;
光亮剂:1ppm;
整平剂:100ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至10。
本发明的环保碱铜电镀液具有很广的应用范围,良好的应用性能,适合多种条件下的碱性无氰镀铜,镀层光亮、平整,镀层与基材间结合力好,本发明不含氰化物、磷酸盐,更加环保安全。
除上述实施例以外,本发明还可以有其他方式实现,在不脱离本发明内容的前提下,任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环保碱铜电镀液,其特征在于,所述环保碱铜电镀液的组分及其含量如下:
铜离子:15~20g/L;
络合剂:80~100g/L;
光亮剂:0.1~1ppm;
整平剂:100~150ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9~10;
其中,所述的络合剂为N-甲硫基乙基氨二乙酸、羟基乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为3:1:1;或者,络合剂为2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸、氨三乙酸的混合物,其比例为5:1;或者,络合剂为N-甲氧基乙基氨二乙酸、2-氨基甲基吡啶-N-单乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为2:2:1;
所述整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚硫酸钠、DF-20、AESA中的一种或多种;
所述光亮剂为2-巯基苯并噻唑、木质素磺酸钠、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐中的一种或多种;
所述丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的EO:PO=3:1,分子量在1000~2500之间;所述异辛醇聚氧乙烯醚的EO=5~10;所述聚氧乙烯醚硫酸钠的EO=10~20。
2.根据权利要求1所述的环保碱铜电镀液,其特征在于,所述环保碱铜电镀液的组分及其含量如下:
铜离子:18g/L;
络合剂:85g/L;
光亮剂:0.8ppm;
整平剂:120ppm;
以pH调节剂调节电镀液体系pH至9.5。
3.根据权利要求1或2任一项所述的环保碱铜电镀液,其特征在于:所述的铜离子是硫酸铜、醋酸铜、碱式碳酸铜中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2任一项所述的环保碱铜电镀液,其特征在于:所述的络合剂为N-甲硫基乙基氨二乙酸、羟基乙酸、2,3-二羟基丙酸的混合物,其比例为3:1:1。
5.根据权利要求1所述的环保碱铜电镀液,其特征在于:所述光亮剂为2-巯基苯并噻唑、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐、木质素磺酸钠的混合物,其比例为8:1:1。
6.根据权利要求1或2任一项所述的环保碱铜电镀液,其特征在于:所述的整平剂为丁醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物,其比例为2:1。
7.根据权利要求1或2任一项所述的环保碱铜电镀液,其特征在于:所述的pH调节剂为KOH、硼砂、碳酸钠中的一种或多种。
8.一种如权利要求1所述的环保碱铜电镀液的电镀方法,其特征为:在1.5~2.0A/dm2条件下,以不锈钢片作为试片,60~70oC条件下将所述环保碱铜电镀液电镀3~5min,得到光亮均匀红色镀层。
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