CN109137012B

CN109137012B - 一种pcb电镀金液及其制备方法和应用

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Publication number: CN109137012B
Application number: CN201811352007.4A
Authority: CN
Inventors: 王雷; 卢根平; 董猛; 刘文日; 晏峰
Original assignee: Jiangxi Xusheng Electronics Co ltd
Current assignee: Jiangxi Xusheng Electronics Co ltd
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: CN109137012A

Abstract

本发明公开了一种PCB电镀金液。PCB电镀金液包括以下组分：三氯化金水合物、配位剂、K₃P0₄、KH₂P0₄、光亮剂、络合剂、表面活性剂、针孔消除剂及去离子水，其中所述配位剂为DMDMH，其分子式为C₇H₁₂N₂O₄。本发明提供的PCB电镀金液，采用DMDMH为配位剂，镀金液体系中不含氰，镀金液具有良好的稳定性；且使用该电镀金液获得的镀金层晶粒细小、镀层平整。基于PCB电镀金液，本发明还提供一种PCB电镀金液的制备方法和应用，应用该电镀金液，电镀时控制电流密度为1‑2A/dm²，电镀温度为40‑55℃，电镀时间为20‑40min。

Description

一种PCB电镀金液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及PCB电镀技术领域，特别涉及一种PCB电镀金液及其制备方法和应用。

背景技术

印制线路板(又称为PCB板)是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制组件的印制板，其主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，起到中继传输的作用，PCB板的制造品质不但直接影响电子产品的可靠性，而且影响系统产品整体竞争力，因此被称为“电子系统产品之母”。

金具有良好的导电性、化学稳定性和易焊接性，广泛应用于电子元件、印刷电路板、集成块接线，和接插件等领域，目前工业生产中使用的电镀金工艺大部分都含有氰化物，随着环保要求的提高，镀液向无氰方向发展已成为当今研究的热点。目前无氰镀金液体系主要有亚硫酸盐镀金、硫代硫酸盐镀金、亚硫酸盐一硫代硫酸盐复合配位剂镀金、乙内酰脲镀金等。其中硫代硫酸盐电镀金在镀液中容易分解，且该体系允许使用的阴极电流密度范围较窄，镀层中还含有少量的硫，因此限制了硫代硫酸盐电镀金的实际应用；而具有一定应用价值的镀液体系是亚硫酸盐电镀金液，然而，限制亚硫酸盐镀金液实际应用的因素是镀液的稳定性，该镀液很容易被氧化而发生分解。

因此，现有技术中采用亚硫酸盐镀金液对PCB进行电镀时，得到的镀层均镀能力较差，镀层不平整，且延展性、光泽和韧性较差。

鉴于此，有必要提供一种新的电镀金液解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种使得到的镀金层均镀能力好、镀金层平整，且延展性、光泽性和韧性较好的PCB电镀金液及其制备方法和应用。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种PCB电镀金液包括以下组分：三氯化金水合物、配位剂、K₃P0₄、KH₂P0₄、光亮剂、络合剂、表面活性剂、针孔消除剂及去离子水，其中所述配位剂为DMDMH，其分子式为C₇H₁₂N₂O₄。

进一步地，所述PCB电镀金液中各组分的含量如下：

三氯化金水合物：5-10g/L；

配位剂：30-70g/L；

K₃P0₄：30-50g/L；

KH₂P0₄：20-30g/L；

光亮剂：5-15g/L；

络合剂：3-20g/L；

表面活性剂:2-15g/L；

针孔消除剂：1-3g/L；

去离子水：余量。

进一步地，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:6-10。

进一步地，所述光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:2-4:1-3混合制成。

进一步地，所述络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:2-5:1-1.5混合制成。

进一步地，所述表面活性剂由分子量为2000-8000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1-1.5:2混合制成。

