CN110670050B - 化学镀铜活化液及其制备方法 - Google Patents

化学镀铜活化液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种化学镀铜活化液及其制备方法。化学镀铜活化液包括以重量份计的各组分:氯化钯1~10份,氯化亚锡100~400份,氯化钠50~200份,盐酸10~100份,络合剂0.1~50份,缓冲剂1~200份,稳定剂0.1~10份,抗氧化剂0.05~10份,湿润剂0.1~10份;其中,络合剂为乙二胺、三甲基胺、三乙基胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺中的一种或多种;缓冲剂为乙二胺四乙酸、甘氨酸、丙酸、苹果酸、2‑环己胺基乙磺酸中的一种或多种。本发明的化学镀铜活化液的稳定性较高,能够适应水平线化学镀铜工艺中的剧烈循环搅拌。

Description

化学镀铜活化液及其制备方法
技术领域
本发明涉及线路板加工技术领域,特别涉及一种化学镀铜活化液及其制备方法。
背景技术
随着电子产业的高速发展,精细、复杂的印制电路板的需求量越来越大。而印制电路板的通孔金属化、内层铜箔处理、电磁波屏蔽和电子元件的封装技术中均要用到化学镀铜技术。化学镀铜是不用外加电流,在基材表面经金属催化作用,通过化学还原进行金属沉积的过程。
一般,在化学镀铜需要先对基材进行活化处理,使基板的表面吸附上一层活性粒子,为化学镀铜的过程中提供足够的还原剂,进而使铜离子还原析出。基材表面吸附的活性粒子的致密程度很大程度影响了化学镀铜的速度及镀层的质量,因此,活化处理的好坏直接关系到化学镀铜的速度、镀层是否均匀、镀层与基体结合力是否达标等。
化学镀铜包括水平线化学镀铜和垂直线化学镀铜,水平线化学镀铜在操作时基材水平放置,因此,相对于垂直线化学镀铜,水平线化学镀铜能够解决多层板细孔径镀层不均匀等缺陷,并能够很好的改善生产环境,实现连续自动化量产作业等。
目前的水平线化学镀铜工艺中,通常采用离子钯作为化学镀铜活化液,以满足长时间平稳地保持化学镀铜的操作性。但是,离子钯活化液运作成本较高。而水平线化学镀铜的剧烈循环搅拌会破坏胶体钯系统,造成钯溶液的分解和催化失效,较少有应用胶体钯作为活化液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好,能够应用于水平线化学镀铜工艺中的化学镀铜活化液及其制备方法,以解决现有技术中的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种化学镀铜活化液,包括以下重量份的各组分:氯化钯1~10份,氯化亚锡100~400份,氯化钠50~200份,盐酸10~100份,络合剂0.1~50份,缓冲剂0.1~50份;其中,所述络合剂为乙二胺、三甲基胺、三乙基胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺中的一种或多种;所述缓冲剂为乙二胺四乙酸、甘氨酸、丙酸、苹果酸、2-环己胺基乙磺酸中的一种或多种。
在其中一实施方式中,所述络合剂的重量份为1~10份。
在其中一实施方式中,所述缓冲剂的重量份为1~50份。
在其中一实施方式中,还包括0.1~10份稳定剂,所述稳定剂为锡酸钠,尿素、氨基吡啶中的一种或多种。
在其中一实施方式中,所述稳定剂重量份为0.1-5份。
在其中一实施方式中,还包括0.05~10份抗氧化剂;所述抗氧化剂为2,5-二羟基苯磺酸钾、邻苯二酚,对苯二酚,甲酚,抗坏血酸中的一种或多种。
在其中一实施方式中,所述抗氧化剂的重量份为0.1-5份。
在其中一实施方式中,还包括0.1~10份湿润剂;所述湿润剂为丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
在其中一实施方式中,所述湿润剂的重量份为0.1-5份。
本发明还提供一种化学镀铜活化液的制备方法,所述化学镀铜活化液为如上所述的化学镀铜活化液,所述制备方法包括以下步骤:
S1、依据重量份称取各组分;
S2、将所述氯化钯、所述氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
S3、将所述氯化亚锡溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
S4、将所述氯化钯-盐酸溶液与所述饱和氯化亚锡溶液混合,并在超声波中震荡1~4小时,得到锡钯胶体;
S5、将所述锡钯胶体在80℃~100℃下熟化0.5~2小时;
S6、在45℃~50℃下加入所述络合剂、所述缓冲剂、所述稳定剂、所述抗氧化剂和所述湿润剂,并搅拌1~3小时,得到所述化学镀铜活化液。
在其中一实施方式中,所述超声波的超声频率为100KHz~500KHz。
由上述技术方案可知,本发明的优点和积极效果在于:
本发明的化学镀铜活化液包括氯化钯、氯化亚锡、氯化钠、盐酸、络合剂和缓冲剂。通过络合剂与钯核外周的亚锡离子络合,即以钯为核,亚锡离子吸附于钯的外周,络合剂与钯核外周的亚锡离子络合,形成稳定的络合物,络合剂与亚锡离子络合较强,因此提高了整个活化液的稳定性,使得本申请中的活化液能够适应水平线化学镀铜工艺中的剧烈循环搅拌。
本发明的化学镀铜活化液在制备过程中采用超声震荡的方式,降低粒径长大速率,使钯核形成速率大于粒径长大速率,而控制锡钯胶体保持在最小胶体粒径,进而使钯胶体能够悬浮分散在溶液中,形成胶体粒子的布朗运动,避免了胶体粒子的沉降,保证了活化液中胶体粒子分布的均匀性,保证了化学镀铜活化液的活性。采用本申请中的化学镀铜活化液进行化学镀铜,得到的镀层厚度均匀、表面平整,且镀层与基材的附着力较好。
附图说明
图1是本发明化学镀铜活化液的制备方法的流程图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本发明。
