CN112813470A - 一种pcb硫酸铜直流电镀工艺 - Google Patents

一种pcb硫酸铜直流电镀工艺 Download PDF

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CN112813470A CN202011624887.3A CN202011624887A CN112813470A CN 112813470 A CN112813470 A CN 112813470A CN 202011624887 A CN202011624887 A CN 202011624887A CN 112813470 A CN112813470 A CN 112813470A
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Abstract

本发明提供了一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，包括以下步骤：在电镀槽中加入2/3体积的水；加入CuSO4.5H2O，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入98％的AR级硫酸；调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；调整缸体的温度；加入添加剂，补充水至标准液位；循环槽液；确保所组份都在控制范围；拖缸：拖缸板要新鲜清洁，用10ASF拖缸4小时，确保所有组分都在控制范围；试板。

Description

一种PCB硫酸铜直流电镀工艺
技术领域
本发明涉及直流电电镀技术领域，尤其涉及一种PCB硫酸铜直流电镀工艺。
背景技术
镀铜在我国已有三十余年的历史，镀铜技术也在日益成熟和完善。镀铜溶液有多种类型入硫酸盐型、焦磷酸盐型，氟硼酸盐型以及氰化物型。硫酸盐型镀铜液一般分为两种，一种是用于零件电镀的普通硫酸盐镀铜液，一种是用于印制板电镀的高分散能力的镀铜液，其使用的添加剂也有区别。随着PCB板的不断发展，在如今的PCB板制备工艺中，为满足一些高端电子产品的需求，需要将PCB板制作的更轻薄更精密化，尤其是当PCB板本身承载的功率更小时，对PCB板上的导通孔和线路要求更高，线路、导通孔以及焊盘都力求精简，有些客户将PCB板上的焊盘与导通孔的位置设计在一起，也即导通孔位于焊盘位置上，或者焊盘与导通孔的位置有部分重叠，为了保证焊盘的平整度就需要将此导通孔内填满铜，形成埋孔，但在填满铜的过程中，为保证埋孔的电气性能，要求埋孔内不能存在空隙和气泡。现有技术的PCB板制备工艺中，导通孔为圆柱形，在导通孔内镀铜来
填满铜的过程中，通常直接向导通孔内通负电；由CuSO4、H2SO4、HCl混合液形成的电镀液喷入导通孔内，在负电的作用下，导通孔内电镀液中的Cu2+得到电子吸附在导通孔的内壁上；在接通电流后，很容易在导通孔底部开口、顶部开口处产生电流尖端放电效应，使圆柱形导通孔的底部开口、顶部开口处首先镀上铜，并封住导通孔的顶部开口、底部开口处，使部分电镀液被包裹在导通孔的内部，导致导通孔内存在空隙，铜无法填充满整个导通孔。
发明内容
为克服现有技术中存在的PCB孔内存在空气或溶液等问题，本发明提供了一种PCB硫酸铜直流电镀工艺。
本发明披露了一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为40-70g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入240-270g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入 0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1-2小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF 拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板。
在一些实施方式中，所述电镀槽材料为PP或PVC。
在一些实施方式中，所述阴阳极面积比例为2:1-1:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在 0.02％-0.06％，阳极电流密度在0.3ASD-2.2ASD之间。
在一些实施方式中，所述阴极底部还包括搅拌方式，所述搅拌方式为射流搅拌。
在一些实施方式中，所述CuSO4.5H2O浓度为55g/L，所述98％的AR级硫酸浓度为250g/L；所述氯离子浓度为50–70ppm。
在一些实施方式中，所述氯离子浓度为60ppm。
在一些实施方式中，所述阳极电流密度在1.6ASD。
在一些实施方式中，：所述阴极电流密度在0.5–1.5ASD之间。
在一些实施方式中，所述槽液温度为20-27度。
在一些实施方式中，所述湿润剂浓度为4-12mL/L；所述光亮剂浓度为0.4-1.2mL/L；所述整平剂的浓度为2-10ml/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在传统直流电镀原理基础上采用新型添加剂，并通过射流技术和合适的电镀参数等完成PCB电镀，本发明的添加剂有利于铜离子向孔内低电流密度区扩散与迁移，加上配合好、控制好必要的参数，达到孔内镀铜厚度大于板面厚度。此外本发明合适的搅拌方式能够促进镀液流动与交换，但是又不会破坏镀液中的“重要组分”的紊流，特别是本发明添加剂的紊乱。强烈的搅拌反而是不能得到预期的的效果，因为强烈的振动和空气搅拌等都会破坏添加剂的有序分布，而温和的来回摆动与有规律的射流搅拌时最最有利的。
