CN114657618B - 一种铝基材pcb线路板电镀预处理工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电镀领域，尤其涉及一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺及其应用，提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，所述电镀预处理工艺的步骤包括除油、蚀刻、沉锌、脱锌、化学镀镍、电镀铜。本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺步骤简洁，替代了传统二次浸锌的步骤，并且对PCB线路板腐蚀较小，最大程度的保留了PCB线路板对精密性，解决了电镀过程中镀层表面易产生气泡而降低品质的问题，提高了成品率，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及电镀领域，尤其涉及一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺及其应用。
背景技术
铝合金电镀，即通过电化学方法在固体表面上沉积一薄层金属或合金的过程。对这个过程的形象说法，就是给金属或非金属穿上一件金属“外衣”，此金属“外衣”为电镀层。铝合金属于难镀金属，因其电负性很强，极容易在空气中与氧结合生成氧化膜；另外，铝有较大的膨胀系数，使得镀层容易脱落。这样铝电镀的重点和难点就在于除去表面氧化膜并在未成膜之前电镀，所以恰当的前处理工艺就尤显重要。铝合金电镀的步骤通常为化学除油、化学抛光、浸锌、电镀镍、电镀铜。
化学除油处理目的是除去制品表面的工艺润滑油、防锈油及其他污物，以保证在碱洗工序中，制品表面腐蚀均匀和碱洗槽的清洁，从而提高氧化制品质量。目前生产上大量使用的除油方法是在碱性溶液中化学除油，这种方法的实质是靠皂化和乳化作用除油。化学抛光是指在合适的溶液中，不使用外接电源，依靠化学浸蚀作用对工件进行的抛光，可对形状复杂的各种尺寸的零件进行抛光，生产效率高，化学抛光可作为电镀前处理工序，也可在抛光后辅以必要的防护措施而直接使用。铝及其合金的特殊预处理方法是浸锌法，该法将零件浸入强碱性的锌酸盐溶液中，在清除铝表面氧化膜的同时，置换出一层致密而附着力良好的锌层，随着电镀其他金属时，浸锌层可以作为中间层打底用，也可以在镀液中退除后进行电镀。镍是电镀工艺应用最广的镀种之一，具有很强的钝化能力，在空气中能迅速地形成一层极薄的钝化膜，使其保持经久不变的光泽。常温下，镍能很好地防止大气、水、碱液的浸蚀，在碱、盐和有机酸中很稳定，在硫酸和盐酸中溶解得很慢，易溶于稀硝酸。铜镀层一般用作镀件防护装饰电镀的中间层。由于它的稳定性较差，如果用作表面装饰性镀层，必须经过钝化或着色处理，并涂以有机涂料。镀铜层通过化学着色或电化学着色可呈现多种艳丽色彩，被广泛用作一些工艺品和小商品的装饰。
由于PCB线路板表面铝基材较为活泼，表面电镀困难，很容易出现电镀不均匀、镀层脱落、表面粗糙有颗粒的现象，在使用一段时间后也会出现镀层大面积脱落，基材锈蚀损坏的问题，基于对铝基材PCB线路板的大量需求，开发一种镀层平整光滑、持久性好不易脱落的电镀处理工艺十分必要。
发明内容
本发明第一个方面提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其特征在于，所述电镀预处理工艺的步骤包括除油、蚀刻、沉锌、脱锌、化学镀镍、电镀铜。
作为一种优选的实施方式，所述除油的工艺步骤为去油、水洗、吹干，所述去油需要去油液，所述去油液的制备原料包括表面活性剂、消泡剂、碳酸盐；所述水洗需要去离子水。
优选的，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂复配。
优选的，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基葡糖苷、吐温20中的一种或几种。
优选的，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份(2-5)：1复配。
优选的，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份3：1复配。
