CN108774747A

CN108774747A - 一种电解蚀刻制备pcb精细线路的电解蚀刻液

Info

Publication number: CN108774747A
Application number: CN201810601741.3A
Authority: CN
Inventors: 付登林; 陈际达; 鲁蓝锶; 文亚男; 鄢婷; 廖超慧; 盛利召; 覃新
Original assignee: JIANGSU BOMIN ELECTRONICS Co Ltd; Chongqing University
Current assignee: JIANGSU BOMIN ELECTRONICS Co Ltd; Chongqing University
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2018-11-09

Abstract

本发明公开了一种电解蚀刻法制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其电解蚀刻液组成为：无水氯化铜、盐酸、有机添加剂和水。其中以氯化铜和盐酸作为基础电解质，通过加入有机添加剂来提升电解蚀刻制备出的精细线路的质量，有机添加剂在电解蚀刻的过程中主要是用来抑制线路的侧蚀作用。通过在基础电解蚀刻液中加入有机添加剂，电解蚀刻制备出的PCB精细线路的质量得到极大提高。该电解蚀刻液组成简单，各组分浓度较低，尤其是加入的添加剂含量很低，对环境的污染小。该方法不仅大幅度提高产品质量，还能降低生产成本，提高生产效率。

Description

一种电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液

【技术领域】

本发明涉及一种电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其主要应用于印制电路板精细线路的制备领域，能极大提高精细线路的质量，减小线路的侧蚀问题。

【背景技术】

在印制电路板的生产过程中，精细线路的制作是其中最重要的一个环节，也是整个PCB制造过程中的难点。由于电子产品不断精细化，其对应的PCB精细线路的线宽/线距也不断缩小。利用传统的减成法制备PCB精细线路存在侧蚀，线幼，蚀刻不尽，毛边，短路，开路等一系列问题，而且蚀刻废液腐蚀性强，其中金属比重高，蚀刻废液处理技术不成熟，金属铜的回收率低。而半加成法和全加成法由于存在线路与基材结合力不足等问题增加了后续压合、钻孔等工序的难度，而且半加成法和全加成法都需要对线路进行电镀加厚，所使用的电镀液成分复杂，存在大量光亮剂和抑制剂，电镀废液处理步骤多，工序繁杂，处理效果不理想。

鉴于传统PCB精细线路制作方法存在的缺陷，近年来，涌现出了许多新的 PCB精细线路制作方法。申请号为201410333670.5的中国专利公开了“一种电子印刷线路板蚀刻液”，该方法主要是在传统减成法的基础上，以硝酸和硝酸铜为基础液，并在基础液中加入大量的有机添加剂，以达到减小侧蚀的问题，但该方法中加入的大量表面活性剂，硫脲等有机物，不仅增加了PCB的制造成本，而且对环境污染巨大，资源浪费严重。专利号为201310139462.7的中国专利公开了“一种采用新型改良的半加成法制作印制电路板的方法”，该方法主要在于改善传统半加成法存在的线路与基材结合力不足的问题，其直接采用覆铜板作为基板进行线路制作，但覆铜板的面铜厚度要降低至0.2-5μm之间，在减铜过程中，铜面的均匀性难以控制，而且减铜工序不仅增加了制造流程，而且在整个制造过程中也增加了生产成本，增加了PCB生产中的废水产量。而专利号为201610128974.7的中国专利号公开了“一种印制电路板内层精细线路的制作方法”，该方法是本课题组为了改善PCB精细线路制作过程中侧蚀问题研究出的一种改良型全加成法，利用该方法制作出的精细线路不存在侧蚀的问题，线路切面呈矩形，线路质量好，而且线路与基材的结合力也得到了解决。但利用该种方法进行制作时存在线路转移工序，即在导电铝基板上通过电镀形成线路，然后通过压合将线路转移至绝缘基材上。不难看出利用该种方法制作精细线路的工序较多，而压合时间长，因此整个制造过程中的生产周期长，生产效率就较低。

不难看出，各种改良方法在改善传统方法的缺陷时，却又造成了更多的环境污染，更多的资源浪费，生产效率变的更低，生产成本变的更高。鉴于此，本课题组发明了一种电解蚀刻制备PCB精细线路的方法，该方法以氯化铜和盐酸作为基础电解液，通过外接电源的电化学腐蚀作用进行线路的电解蚀刻，以该种方法制造出的线路质量优于传统减成法，而且在电解蚀刻过程中还能同时回收电解液中的金属铜，电解蚀刻废液中各种物质的含量低，对废液的处理只需将外接电源的正负极调换，并以铜板作为阴、阳极的极板即可实现电解蚀刻废液的再生。与此同时，为了能进一步提升精细线路的质量，本发明在研究了电解蚀刻液组成对精细线路质量的影响，发现微量金属铜缓蚀剂可以大幅度提升PCB精细线路质量。