(2)本发明制备工艺的优势：电镀分散能力可以达到或者超过100％，可用于镀铜层均匀厚度的通孔镀和盲孔镀，可同时进行通孔/盲孔的填孔镀铜。此外，电流参数调整方便，成本较低。
(3)在本发明中，除了控制添加剂类型以外，控制了镀液的流动规律与流动速度。以及调整了合适的电镀参数(如电流密度、硫酸铜浓度和电镀时间等等)，得到了最佳的镀铜效果。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明披露了一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为40-70g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入240-270g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入 0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1-2小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF 拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板。
作为进一步优选的，在本发明的此实施方式中，所述阴极底部还包括搅拌方式，所述搅拌方式为射流搅拌。
本发明在传统直流电镀原理基础上采用新型添加剂，并通过射流技术和合适的电镀参数等完成PCB电镀，本发明的添加剂有利于铜离子向孔内低电流密度区扩散与迁移，加上配合好、控制好必要的参数，达到孔内镀铜厚度大于板面厚度。此外本发明合适的搅拌方式能够促进镀液流动与交换，但是又不会破坏镀液中的“重要组分”的紊流，特别是本发明添加剂的紊乱。强烈的搅拌反而是不能得到预期的的效果，因为强烈的振动和空气搅拌等都会破坏添加剂的有序分布，而温和的来回摆动与有规律的射流搅拌时最最有利的。
具体的，所述电镀槽材料为PP或PVC。
具体的，所述阴阳极面积比例为2:1-1:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在0.02％-0.06％，阳极电流密度在0.3ASD-2.2ASD之间。所述阴极电流密度在0.5–1.5ASD之间。本发明的电流密度在此数值范围内是最佳效果，此数值是有添加剂类型、含量和孔径、后径比来决定的。
具体的，所述CuSO4.5H2O浓度为55g/L，所述98％的AR级硫酸浓度为250g/L；所述氯离子浓度为50–70ppm。
具体的，所述氯离子浓度为60ppm。
具体的，所述阳极电流密度在1.6ASD。
具体的，所述槽液温度为20-27度。作为进一步优选的，槽液温度为
Figure BDA0002879065950000041
具体的，所述湿润剂浓度为4-12mL/L；所述光亮剂浓度为0.4-1.2mL/L；所述整平剂的浓度为2-10ml/L。作为进一步优选的，所述湿润剂浓度为8mL/L；所述光亮剂浓度为0.8mL/L；所述整平剂的浓度为6ml/L。
本发明制备工艺的优势：电镀分散能力可以达到或者超过100％，可用于镀铜层均匀厚度的通孔镀和盲孔镀，可同时进行通孔/盲孔的填孔镀铜。此外，电流参数调整方便，成本较低。
在本发明中，除了控制添加剂类型以外，控制了镀液的流动规律与流动速度。以及调整了合适的电镀参数(如电流密度、硫酸铜浓度和电镀时间等等)，得到了最佳的镀铜效果。
实施例1
一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为40g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入240g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板、镀铜。
电镀槽材料为PP。
阴阳极面积比例为2:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在0.02％，阳极电流密度在0.3ASD之间。所述阴极电流密度在0.5ASD之间。
氯离子浓度为50ppm。
槽液温度为20。
湿润剂浓度为4mL/L；光亮剂浓度为0.4mL/L；整平剂的浓度为20ml/L。
实施例2
一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为70g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入270g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入 0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液2小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板、镀铜。
电镀槽材料为PVC。
阴阳极面积比例为1:1。
阳极中的铜球磷含量控制在0.06％，阳极电流密度在2.2ASD之间。阴极电流密度在 1.5ASD之间。
氯离子浓度为70ppm。
槽液温度为27度。
湿润剂浓度为12mL/L；光亮剂浓度为1.2mL/L；整平剂的浓度为10ml/L。
实施例3
