CN109898115A - 一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于印制线路板技术领域，公开了一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法。该方法主要包括以下步骤：碱性除油、酸蚀刻、活化处理、化学镀镍、电镀铜；本发明先对铝基板进行碱性除油和酸蚀刻，去除表面氧化膜以及增加粗糙度，通过控制钯液组分、盐酸含量和活化时间，大大提高化学镀镍速率且启镀很快，可稳定得到结合力良好的镍镀层，再通过控制镀铜液组分、电流密度和电镀时间，制备得到均匀致密、结合力良好的铜镀层。本发明的铝基板上镀铜制备方法稳定性高，不需经过浸锌前处理，简化了生产工艺，避免了镀液和环境污染，延长镀液的使用寿命，用该方法获得的铜镀层具有均匀致密、结合力良好等特点，适合于工业大规模稳定生产。

Description

一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法

技术领域

本发明属于印制线路板(PCB线路板)技术领域，特别涉及一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法。

背景技术

PCB线路板又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。印制电路板从单层发展到双面板、多层板和挠性板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。不断缩小体积、减少成本、提高性能，使得印制电路板在未来电子产品的发展过程中，仍然保持强大的生命力。随着电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化发展，印制板上元件组装密度和集成度越来越高，使用功率消耗越来越大，对PCB基板的散热性要求越来越迫切，如果PCB基板的散热性不好，就会导致电路板上元件器件过热而影响整机性能。

铝基板作为一种独特的金属基覆铜板具有良好的导热性、电气绝缘性、高耐压及弯曲加工和机械加工性等，被广泛用于航空电子、汽车、通讯、医疗、音响等相关行业。但铝元素是较活泼的金属元素之一，标准电极电位低，在空气中易氧化生成疏松状氧化膜，抗腐蚀性能差，硬度低，耐磨性差。在PCB线路板加工过程中，尤其是孔金属化生产加工，金属铝的活性较大，若直接沉铜，由于沉铜液为碱性，会与铝基板发生反应，无法沉铜成功，则需对铝基板进行表面处理。

现今，已有相关工作者对在PCB铝基板上镀铜进行了相关的研究。发明专利CN106987830B发明了一种铝基材印制线路板化学镍钯金工艺，该工艺主要通过二次浸锌处理，再进行化学镀镍，这会对镀镍液造成污染及毒化。发明专利CN107201512A报道了一种镀铜液及镀铜方法，在该发明中，其镀铜液为碱性，且为10，由于铝是是两性金属，在碱性环境中且碱性pH较大时，铝极易被腐蚀且表面会产生大量氢气，这对于铜的沉积有严重阻碍，最终严重影响镀铜结合力，无法满足生产要求。发明专利CN105177644A发明了一种铝件镀铜方法，该发明主要是先通过浸锌前处理，再镀铜，这同样会对镀铜液造成污染及毒化。

综上所述，目前对于PCB铝基板上镀铜，尤其针对铝基板孔内镀铜方面的研究较少，虽然已有一些方法能够在铝基板上镀铜，但是在前处理过程中都会出现各种各样的问题以及工序繁琐，无法满足现如今企业的要求。因此，研究开发出适用于工业大规模生产、工艺简单、环保型等的PCB铝基板上镀铜技术成为本领域研究重点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的工艺繁琐、污染环境、耐腐蚀性能差及镀层附着结合力差的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种快速的PCB线路板铝基板上电镀铜前处理方法，尤其针对铝基板孔内镀铜处理方法，该方法对铝基板表面腐蚀损伤较小，镀层均匀致密。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法，包括以下步骤：

(1)将铝基材放入碱性除油液中，对铝基材表面进行除油处理和去除表面氧化膜；

(2)将经过步骤(1)处理的铝基材放入酸蚀液中进行酸浸蚀；

(3)将经过步骤(2)处理的铝基材放入活化液中活化；

(4)将经过步骤(3)活化后的铝基材放入镀镍液中进行化学镀镍；

(5)将经过步骤(4)化学镀镍后的铝基材放入镀铜液中进行电镀铜；

(6)停镀，镀件洗涤吹干；

上述各个步骤之间先将处理过的铝基材用去离子水冲洗干净，再进行下一个步骤。

步骤(2)中所述除油液为氢氧化钠浓度为10-50g/L、硅酸钠浓度为5-20g/L、碳酸钠浓度为10-50g/L、磷酸钠浓度为10-50g/L的混合溶液；所述除油处理的温度为20-80℃，除油的时间为2-5min。

步骤(2)中所述酸蚀液为体积百分浓度5-50％的盐酸溶液；所述酸浸蚀的温度为20-50℃，酸浸蚀的时间为5-200s。

步骤(3)中所述活化液为氯化钯的浓度为30-500ppm、盐酸的浓度为3-100ml/L和氯化铵的浓度为10-1000ppm的混合溶液；所述活化液的温度为20-50℃，活化时间为20-180s。

