CN111893466B - 一种水平沉铜液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水平沉铜液技术领域，具体涉及一种水平沉铜液及其制备方法。本发明提供的水平沉铜液中，铜盐的含量为10～15g/L，稳定剂的含量为0.1～0.3mg/L，还原剂的含量为8～12g/L，络合剂的含量为25～32g/L，加速剂的含量为0.3～0.8g/L，柔韧剂的含量为0.2～0.5g/L。本发明提供的水平沉铜液的稳定性好、沉积速率高，得到的镀层光亮度好、平整度好，且具有良好的韧性和延展性，显著提高了镀件的使用寿命以及产品质量。

Description

一种水平沉铜液及其制备方法

技术领域

本发明属于水平沉铜液技术领域，具体涉及一种水平沉铜液及其制备方法。

背景技术

PCB水平沉铜的工艺是专门为水平线设计的工艺。由于所有板子都经过相同的处理，克服了传统线中不同位置的孔处理效果不一样的问题。水平沉铜线使用特别设计的水刀，可以更有效的把药水传送到小孔及盲孔里，该应用已经比较成熟，可满足各种制程要求。另外因为生产线密封，大大改善了生产环境，也易于进行5S管理。相比传统垂直沉铜，水平沉铜能缩短一个小时，对安排加急订单的生产十分有利，而且配合放板收板等自动化机械，极其节省人工成本，是现在各线路板厂优先选择的工艺。

沉铜液性能对水平沉铜技术至关重要。一个优良的沉铜液体系应该具备镀液体系稳定，副反应少；较低的主盐浓度；铜层颗粒细腻，色泽光亮，与基材结合力好；能够兼具高沉积速率和高稳定性等优点。沉铜液的组成决定着镀液的稳定性以及沉积铜层的质量。现有的沉铜液存在沉积速度慢，镀层韧性差等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水平沉铜液及其制备方法。本发明提供的水平沉铜液的稳定性好、沉积速率高，得到的镀层光亮度好、平整度好，且具有良好的韧性和延展性，显著提高了镀件的使用寿命以及产品质量。

本发明的技术方案是：

一种水平沉铜液，所述水平沉铜液中，铜盐的含量为10～15g/L，稳定剂的含量为0.1～0.3mg/L，还原剂的含量为8～12g/L，络合剂的含量为25～32g/L，加速剂的含量为0.3～0.8g/L，柔韧剂的含量为0.2～0.5g/L。

进一步地，所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L。

进一步地，所述铜盐为硫酸铜。

进一步地，所述稳定剂为亚铁氰化钾、巯基丁二酸、硫脲和亚硫酸钠中的一种或两种以上。

进一步地，所述还原剂为抗坏血酸。

进一步地，所述络合剂为柠檬酸、酒石酸钾钠、L-苹果酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。

进一步地，所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1-2:4-5:10-15组成。

进一步地，所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成。

进一步地，所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比5-8:1-3组成。

进一步地，所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比7:2组成。

进一步地，所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和聚乙烯吡咯烷酮按质量比12-15:7-10:2-4组成。

进一步地，所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为3500。

另外，本发明还提供了水平沉铜液的制备方法，步骤如下：

先将铜盐、络合剂、稳定剂、还原剂、柔韧剂分别溶于水制备各自的水溶液，向加速剂中加入与加速剂等质量的乙醇，然后用水稀释，然后将铜盐水溶液与络合剂水溶液混合，混合均匀后加入稳定剂水溶液、稀释后的加速剂，还原剂水溶液、柔韧剂水溶液，搅拌均匀，调节pH至10-13，搅拌均匀，即得。

本发明中，由糖精钠、多聚磷酸钠和特定分子量的聚乙烯吡咯烷酮按一定质量比组成的柔韧剂，不仅可以提高镀层的光亮度，通过三者的协同作用，还可以显著降低镀层的粗糙度，增加镀层的平滑度，降低镀层的内应力，从而达到改善镀层的韧性的目的，显著提高镀层的弯曲试验次数，使得镀件的使用寿命以及产品质量都有了很大程度的提高。