进一步地，所述针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:2-3:1-2混合制成。

进一步地，所述PCB电镀金液的pH值为4-6.5。

基于上述PCB电镀金液，本发明还提供一种PCB电镀金液的制备方法。

一种PCB电镀金液的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：向容器中泵入适量去离子水，将相应质量的DMDMH加热至溶解，将溶解后DMDMH的pH值调节至9-10，静置10min，加入容器中并搅拌；

步骤S2：在不断搅拌下将三氯化金化合物加入到DMDMH溶液中，持续加热搅拌，直至变为淡黄色透明溶液，然后加入计算量的磷酸钾，并用磷酸氢二钾溶液调节PH值至4-6.5，再加入光亮剂，形成电镀核心液；

步骤S3：加入络合剂、表面活性剂、针孔消除剂，制备得到PCB电镀金液。

本发明还提供一种PCB电镀金液的应用。一种PCB电镀方法，使用上述PCB电镀金液，电镀时控制电流密度为1-2A/dm²，电镀温度为40-55℃，电镀时间为20-40min。

本发明提供的PCB电镀金液，以DMDMH为配位剂，DMDMH分子结构式如下：

此分子结构中存在2个氮原子、2个羰基，中间的N、CH₂OH键由于侧位上的2个亲电性羰基的存在，使得该氮原子具有亲核性，因此可以与金属离子发生配位反应，在镀液中三氯化金是镀液中的主盐，Au与配位剂DMDMH形成Au[DMDMH]₄ ^-配离子。

光亮剂主要作为细化晶粒、增强高电流密度区光亮度，与络合剂配合发挥作用。本发明采用的光亮剂是复合光亮剂，由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按比例混合制成，可使镀层结晶更细致、平滑、避免高电位区烧焦，增强高电流密度区的亮度。

复合络合剂由烟酸、羟基喹啉、乙二胺二乙酸按比例混合制成，其为极佳的深镀剂，可使络合效果达到最佳。

表面活性剂，在光亮镀金液中采用的表面活性剂以非离子表面活性剂效果最佳，并具有稳定的晶粒细化作用。在本发明中若单独加入光亮剂，对镀层的光亮效果不显著，还必须加入表面活性剂才能获得光亮和具有一定整平性的镀层。本发明采用的表面活性剂是分子量为2000-8000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠的混合物，则均镀能力将进一步改善，使低电流密度区与高电流密度区的分界面获得细致、平滑、光亮的均匀镀层。

针孔消除剂，易吸附在阴极表面，降低液体的表面张力，使电镀过程中产生氢气泡不易在阴极表面停留，从而防止镀层产生针孔。

相较于现有技术，本发明提供的PCB电镀金液及其制备方法，有益效果在于：

一、本发明提供的PCB电镀金液，采用DMDMH为配位剂，镀金液体系中不含氰，镀金液具有良好的稳定性；且使用该电镀金液获得的镀金层晶粒细小、镀层平整。

二、本发明提供的PCB电镀金液，光亮剂、络合剂、表面活性剂、针孔消除剂均采用复合剂型，可大大提高电镀金液的均镀能力，并能提高镀层平整度、伸展力、热冲击、亮度、导电性、硬度等方面的性能参数。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种PCB电镀金液，包含的组成及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：7g/L

配位剂：56g/L

K₃P0₄：40g/L

KH₂P0₄水溶液：25g/L

光亮剂：10g/L

络合剂：11g/L

表面活性剂：8g/L

针孔消除剂：2g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:8；

光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:3:2混合制成；

络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:2-5:1-1.5混合制成；

表面活性剂由分子量为6000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1.25:2混合制成；

针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:2.5:1.5混合制成。

一种PCB电镀金液的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：向100L容器中泵入体积占比3/4的去离子水，控制搅拌速度为350r/min，称取4200g的DMDMH加热至溶解，将溶解后的DMDMH用NaOH调节PH至9.5，静置10min，加入容器中；

步骤S2：在不断搅拌下将525g三氯化金水合物缓慢加入到DMDMH溶液中，持续加热搅拌.直至变为淡黄色透明溶液，然后加入3000g磷酸钾，并用1875g磷酸氢二钾溶液调节PH值至4.5，再加入750g光亮剂，搅拌30min，形成电镀核心液；