为了进一步说明本发明的原理和结构,现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种化学镀铜活化液,适用于水平线化学镀铜工艺中对板材的活化处理,而保证化学镀铜的质量。其中,板材为非金属基板。
本发明中的化学镀铜活化液稳定性高、活性高,能够适用于水平线化学镀铜工艺,提高了水平线化学镀铜的质量。
以下具体详细说明该化学镀铜活化液中各组分搭配以及其制备的原理。
化学镀铜活化液包括以重量份计的各组分:氯化钯1~10份,氯化亚锡100~400份,氯化钠50~200份,盐酸10~100份,络合剂0.1~50份,缓冲剂1~200份,稳定剂0.1~10份,抗氧化剂0.05~10份,湿润剂0.1~10份。
氯化钯为整个活化液的主要活性成分,氯化钯被还原形成钯核,钯能吸附在非金属材料表面形成催化活性中心,以便后续的化学镀铜可以在非金属材料表面形成完整的金属镀覆层。
氯化亚锡作为氯化钯的还原剂,将Pd2+还原为Pd0,同时氧化还原反应所产生的Sn2+吸附在钯核的外周。
氯化钠用来提供氯离子,能与胶体钯形成络合物,使胶体钯均匀分散在活化液中,同时氯化钠能有效减少活化液中盐酸的含量,减少酸雾的产生。
盐酸提供氢离子和氯离子,其中氢离子可用于调节胶体钯活化液的pH值;而氯离子与氯化钠中氯离子作用相同,使二价锡离子不易水解、氧化。
络合剂用于与Sn2+络合,形成稳定的络合物,进而提高活化液的稳定性。络合剂为乙二胺、三甲基胺、三乙基胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺中的一种或多种。具体地,上述络合剂作为有机配位供体,与Sn2+络合,且该络合能力能保证该活化液在剧烈搅拌下的稳定性,进而保证胶体钯不失效分解,延长活化液的寿命。
缓冲剂用于稳定活化液的酸性,同时还能够抑制Sn2+的水解进程。缓冲剂为乙二胺四乙酸、甘氨酸、丙酸、苹果酸、2-环己胺基乙磺酸中的一种或多种。
稳定剂用于保护活化液中的二价锡离子不被氧化,提高活化液的稳定性,从而延长活化液的使用寿命。稳定剂为锡酸钠,尿素、氨基吡啶中的一种或多种。
抗氧化剂用于保护活化液中的二价锡离子不被氧化,提高活化液的稳定性,从而延长活化液的使用寿命。抗氧化剂为2,5-二羟基苯磺酸钾、邻苯二酚,对苯二酚,甲酚,抗坏血酸中的一种或多种。
湿润剂用于提高活化液与非金属基板表面的结合力,从而提高活化液的活性。湿润剂为丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
本申请中的活化液通过络合剂与钯核外周的Sn2+络合,即以钯为核,Sn2+吸附于钯的外周,络合剂与钯核外周的Sn2+络合,形成稳定的络合物,络合剂与Sn2+络合较强,因此提高了整个活化液的稳定性,使得本申请中的活化液能够适应水平线化学镀铜工艺中的剧烈循环搅拌。
上述化学镀铜活化液的制备方法如下:
将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
将氯化亚锡溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在超声波中震荡,得到锡钯胶体;
将锡钯胶体熟化;
加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌,得到化学镀铜活化液。
因此,本申请的化学镀铜活化液先制备得到锡钯胶体,将该锡钯胶体熟化形成胶体溶液后,加入络合剂和缓冲剂,通过络合剂与Sn2+络合,得到以钯为核,络合剂与Sn2+的络合物吸附在钯核外周的新型胶体,络合剂与Sn2+的络合物较稳定而提高了本申请活化液的稳定性。且该制备方法简单易行。
本申请在制备锡钯胶体时采用超声波震荡,超声波震荡具有波的膨胀阶段和波的压缩阶段。在锡钯胶体的成型过程中,波的膨胀阶段推开已成型的锡钯胶体、未成型的钯核,并由此产生气泡;在波的压缩阶段,气泡在液体中瞬间内爆,产生一个非常有效的冲击力,在其爆裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射,而迅速将锡钯胶体击碎,使锡钯胶体粒子保持在最小胶体粒径,增强了活化液的活性。即通过降低粒径长大速率,使钯核形成速率大于粒径长大速率,进而控制锡钯胶体的粒径。
采用上述方法制备的锡钯胶体因粒径较小,而悬浮分散在溶液中,形成胶体粒子的布朗运动(Brown motion),避免了胶体粒子的沉降,保证了活化液中胶体粒子分布的均匀性,进而保证了活化液的活性,提高了水平线化学镀铜的质量。
本申请的发明人通过严格设计各组分的含量而改善化学镀铜活化液的稳定性,以下通过各实施例介绍各组分的含量。
实施例1
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000051
Figure BDA0002246530720000061
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
a1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
a2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
a3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在500KHz的超声波中震荡1小时,得到锡钯胶体;
a4,将锡钯胶体在80℃下熟化2小时;
a5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌3小时,得到化学镀铜活化液。
实施例2
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000062
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
b1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