一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为55g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入250g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入 0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1.5小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板。
电镀槽材料为PP。
阴阳极面积比例为2:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在0.04％，阳极电流密度在1.6ASD 之间。所述阴极电流密度在1ASD之间。
氯离子浓度为60ppm。
槽液温度为
Figure BDA0002879065950000071
湿润剂浓度为8mL/L；光亮剂浓度为0.8mL/L；整平剂的浓度为6ml/L。
实施例4
一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为55g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入250g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1.5小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板。
在本实施例中阴极底部还包括搅拌方式，搅拌方式为射流搅拌。
电镀槽材料为PP。
阴阳极面积比例为2:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在0.04％，阳极电流密度在1.6ASD 之间。所述阴极电流密度在1ASD之间。
氯离子浓度为60ppm。
槽液温度为
Figure BDA0002879065950000081
湿润剂浓度为8mL/L；光亮剂浓度为0.8mL/L；整平剂的浓度为6ml/L。
上述实施例电镀工艺已经具备孔和盲孔的镀铜能力，微小孔的高后径比和盲孔的电镀和盲孔镀铜的效果，可以与脉冲电镀相比美，同时工艺和控制容易，成本低。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)在电镀槽中加入2/3体积的水；
(2)加入CuSO4.5H2O，CuSO4.5H2O浓度为40-70g/L，慢慢加入硫酸铜直到全部溶解；
(3)在开打气或循环的情况下，非常缓慢地加入240-270g/L的98％的AR级硫酸；
(4)调整液位至刚能开启循环泵，预留一定液位空间待后面装阳极和添加光剂；开启循环泵循环药水；
(5)等温度降低到30度以下后，把预先准备好的阳极装入缸中；调整至标准液位；
(6)分析硫酸、硫酸铜、氯离子浓度并调整，再用5ASF和10ASF分别拖缸2小时至阳极膜生长完成为止；
(7)调整缸体的温度在22℃--26℃；加入0.8％的湿润剂；加入0.1％光亮剂，再加入0.6％整平剂，补充水至标准液位；
(8)循环槽液1-2小时；分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量，分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度，确保所组份都在控制范围；
(9)拖缸：拖缸板要新鲜清洁，尺寸为21*24inch，开启自动添加系统，用10ASF拖缸4小时，用15ASF连续拖缸至槽液负载到2～5AH/L；
(10)分析硫酸、硫酸铜、氯离子含量；分析光亮剂、润湿剂、整平剂浓度,确保所有组分都在控制范围；
(11)试板。
2.根据权利要求1所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述电镀槽材料为PP或PVC。
3.根据权利要求1所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述阴阳极面积比例为2:1-1:1；所述阳极中的铜球磷含量控制在0.02％-0.06％，阳极电流密度在0.3ASD-2.2ASD之间。
4.根据权利要求2所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述阴极底部还包括搅拌方式，所述搅拌方式为射流搅拌。
5.根据权利要求1所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述CuSO4.5H2O浓度为55g/L，所述98％的AR级硫酸浓度为250g/L；所述氯离子浓度为50–70ppm。
6.根据权利要求5所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述氯离子浓度为60ppm。
7.根据权利要求3所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述阳极电流密度在1.6ASD。
8.根据权利要求1所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述阴极电流密度在0.5–1.5ASD之间。
9.根据权利要求1所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述槽液温度为20-27度。
10.根据权利要求9所述的PCB硫酸铜直流电镀工艺，其特征在于：所述湿润剂浓度为4-12mL/L；所述光亮剂浓度为0.4-1.2mL/L；所述整平剂的浓度为2-10ml/L。
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