步骤(5)中所述电镀铜温度为20-50℃，电镀铜电流密度为10-30asf，电镀铜时间为20-60min。

步骤(5)中所述镀铜液为水溶性铜盐浓度为100-300g/L、无机酸浓度为30-100ml/L、添加剂浓度为10-100ppm的混合溶液；所述水溶性铜盐为硫酸铜、氯化铜和硝酸铜中的一种以上；所述无机酸为硫酸；所述添加剂为聚乙二醇、OP-10、十二烷基硫酸钠中的一种以上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的技术方案中，主要技术思想是通过先对铝基材进行化学镀镍，再进行电镀镀铜；先进行化学镀镍目的有两个，一是提高铝基材的耐蚀性，避免直接沉铜时，镀层结合力差且难以沉铜成功；二是针对铝基板孔内镀铜，先化学镀镍进行打底，之后可避免进行沉铜而是可直接电镀铜以及铜层加厚处理。

(2)目前铝基板化学镀镍主要采用的是二次浸锌法或浸镍活化，这两者均有一定的缺点；对于浸锌法，其会对化学镀镍溶液造成污染及毒化；对于浸镍活化，其活性不高，对于铝基板镀镍启镀很慢，无法满足要求；本发明采用钯活化液，通过控制钯液组分、盐酸含量和活化时间，使得钯离子能够更好的沉积于铝表面，而不是被铝表面的氧化膜所阻挡，从而大大提高化学镀镍活化效率，且启镀很快，镀层均匀致密。

(3)本发明方法有效提高了镀层的结合力，从根本上防止了铝基板表面自然氧化膜的再次生成导致结合力差的情况，碱性除油和酸蚀刻步骤将铝基材表面氧化膜充分去除并且提高了其表面粗糙度，使得镀层结合力提高。

(4)本发明方法，不经过浸锌处理，简化了传统的铝基材上镀铜的工艺和无需硝酸退锌工序，降低了成本，避免污染生产环境，避免对镀铜溶液造成污染及毒化，保证镀液稳定，延长镀液的使用寿命。

(5)采用本发明方法，铝基板上镀铜层结合力良好，镀层均匀致密。

附图说明

图1为铝基板上镀铜制备工艺流程图。

图2为实施例1中铝基材上镀铜镀件1照片。

图3为实施例2中铝基材上镀铜镀件2照片。

图4为实施例3中铝基材上镀铜镀件3照片。

图5为对比例1中铝基材上镀铜镀件4化学镀镍照片。

图6为对比例1中铝基材上镀铜镀件4电镀铜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例1-3在铝基板上镀铜制备工艺流程图如图1所示。