步骤S3：加入825g络合剂、600g表面活性剂、200g针孔消除剂，补充去离子水制备得到实施例1的PCB电镀金液。

将实施例1的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为1.5A/dm²，电镀温度为48℃，电镀时间控制在30min。

实施例2

一种PCB电镀金液，包含的组成及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：5g/L

配位剂：30g/L

K₃P0₄：30g/L

KH₂P0₄水溶液：20g/L

光亮剂：5g/L

络合剂：3g/L

表面活性剂：2g/L

针孔消除剂：1g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:6；

光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:2:1混合制成；

络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:2:1混合制成；

表面活性剂由分子量为2000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1:2混合制成；

针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:2:1混合制成。

实施例2所述的PCB电镀金液的制备方法与实施例1的制备方法对应相同，因KH₂P0₄加量不同，实施例2的PCB电镀金液pH值为4。

将实施例2的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为1A/dm²，电镀温度为40℃，电镀时间控制在20min。

实施例3

一种PCB电镀金液，包含的组成及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：10g/L

配位剂：70g/L

K₃P0₄：50g/L

KH₂P0₄水溶液：30g/L

光亮剂：15g/L

络合剂：20g/L

表面活性剂：15g/L

针孔消除剂：3g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:10；

光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:4:3混合制成；

络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:5:1.5混合制成；

表面活性剂由分子量为8000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1.5:2混合制成；

针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:3:2混合制成。

实施例3所述的PCB电镀金液的制备方法与实施例1的制备方法对应相同，因KH₂P0₄加量不同，实施例2的PCB电镀金液pH值为5。

将实施例3的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为2A/dm²，电镀温度为55℃，电镀时间控制在40min。

实施例4

一种PCB电镀金液，包含的组成及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：2g/L

配位剂：24g/L

K₃P0₄：30g/L

KH₂P0₄水溶液：15g/L

光亮剂：4g/L

络合剂：2g/L

表面活性剂：1g/L

针孔消除剂：0.5g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:12；

光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:1:1混合制成；

络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:6:0.5混合制成；

表面活性剂由分子量为10000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1:3混合制成；

针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:1:1混合制成。

实施例4所述的PCB电镀金液的制备方法与实施例1的制备方法对应相同，因KH₂P0₄加量不同，实施例2的PCB电镀金液pH值为5.5。

将实施例4的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为3A/dm²，电镀温度为60℃，电镀时间控制在15min。

实施例5

一种PCB电镀金液，包含的组成及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：12g/L

配位剂：24g/L

K₃P0₄：25g/L

KH₂P0₄水溶液：15g/L

光亮剂：4g/L

络合剂：25g/L

表面活性剂：17g/L

针孔消除剂：4g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:2；

光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:0.5:4混合制成；

络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:1:3混合制成；

表面活性剂由分子量为10000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例3:2混合制成；

针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:1:4混合制成。

实施例5所述的PCB电镀金液的制备方法与实施例1的制备方法对应相同，因KH₂P0₄加量不同，实施例2的PCB电镀金液pH值为6.5。

将实施例5的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为0.5A/dm²，电镀温度为35℃，电镀时间控制在50min。

实施例6

一种PCB电镀金液，其组分及各组分的含量参考实施例1，与实施例1不同的是，本实施例中三氯化金水合物的含量为12g/L。

PCB电镀金液的制备方法及电镀工艺与实施例1相同，在此不做赘述。

对比例1

一种PCB电镀金液，其组分及各组分的含量参考实施例1，与实施例1不同的是，本实施例中的配位剂采用亚硫酸钠。

对比例2

一种PCB电镀金液，其组分及各组分的含量如下：

三氯化金水合物：7g/L

配位剂：56g/L

K₃P0₄：40g/L

KH₂P0₄水溶液:25g/L

去离子水：余量。

其中，三氯化金水合物与配位剂的质量比1:8，配位剂为DMDMH。

一种PCB电镀金液的制备方法，包括如下步骤：

步骤S2：在不断搅拌下将525g三氯化金水合物缓慢加入到DMDMH溶液中，持续加热搅拌.直至变为淡黄色透明溶液，然后加入3000g磷酸钾，并用1875g磷酸氢二钾溶液调节PH值至4.5，补充去离子水制备得到PCB电镀金液。