申请人发现，生产车间水质较差，在除油过程中单纯使用阴离子型表面活性剂时会出现油脂遇硬水节快，堵塞出水口的现象，而以特定比例复配对硬水包容性更好的非离子型表面活性剂时去油剂表现出了更好的去油效果。
作为一种优选的实施方式，所述消泡剂为二甲基硅油。
优选的，二甲基硅油浓度为0.5-2g/L。
作为一种优选的实施方式，所述碳酸盐为碳酸钠。
优选的，碳酸钠浓度为15-40g/L。
作为一种优选的实施方式，除油时间为5-15min，除油温度为50-70℃，水洗时间为5-15min，水洗温度为40-60℃。
作为一种优选的实施方式，所述蚀刻的工艺步骤为碱蚀刻和酸蚀刻；
优选的，所述碱蚀刻的制备原料为氢氧化钠水溶液，浓度为45-65g/L，碱蚀刻时间为30-40s；所述酸蚀刻的制备原料为氢氟酸，浓度为250-300mL/L，酸蚀刻时间为2-3min。
作为一种优选的实施方式，所述沉锌的工艺原料为碱溶液、锌源、去膜剂。
优选的，所述沉锌的工艺原料为氢氧化钠、氧化锌、去膜剂。
优选的，所述去膜剂选自铵盐。
优选的，所述铵盐选自过硫酸铵、亚硫酸铵、硫代硫酸铵中的一种或多种。
优选的，所述氢氧化钠浓度为100-120g/L，所述氧化锌浓度为10-15g/L，所述去膜剂为亚硫酸铵，浓度为6-8g/L。
申请人发现，浸锌的时间不能过长，沉锌时间过长，锌沉积层过厚，都会影响镀层与基底的结合力，而碱性沉锌液在较短时间内很难较完整地溶解PCB线路板表面的氧化膜，需要加入辅助去膜剂来加速氧化膜的溶解活化。辅助去膜剂的添加量要控制得当，过多会造成PCB线路板表面的铝过度腐蚀，过少则不能达到较好的活化和去膜效果。所添加的亚硫酸铵能够与铝离子形成配合物，以此去除铝表面氧化膜。
作为一种优选的实施方式，所述脱锌的工艺原料为硝酸，浓度为30-40g/L。
作为一种优选的实施方式，所述化学镀镍的工艺原料包括镍源、无机盐、酸溶液。
优选的，所述化学镀镍的工艺原料包括硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸。
优选的，所述硫酸镍浓度为40-50g/L，所述次亚磷酸钠浓度为10-15g/L，所述硼酸浓度为10-15g/L。
作为一种优选的实施方式，所述电镀铜的工艺原料包括铜源、次磷酸盐、络合剂、稳定剂、表面活性剂。
优选的，所述电镀铜的工艺原料包括硫酸铜、次磷酸钠、络合剂、稳定剂、表面活性剂。
优选的，所述络合剂选自三乙醇胺、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、N’N’N’N’-四(2-羚丙基)乙二胺、苯基乙二胺四乙酸、柠檬酸中的一种或多种，所述稳定剂选自如邻菲罗啉、2、2’-喹啉、2、9-二甲基菲罗琳、联吡啶、硫代硫酸盐、Na2S、十二烷基硫醇中的一种或多种。
优选的，所述硫酸铜浓度为150-250g/L，所述次亚磷酸钠浓度为10-15g/L，所述络合剂为酒石酸钾钠，浓度为30-50g/L，所述稳定剂为邻菲罗啉，浓度为70-90mg/L，所述表面活性剂为聚乙二醇，浓度为70-90mg/L。
由于化学镀铜在碱性溶液中进行，酒石酸钾钠能够与铜离子生成化学性质稳定的络合物，且络合物的机械性能、电化学性能良好，在本体系中能够起到稳定镀液和细化镀层颗粒的作用。
邻菲罗啉能够与铜离子生成稳定的络合物而维持镀层的稳定性，但邻菲罗啉添加量过高时会极大的降低沉铜速率或终止沉铜反应，所制备的镀层表面暗沉无光泽，申请人发现在本体系中邻菲罗啉浓度为70-90mg/L时不仅能够提高镀层的稳定性，还能够使镀层细腻光滑，有金属光泽和良好的延展性。
由于化学镀铜的反应伴随着氢气的发生，析出镀层中常常吸附有氢气泡，导致镀层不均匀、表面有坑的现象。申请人发现在镀液中加入发泡较少的聚乙二醇作为表面活性剂有利于降低溶液表面张力，使产生的氢气易从析出的铜层表面脱离而降低氢脆作用，使得制备的镀层表面光滑，成品率高。
本发明第二个方面提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺的应用，其特征在于，将所述工艺应用于铝基材PCB线路板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺过程清洁环保，不排放对环境土壤和水质有害的氰化物等剧毒物质。