本发明中，由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠三种组分按特定比例复配而成的络合剂，不仅可以起到细化晶粒的作用，还可以在维持沉铜液稳定性的前提下提高沉积速率。本发明中，由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮组成的加速剂可以起到进一步加快沉积速率的作用。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明提供的水平沉铜液的稳定性好、沉积速率高，得到的镀层光亮度好、平整度好，且具有良好的柔韧性和延展性，显著提高了镀件的使用寿命以及产品质量。

(2)本发明提供的水平沉铜液毒性很小，废水处理容易，安全、环保。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

本发明中，如无特殊说明所用原料均为市售。如多聚磷酸钠可购自河南彬林化工产品有限公司，货号：2356-45。

实施例1、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为10g/L，稳定剂的含量为0.1mg/L，还原剂的含量为8g/L，络合剂的含量为25g/L，加速剂的含量为0.3g/L，柔韧剂的含量为0.2g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂为亚铁氰化钾；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:5:15组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比5:3组成；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比12:10:4组成。

所述水平沉铜液的制备方法，步骤如下：

先将铜盐、络合剂、稳定剂、还原剂、柔韧剂分别溶于水制备各自的水溶液，向加速剂中加入与加速剂等质量的乙醇，然后用水稀释，然后将铜盐水溶液与络合剂水溶液混合，混合均匀后加入稳定剂水溶液、稀释后的加速剂，还原剂水溶液、柔韧剂水溶液，搅拌均匀，调节pH至10，搅拌均匀，即得。

实施例2、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为15g/L，稳定剂的含量为0.3mg/L，还原剂的含量为12g/L，络合剂的含量为32g/L，加速剂的含量为0.8g/L，柔韧剂的含量为0.5g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由亚铁氰化钾和巯基丁二酸按质量比4:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比2:4:10组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比8:1组成；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比15:7:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法，步骤如下：

先将铜盐、络合剂、稳定剂、还原剂、柔韧剂分别溶于水制备各自的水溶液，向加速剂中加入与加速剂等质量的乙醇，然后用水稀释，然后将铜盐水溶液与络合剂水溶液混合，混合均匀后加入稳定剂水溶液、稀释后的加速剂，还原剂水溶液、柔韧剂水溶液，搅拌均匀，调节pH至13，搅拌均匀，即得。

实施例3、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比7:2组成；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法，步骤如下：

先将铜盐、络合剂、稳定剂、还原剂、柔韧剂分别溶于水制备各自的水溶液，向加速剂中加入与加速剂等质量的乙醇，然后用水稀释，然后将铜盐水溶液与络合剂水溶液混合，混合均匀后加入稳定剂水溶液、稀释后的加速剂，还原剂水溶液、柔韧剂水溶液，搅拌均匀，调节pH至11，搅拌均匀，即得。

对比例1、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比4:12组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比7:2组成；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法与实施例3类似。

与实施例3的区别在于，所述络合剂中未添加L-苹果酸。

对比例2、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比1:1组成；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法与实施例3类似。

与实施例3的区别在于，所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比1:1组成。

对比例3、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成；所述加速剂为3-炔基-2-丁酮；所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法与实施例3类似。

与实施例3的区别在于，所述加速剂中未添加4-甲基吲哚酮。

对比例4、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比7:2组成；所述柔韧剂由糖精钠和多聚磷酸钠按质量比13:8组成。

所述水平沉铜液的制备方法与实施例3类似。

与实施例3的区别在于，所述柔韧剂中未添加平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮。

对比例5、一种水平沉铜液

所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L；所述铜盐为硫酸铜；所述稳定剂由硫脲和亚硫酸钠按质量比5:1组成；所述还原剂为抗坏血酸；所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1:4:12组成；所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比7:2组成；所述柔韧剂由糖精钠和平均分子量为3500的聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:2组成。