将对比例2的PCB电镀金液应用于PCB电镀工艺中，控制电镀时的电流密度为1.5A/dm²，电镀温度为48℃，电镀时间控制在30min。

以下通过具体的试验检测本发明提供的PCB电镀金液的性能。

将本实施例1-6、对比例1-2镀铜层进行均镀能力测试，测试方法为：在电镀板的两面分别取测试点50个测量铜厚，取点位置及计算方法如下：

测量点的选取(以横坐标为X方向，以纵坐标为Y方向)：

X方向：①12mm处；②X/4处；③X/2处；④3X/4处；⑤X-12mm处；

Y方向：①Y-20mm处；②Y-25mm处；③Y-50mm处；④3Y/4处；⑤5Y/8处；⑥Y/2处；⑦Y/4处；⑧50mm处；⑨25mm处；⑩12mm处；

计算方法：通过Excel分析数据COV％；COV％计算公式为：COV％＝δ/u*100％(δ为数据的标准偏差，u为数据的平均值)；其中COV(Coefficient of Variance)表示标准差率。

经检测，实施例1-6和对比例1-2的电镀板，镀层性能如表1：

表1：镀层性能测试结果

由上述测试结果可以看出：

1、实施例1、2、3的实施效果在均镀能力、延展性、热冲击、平整度、亮度、导电性、硬度方面都明显优于本发明范围外的实施例，更优于对比例。

2、使用DMDMH作为配位剂，获得的镀层性能优于亚硫酸钠。

3、三氯化金水合物的浓度范围以5-10g/L为宜，当浓度为5g/L时，镀层较薄，光泽性较好；当浓度为7g/L时，镀层的均匀性、致密性较好，随着金盐浓度的继续升高，镀层发雾，质量变差，而且在实验过程中还发现，当金盐浓度大于10g/L时，金盐与配位剂不能完全配合，从而影响镀层性能。因此，镀液中三氯化金浓度控制在5-7g/L为优选条件。

以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种PCB电镀金液，其特征在于，所述PCB电镀金液中各组分的含量如下：

三氯化金水合物：5g/L；

配位剂：30g/L；

K₃PO₄ ：30g/L；

KH₂PO₄ ：20g/L；

光亮剂：5g/L；

络合剂：3g/L；

表面活性剂:2g/L；

针孔消除剂：1g/L；

去离子水：余量；

所述配位剂为DMDMH，其分子式为C₇H₁₂N₂O₄；

所述光亮剂由哌嗪、氧化砷和柠檬酸钾按照重量比例1:2-4:1-3混合制成；

所述络合剂由烟酸、羟基喹啉和乙二胺二乙酸按照重量比例1:2-5:1-1.5混合制成；

所述表面活性剂由分子量为2000-8000的聚乙二醇与琥珀酸酯钠按照重量比例1-1.5:2混合制成；

所述针孔消除剂由羟乙基聚乙烯亚胺、聚甲基亚胺和聚乙烯亚胺按照重量比例1:2-3:1-2混合制成；

所述PCB电镀金液的pH值为4-6.5。

2.一种权利要求1所述的PCB电镀金液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S2：在不断搅拌下将三氯化金化合物加入到DMDMH溶液中，持续加热搅拌，直至变为淡黄色透明溶液，然后加入计算量的磷酸钾，并用磷酸二氢钾溶液调节PH值至4-6.5，再加入光亮剂，形成电镀核心液；

3.一种PCB电镀方法，其特征在于，使用权利要求1所述的PCB电镀金液，电镀时控制电流密度为1-2A/dm²，电镀温度为40-55℃，电镀时间为20-40min。