b2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
b3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在100KHz的超声波中震荡4小时,得到锡钯胶体;
b4,将锡钯胶体在100℃下熟化0.5小时;
b5,在50℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌1小时,得到化学镀铜活化液。
实施例3
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000071
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
c1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
c2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
c3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在300KHz的超声波中震荡2小时,得到锡钯胶体;
c4,将锡钯胶体在85℃下熟化1.5小时;
c5,在50℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌1.5小时,得到化学镀铜活化液。
实施例4
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000072
Figure BDA0002246530720000081
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
d1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
d2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
d3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在3400KHz的超声波中震荡1.5小时,得到锡钯胶体;
d4,将锡钯胶体在95℃下熟化1小时;
d5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌2.5小时,得到化学镀铜活化液。
实施例5
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000082
Figure BDA0002246530720000091
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
e1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
e2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
e3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在3400KHz的超声波中震荡1.5小时,得到锡钯胶体;
e4,将锡钯胶体在95℃下熟化1小时;
e5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌2.5小时,得到化学镀铜活化液。
实施例6
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000092
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
f1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
f2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
f3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在3400KHz的超声波中震荡1.5小时,得到锡钯胶体;
f4,将锡钯胶体在95℃下熟化1小时;
f5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌2.5小时,得到化学镀铜活化液。
实施例7
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000101
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
g1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
g2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
g3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在500KHz的超声波中震荡1小时,得到锡钯胶体;
g4,将锡钯胶体在80℃下熟化2小时;
g5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌3小时,得到化学镀铜活化液。
实施例8
以配制化学镀铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000102
Figure BDA0002246530720000111
本实施例的化学镀铜活化液的制备方法,包括以下步骤:
h1,依据上述含量称取氯化钯、氯化钠和盐酸,并将氯化钯、氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
h2,称取氯化亚锡,并溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