实施例1

裁剪一定面积的铝基材按以下操作步骤进行铝基板上镀铜：

1.碱性除油液组分：10g/L氢氧化钠，20g/L碳酸钠，5g/L硅酸钠，10g/L磷酸钠

2.酸浸蚀液的配制：量取10ml盐酸，加入到90ml去离子水中，均匀搅拌，得到酸浸蚀液。

3.活化液的组分：50mg/L氯化钯，1ml/L浓盐酸，10mg/L氯化铵

4.镀铜液的组分：100g/L硫酸铜，30ml/L硫酸，10mg/L OP-10

5.施镀：

(1)裁剪一定面积的铝基材放入碱性除油液中进行碱性除油5min，温度为70℃，之后进行充分去离子水洗；

(2)将除油后的基材放入酸浸蚀液中浸蚀刻60s，温度为25℃，之后进行充分去离子水洗；

(3)将酸浸蚀后的基材放入活化液中活化液中活化1min，温度为25℃，之后进行充分去离子水洗；

(4)将前处理好的铝基材放入镀液中反应10min，得到镀件，之后进行充分去离子水洗；

(5)将经过化学镀镍后的铝基材放入镀铜液中进行电镀铜，电流密度为12asf，电镀温度为25℃，电镀时间为25min。

(6)得到镀件1，洗涤干燥。镀件1如图2所示。

实施例2

裁剪一定面积的铝基材按以下操作步骤进行铝基板上镀铜：

1.碱性除油液组分：20g/L氢氧化钠，20g/L碳酸钠，5g/L硅酸钠，10g/L磷酸钠

2.酸浸蚀液的配制：量取30ml盐酸，加入到70ml去离子水中，均匀搅拌，得到酸浸蚀液。

3.活化液的组分：40mg/L氯化钯，1ml/L浓盐酸，10mg/L氯化铵

4.镀铜液的组分：160g/L硫酸铜，50ml/L硫酸，10mg/L聚乙二醇

5.施镀：

(1)裁剪一定面积的铝基材放入碱性除油液中进行碱性除油3min，温度为60℃，之后进行充分去离子水洗；

(2)将除油后的基材放入酸浸蚀液中浸蚀刻10s，温度为25℃，之后进行充分去离子水洗；

(3)将酸浸蚀后的基材放入活化液中活化液中活化1min，温度为30℃，之后进行充分去离子水洗；

(4)将前处理好的铝基材放入镀液中反应10min，得到镀件，之后进行充分去离子水洗；

(5)将经过化学镀镍后的铝基材放入镀铜液中进行电镀铜，电流密度为15asf，电镀温度为25℃，电镀时间为30min。

(6)得到镀件2，洗涤干燥。镀件2如图3所示。

实施例3

裁剪一定面积的铝基材按以下操作步骤进行铝基板上镀铜：

1.碱性除油液组分：30g/L氢氧化钠，20g/L碳酸钠，5g/L硅酸钠，10g/L磷酸钠

2.酸浸蚀液的配制：量取50ml盐酸，加入到50ml去离子水中，均匀搅拌，得到酸浸蚀液。

3.活化液的组分：50mg/L氯化钯，1ml/L浓盐酸，30mg/L氯化铵

4.镀铜液的组分：150g/L硫酸铜，50ml/L硫酸，10mg/L聚乙二醇

5.施镀：

(1)裁剪一定面积的铝基材放入碱性除油液中进行碱性除油1min，温度为60℃，之后进行充分去离子水洗；

(2)将除油后的基材放入酸浸蚀液中浸蚀刻5s，温度为25℃，之后进行充分去离子水洗；

(3)将酸浸蚀后的基材放入活化液中活化液中活化30s，温度为30℃，之后进行充分去离子水洗；

(4)将前处理好的铝基材放入镀液中反应10min，得到镀件，之后进行充分去离子水洗；

(5)将经过化学镀镍后的铝基材放入镀铜液中进行电镀铜，电流密度为20asf，电镀温度为25℃，电镀时间为40min。

(6)得到镀件3，洗涤干燥。镀件3如图4所示。

对比例1

采用与实施例3相同的方法处理上述铝基板上镀铜，不同之处在于：钯活化处理改为浸镍活化处理。

此浸镍活化配方是来自于公开号为CN101319316B的发明专利申请中，配方为：40g/L氯化镍，90g/L柠檬酸钠，pH值为10。活化时间为30s，活化温度为25℃。

按照上述方法得到镀件4，可发现铝基材上只能镀上少量镍，且化学镀镍启镀时间长，反应缓慢。化学镀镍后，再进行电镀铜，铜层结合力差。化学镀镍如图5所示。铝基板镀铜如图6所示。

对比例2

采用与实施例3相同的方法处理上述铝基板上镀铜，不同之处在于：钯活化处理改为浸镍活化处理。

浸镍活化液配方：15g/L氯化镍，112g/L醋酸钠。活化时间40s，活化温度为25℃。

按照上述方法得到镀件，可发现铝基材上只能镀上少量镍，电镀铜，铜层结合力差。

另外，我们也进行了浸锌活化处理，虽然效果还好。但是浸锌活化后，在铝基板表面沉积一层锌层，进行化学镀镍时，会与镍离子发生置换反应，锌离子会浸入到镀镍液，这样会对镀镍液进行污染和毒化，镀液寿命缩短，需时常更换镀液，这对于工业生产，会大大增大生产成本和延缓生产时间。

依照GB-5270-85金属基体上的金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法，将上述工艺得到的铝基板镀铜镀件，经过粘胶带划线、划格试验测试三次以及热震试验(将镀件加热到250℃保温数分钟，后将试样放入室温水中骤冷)，其结果如表1所示。

表1性能检测结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速的铝基板上电镀铜前处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将铝基材放入碱性除油液中，对铝基材表面进行除油处理和去除表面氧化膜；

(2)将经过步骤(1)处理的铝基材放入酸蚀液中进行酸浸蚀；

(3)将经过步骤(2)处理的铝基材放入活化液中活化；

(4)将经过步骤(3)活化后的铝基材放入镀镍液中进行化学镀镍；

(5)将经过步骤(4)化学镀镍后的铝基材放入镀铜液中进行电镀铜；

(6)停镀，镀件洗涤吹干；

上述各个步骤之间先将处理过的铝基材用去离子水冲洗干净，再进行下一个步骤。

2.根据权利要求1所述的一种快速的PCB线路板铝基板上电镀铜前处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述酸蚀液为体积百分浓度5-50％的盐酸溶液；所述酸浸蚀的温度为20-50℃，酸浸蚀的时间为5-200s。

3.根据权利要求1所述的一种快速的PCB线路板铝基板上电镀铜前处理方法，其特征在于：步骤(3)中所述活化液为氯化钯的浓度为30-500ppm、盐酸的浓度为3-100ml/L和氯化铵的浓度为10-1000ppm的混合溶液；所述活化液的温度为20-50℃，活化时间为20-180s。

4.根据权利要求1所述的一种快速的PCB线路板铝基板上电镀铜前处理方法，其特征在于：步骤(5)中所述电镀铜温度为20-50℃，电镀铜电流密度为10-30asf，电镀铜时间为20-60min。