【发明内容】

本发明是针对在电解蚀刻过程中存在的侧蚀问题，通过加入微量的金属铜缓蚀剂作为有机添加添，大幅度提升PCB精细线路的质量。另一方面，通过加入有机添加剂，可以大幅度降低基础电解液—氯化铜和盐酸的浓度，且有机添加剂的含量低，对环境污染小，而且所用的有机添加剂都是绿色环保的有机缓蚀剂，对人体危害小。

本发明提供以下技术方案；

一种电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，包括如下组分；

无水氯化铜浓度：10g/L-60g/L

盐酸浓度：0.12mol/L-0.72mol/L

添加剂浓度：50mg/L-300mg/L

优选地：所述无水氯化铜的浓度为30g/L-50g/L

优选地：所述盐酸浓度为0.36mol/L-0.6mol/L

优选地：所述添加剂的浓度为100mg/L-200mg/L

优选地：所述的添加剂为二巯基噻二唑，L-苯丙氨酸，L-色氨酸，苯丙三氮唑等金属铜缓蚀剂中的一种或混合物，该类金属铜缓蚀剂主要为具有N、S、O 等官能团以及不饱和键或芳环的有机化合物。其中优选二巯基噻二唑。

优选地：所述无水氯化铜的浓度为30g/L，盐酸浓度为0.48mol/L。

优选地：对于所述类型的有机添加剂，以上述所选的四种为例，其最优浓度为二巯基噻二唑：150mg/L，L-苯丙氨酸：150mg/L，L-色氨酸：100mg/L，苯丙三氮唑：100mg/L。

【附图说明】

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明电解蚀刻制备PCB精细线路时的装置图。

图2是本发明所制作出的精细线路切面的金相图。

图3是本发明所回收的铜产品。

图4是不加添加剂制作出的精细线路切面的金相图。

【具体实施方式】

结合图1，下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明，并通过对比无添加剂时制备的PCB精细线路图来说明本发明的有益效果。

在具体实施例中提供一种电解蚀刻PCB精细线路的电解蚀刻液，包括：无水氯化铜，10g/L-60g/L；盐酸，0.12mol/L-0.72mol/L；添加剂，50mg/L-300mg/L，且添加剂为二巯基噻二唑，L-苯丙氨酸，L-色氨酸，苯丙三氮唑中的一种或其混合物。其中无水氯化铜的优选浓度为30g/L-50g/L，盐酸的优选浓度为 0.36mol/L-0.6mol/L，添加剂的优选浓度为100mg/L-200mg/L。更进一步，添加剂优选二巯基噻二唑，浓度为150mg/L。L-苯丙氨酸的优选浓度为150mg/L，L- 色氨酸的优选浓度为100mg/L，苯丙三氮唑的优选浓度为100mg/L。

参照电解蚀刻装置图，电解蚀刻过程中的电解池由阳离子离子交换膜分隔为阳极室和阴极室，而在电解蚀刻过程中上述电解蚀刻液主要是作为阳极室内的电解液。阴极室内的电解液主要为无水氯化铜，浓度为10g/L。电解蚀刻精细线路时，以待电解蚀刻线路板为阳极板，以等面积的铜板作为阴极板。在外接电源的作用下，阳极板上的Cu0失去电子变为Cu+和Cu2+，达到电解蚀刻的目的，同时，Cu+和Cu2+透过阳离子交换膜，在阴极室内得到电子变为Cu0沉积在阴极板上，实现金属铜的回收。阴极板上金属铜的回收率计算如下；

式中R为阴极金属铜的回收率，△m1为阴极室内阴极板电解前后的质量变化，△m为阳极线路板电解蚀刻前后的质量变化。

实施例1

本实施例采用

无水氯化铜：30g/L

盐酸：0.48mol/L

二巯基噻二唑：150mg/L

采用上述电解蚀刻PCB精细线路的电解蚀刻液，结合电解蚀刻装置图1，用阳离子交换膜将电解池分隔为阳极室和阴极室，阳极室内的电解液为上述电解蚀刻液，阴极室内的电解液为10g/L的无水氯化铜，以待电解蚀刻线路板作为阳极板，以等面积的铜板作为阴极板，在温度为30℃，电流密度为2.4A/dm2的条件下，进行电解蚀刻。

通过上述实施例制备出的PCB精细线路的平均蚀刻因子为7.57，阴极板上金属铜的回收率为50.09％。

实施例2

本实施例采用

无水氯化铜：30g/L

盐酸：0.48mol/L

L-苯丙氨酸：150mg/L

采用上述电解蚀刻PCB精细线路的电解蚀刻液，结合电解蚀刻装置图1，用阳离子交换膜将电解池分隔为阳极室和阴极室，阳极室内的电解液为上述电解蚀刻液，阴极室内的电解液为10g/L的无水氯化铜，以待电解蚀刻线路板作为阳极板，以等面积的纯铜板作为阴极板，在温度为30℃，电流密度为2.4A/dm2 的条件下，进行电解蚀刻。