h3,将氯化钯-盐酸溶液与饱和氯化亚锡溶液混合,并在500KHz的超声波中震荡1小时,得到锡钯胶体;
h4,将锡钯胶体在80℃下熟化2小时;
h5,在45℃下加入络合剂、缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌3小时,得到化学镀铜活化液。
对比例1
以配制对比例铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
氯化钯 2g
氯化亚锡, 300g
盐酸 50g
对比例2
以配制对比例铜活化液1Kg为例,各组分及含量如下:
Figure BDA0002246530720000112
Figure BDA0002246530720000121
对实施例1-8及对比例1-2的活化液,分别鼓气12小时、加热40℃及持续搅拌相同时间后进行稳定性测试,测试结果如表1所示
表1
鼓气12小时 加热40℃ 持续搅拌
实施例1 稳定 稳定 稳定
实施例2 稳定 稳定 稳定
实施例3 稳定 稳定 稳定
实施例4 稳定 稳定 稳定
实施例5 稳定 稳定 稳定
实施例6 稳定 稳定 稳定
实施例7 稳定 稳定 稳定
实施例8 稳定 稳定 稳定
对比例1 分解 快速分解 快速分解
对比例2 分解 快速分解 快速分解
采用实施例1-8及对比例1-2的活化液,以钻孔铜板作为基板,经过一系列工序完成化学镀铜,对基板上的镀层进行测试,测试结果如表2所示。除了活化液的选择不同,其他工艺均相同。
表2
Figure BDA0002246530720000122
Figure BDA0002246530720000131
通过大量实验得出,本申请的化学镀铜活化液稳定性好、活性较高、使用寿命较长。采用本申请的化学镀铜活化液,因活化液中胶体颗粒的分散均匀,胶体的粒径较小,因此基材表面的吸附层中金属活性中心细小、多而致密,使铜离子还原诱导周期缩短,得到的镀层厚度均匀、表面平整,且镀层与基材的附着力较好。
由上述技术方案可知,本发明的优点和积极效果在于:
本发明的化学镀铜活化液包括氯化钯、氯化亚锡、氯化钠、盐酸、络合剂和缓冲剂。通过络合剂与钯核外周的亚锡离子络合,即以钯为核,亚锡离子吸附于钯的外周,络合剂与钯核外周的亚锡离子络合,形成稳定的络合物,络合剂与亚锡离子络合较强,因此提高了整个活化液的稳定性,使得本申请中的活化液能够适应水平线化学镀铜工艺中的剧烈循环搅拌。
本发明的化学镀铜活化液在制备过程中采用超声震荡的方式,降低粒径长大速率,使钯核形成速率大于粒径长大速率,而控制锡钯胶体保持在最小胶体粒径,进而使钯胶体能够悬浮分散在溶液中,形成胶体粒子的布朗运动,避免了胶体粒子的沉降,保证了活化液中胶体粒子分布的均匀性,保证了化学镀铜活化液的活性。采用本申请中的化学镀铜活化液进行化学镀铜,得到的镀层厚度均匀、表面平整,且镀层与基材的附着力较好。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质,所以应当理解,上述实施方式不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种化学镀铜活化液,其特征在于,包括以下重量份的各组分:
氯化钯1~10份,氯化亚锡100~400份,氯化钠50~200份,盐酸10~100份,络合剂0.1~50份,缓冲剂0.1~50份;
其中,所述络合剂为乙二胺、三甲基胺、三乙基胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺中的一种或多种;
所述缓冲剂为乙二胺四乙酸、甘氨酸、丙酸、苹果酸、2-环己胺基乙磺酸中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的化学镀铜活化液,其特征在于,所述络合剂的重量份为1~10份。
3.根据权利要求2所述的化学镀铜活化液,其特征在于,所述缓冲剂的重量份为1~50份。
4.根据权利要求1所述的化学镀铜活化液,其特征在于,还包括0.1~10份稳定剂;所述稳定剂为锡酸钠,尿素、氨基吡啶中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的化学镀铜活化液,其特征在于,所述稳定剂重量份为0.1-5份。
6.根据权利要求1所述的化学镀铜活化液,其特征在于,还包括0.05~10份抗氧化剂;所述抗氧化剂为2,5-二羟基苯磺酸钾、邻苯二酚,对苯二酚,甲酚,抗坏血酸中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的化学镀铜活化液,其特征在于,所述抗氧化剂的重量份为0.1-5份。
8.根据权利要求1所述的化学镀铜活化液,其特征在于,还包括0.1~10份湿润剂;所述湿润剂为丙醇、甲醇、乙醇、异丙醇、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的化学镀铜活化液,其特征在于,所述湿润剂的重量份为0.1-5份。
10.一种化学镀铜活化液的制备方法,其特征在于,所述化学镀铜活化液为权利要求1-9任意一项所述的化学镀铜活化液,所述制备方法包括以下步骤:
S1、依据重量份称取各组分;
S2、将所述氯化钯、所述氯化钠溶于盐酸中,得到氯化钯-盐酸溶液;
S3、将所述氯化亚锡溶于去离子水中,制备得到饱和氯化亚锡溶液;
S4、将所述氯化钯-盐酸溶液与所述饱和氯化亚锡溶液混合,并在超声波中震荡1~4小时,得到锡钯胶体;
S5、将所述锡钯胶体在80℃~100℃下熟化0.5~2小时;
S6、在45℃~50℃下加入所述络合剂、所述缓冲剂、稳定剂、抗氧化剂和湿润剂,并搅拌1~3小时,得到所述化学镀铜活化液。
11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述超声波的超声频率为100KHz~500KHz。
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