所述水平沉铜液的制备方法与实施例3类似。

与实施例3的区别在于，所述柔韧剂中未添加多聚磷酸钠。

试验例一、沉积速率测试

1、试验样品：实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3制备的水平沉铜液。

2、试验方法：

2.1、工艺流程：膨松→除胶→中和→整孔→微蚀→预浸→活化→还原→化学铜→烘干

2.2、沉积速率的测试：

将经过膨松、除胶、中和、整孔、微蚀、预浸、活化、还原处理后的基板(FR-44*4mm)作为待镀件分别浸于实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3制备的水平沉铜液中做沉铜处理，化学镀5分钟，温度为35℃，采用X射线荧光测厚仪进行镀层测厚，计算出沉积速度。

3、试验结果如表1所示。

表1：沉积速度测试结果

由表1可以看出，采用本发明提供的水平沉铜液的沉积速度快，且通过观察发现镀层质量好，其中实施例3的沉积速度最快，为本发明的最佳实施例；与对比例1-3相比，采用本发明水平沉铜液的沉积速度更高。

试验例二、镀层韧性评价

1、试验样品：实施例3、对比例4、对比例5制备的水平沉铜液。

2、试验方法：

采用弯曲试验来评价相同厚度铜镀层的韧性。根据试验例一测得的沉积速率，算出镀1μm厚铜的时间，按照试验例一的方法进行化学镀，将已镀完的样品剪成小长条，于铁条上来回弯曲直至能在显微镜下看到明显的裂缝，记下弯折次数。

3、试验结果如表2所示。

表2：镀层韧性测试结果

项目	实施例3	对比例4	对比例5
				弯折次数	42	37	32

由表2可以看出，采用本发明提供的水平沉铜液得到的样品的弯折次数最多，这说明镀层的抗弯曲性能越好，也就是说采用本发明的水平沉铜液得到的镀层韧性好。与对比例4-5相比，采用本发明水平沉铜液得到的样品的镀层韧性更为优异。

Claims (8)

1.一种水平沉铜液，其特征在于，所述水平沉铜液中，铜盐的含量为10～15g/L，稳定剂的含量为0.1～0.3mg/L，还原剂的含量为8～12g/L，络合剂的含量为25～32g/L，加速剂的含量为0.3～0.8g/L，柔韧剂的含量为0.2～0.5g/L；

所述加速剂由3-炔基-2-丁酮和4-甲基吲哚酮按质量比5-8:1-3组成；

所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和聚乙烯吡咯烷酮按质量比12-15:7-10:2-4组成。

2.如权利要求1所述的水平沉铜液，其特征在于，所述水平沉铜液中，铜盐的含量为11g/L，稳定剂的含量为0.16mg/L，还原剂的含量为9g/L，络合剂的含量为27g/L，加速剂的含量为0.4g/L，柔韧剂的含量为0.3g/L。

3.如权利要求1或2所述的水平沉铜液，其特征在于，所述稳定剂为亚铁氰化钾、巯基丁二酸、硫脲和亚硫酸钠中的一种或两种以上。

4.如权利要求1或2所述的水平沉铜液，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸、酒石酸钾钠、L-苹果酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。

5.如权利要求4所述的水平沉铜液，其特征在于，所述络合剂由L-苹果酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠按质量比1-2:4-5:10-15组成。

6.如权利要求1所述的水平沉铜液，其特征在于，所述柔韧剂由糖精钠、多聚磷酸钠和聚乙烯吡咯烷酮按质量比13:8:2组成。

7.如权利要求1所述的水平沉铜液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为3500。

8.如权利要求1-7任一项所述的水平沉铜液的制备方法，其特征在于，步骤如下：

先将铜盐、络合剂、稳定剂、还原剂、柔韧剂分别溶于水制备各自的水溶液，向加速剂中加入与加速剂等质量的乙醇，然后用水稀释，然后将铜盐水溶液与络合剂水溶液混合，混合均匀后加入稳定剂水溶液、稀释后的加速剂，还原剂水溶液、柔韧剂水溶液，搅拌均匀，调节pH至10-13，搅拌均匀，即得。