通过上述实施例制备出的PCB精细线路的平均蚀刻因子为6.25，阴极板上金属铜的回收率为46.05％，回收得到的金属铜也呈褐红色块状。

实施例3

本实施例采用

无水氯化铜：30g/L

盐酸：0.48mol/L

L-色氨酸：100mg/L

通过上述实施例制备出的PCB精细线路的平均蚀刻因子为5.4，阴极板上金属铜的回收率为47.45％，回收得到的金属铜也呈褐红色块状。

实施例4

本实施例采用

无水氯化铜：30g/L

盐酸：0.48mol/L

苯丙三氮唑：100mg/L

通过上述实施例制备出的PCB精细线路的平均蚀刻因子为5.71，阴极板上金属铜的回收率为45.32％，其制作出的精细线路横截面的金相切片图如图2所示，回收得到的金属铜如图3所示，由图3可以看出回收得到的金属铜呈褐红色块状。

实施例5

当电解蚀刻液不含有机添加剂时，在最优化的电解液组成电解温度、电流密度条件下进行电解蚀刻，实施条件如下；

无水氯化铜：50g/L

盐酸：0.72mol/L

采用上述电解蚀刻PCB精细线路的电解蚀刻液，结合电解蚀刻装置图1，用阳离子交换膜将电解池分隔为阳极室和阴极室，阳极室内的电解液为上述电解蚀刻液，阴极室内的电解液为10g/L的无水氯化铜，以待电解蚀刻线路板作为阳极板，以等面积的纯铜板作为阴极板，在温度为35℃，电流密度为2.0A/dm2 的条件下，进行电解蚀刻。

通过上述对比实施例获得的PCB精细线路的平均蚀刻因子为3.94，金属铜的回收率为40.28％，回收得到的金属铜呈褐红色块状。

实施例与对比例所得数据对比如下表所示；

由上表可以看出，实施例1-4中，加入有机添加剂后制备出的PCB精细线路的蚀刻因子均远远大于对比实施例，四种添加剂侧蚀抑制效果为：二巯基噻二唑>L-苯丙氨酸>苯丙三氮唑>L-色氨酸，而且阴极板上的金属铜的回收率也得到了提高。由此可见，加入微量有机添加剂，能极大提高电解蚀刻制备出的PCB 精细线路的蚀刻因子，大幅度提升PCB精细线路质量，改善金属铜的回收效率。

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。应当指出，对于本技术领域的所有人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也都应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：它由下列物质组成：无水氯化铜、盐酸、有机添加剂和水。

2.根据权利要求1所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：无水氯化铜的浓度为10g/L-60g/L。

3.根据权利要求1所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：盐酸的浓度为0.12mol/L-0.72mol/L。

4.根据权利要求1所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：添加剂的浓度为50mg/L-300mg/L。

5.根据权利要求1、2所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：无水氯化铜的浓度为10g/L-60g/L，优选为30g/L-50g/L。

6.根据权利要求1、3所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：盐酸的浓度为0.12mol/L-0.72mol/L，优选为0.36mol/L-0.6mol/L。

7.根据权利要求1、4所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：所述添加剂为二巯基噻二唑，L-苯丙氨酸，L-色氨酸，苯丙三氮唑等金属铜缓蚀剂中的一种或混合物，该类金属铜缓蚀剂主要为具有N、S、O等官能团以及不饱和键或芳环的有机化合物。

8.根据权利要求1-6所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：作为更优选方案，无水氯化铜的浓度为30g/L，盐酸浓度为0.48mol/L。

9.根据权利要求1、4、7所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：添加剂的浓度为50mg/L-300mg/L，更优选为100mg/L-200mg/L。对于上述类型的金属铜缓蚀剂，以选择所述的四种为例，二巯基噻二唑的最优浓度为150mg/L，L-苯丙氨酸的最优浓度为150mg/L，L-色氨酸的最优浓度为100mg/L，苯丙三氮唑的最优浓度为100mg/L。

10.根据权利要求1所述的用于电解蚀刻制备PCB精细线路的电解蚀刻液，其特征在于：参照电解蚀刻装置图，电解蚀刻过程中的电解池由阳离子离子交换膜分隔为阳极室和阴极室，而在电解蚀刻过程中上述电解蚀刻液主要是作为阳极室内的电解液。阴极室内的电解液主要为无水氯化铜，浓度为10g/L。电解蚀刻精细线路时，以待电解蚀刻线路板为阳极板，以等面积的铜板作为阴极板。在外接电源的作用下，阳极板上的Cu0失去电子变为Cu+和Cu2+，达到电解蚀刻的目的，同时，Cu+和Cu2+透过阳离子交换膜，在阴极室内得到电子变为Cu0沉积在阴极板上，实现金属铜的回收。