2.本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺所制备的基材PCB线路板结晶细致、光亮性好、结合力强，镀层牢固不易脱落，有较强的环境稳定性。
3.本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺步骤简洁，替代了传统二次浸锌的步骤，并且对PCB线路板腐蚀较小，最大程度的保留了PCB线路板对精密性。
4.本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺解决了浸锌时锌层较厚而影响镀层与基底结合的问题，缩短了浸锌时间，优化了工艺流程。
5.本发明的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺解决了电镀过程中镀层表面易产生气泡而降低品质的问题，提高了成品率，提高了经济效益。
具体实施方式
本发明第一个方面提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其特征在于，所述电镀预处理工艺的步骤包括除油、蚀刻、沉锌、脱锌、化学镀镍、电镀铜。
所述除油的工艺步骤为去油、水洗、吹干，所述去油需要去油液，所述去油液的制备原料包括表面活性剂、消泡剂、碳酸盐；所述水洗需要去离子水；优选的，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份3：1复配。
所述消泡剂为二甲基硅油；优选的，二甲基硅油浓度为0.5-2g/L。
所述碳酸盐为碳酸钠；优选的，碳酸钠浓度为15-40g/L。
去油时间为5-15min，去油温度为50-70℃，水洗时间为5-15min，水洗温度为40-60℃，吹干时间为3-5min；优选的，去油时间为10min，去油温度为60℃，水洗时间为10min，水洗温度为45℃，吹干时间为4min。
所述蚀刻的工艺步骤为碱蚀刻和酸蚀刻；优选的，所述碱蚀刻的制备原料为氢氧化钠水溶液，浓度为55g/L，碱蚀刻时间为30s；所述酸蚀刻的制备原料为氢氟酸，浓度为270mL/L，酸蚀刻时间为2min。
所述沉锌的工艺原料为碱溶液、锌源、去膜剂；优选的，所述沉锌的工艺原料碱溶液为氢氧化钠110g/L，锌源为氧化锌12g/L，去膜剂为亚硫酸铵7g/L。
所述脱锌的工艺原料为硝酸，优选的，硝酸浓度为40g/L。
所述化学镀镍的工艺原料包括镍源、无机盐、酸溶液；优选的，所述化学镀镍的工艺原料镍源为硫酸镍45g/L，无机盐为次亚磷酸钠13g/L，酸溶液为硼酸12g/L。
所述电镀铜的工艺原料包括铜源、次磷酸盐、络合剂、稳定剂、表面活性剂；优选的，所述电镀铜的工艺原料铜源为硫酸铜200g/L、次磷酸盐为次磷酸钠12g/L、络合剂为酒石酸钾钠40g/L、稳定剂为邻菲罗啉80mg/L、表面活性剂为聚乙二醇80mg/L。
本发明第二个方面提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺的应用，其特征在于，将所述工艺应用于铝基材PCB线路板。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
十二烷基硫酸钠CAS#:151-21-3
吐温20CAS#:9005-64-5
二甲基硅油CAS#:9006-65-9
酒石酸钾钠CAS#:6381-59-5
次亚磷酸钠CAS#:10039-56-2
邻菲罗啉CAS#:5144-89-8
聚乙二醇CAS#:25322-68-3
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其特征在于，所述电镀预处理工艺的步骤包括除油、蚀刻、沉锌、脱锌、化学镀镍、电镀铜。
所述除油的工艺步骤为去油、水洗、吹干，所述去油需要去油液，所述去油液的制备原料包括十二烷基硫酸钠18g/L，吐温20浓度为6g/L，十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份3：1复配；二甲基硅油1g/L；碳酸钠15g/L，溶剂为水；所述水洗为去离子水；去油时间为10min，去油温度为60℃，水洗时间为10min，水洗温度为45℃，吹干时间为4min。
所述蚀刻的工艺步骤为碱蚀刻和酸蚀刻；所述碱蚀刻的制备原料为氢氧化钠水溶液55g/L，碱蚀刻时间为30s；所述酸蚀刻的制备原料为氢氟酸水溶液270mL/L，酸蚀刻时间为2min。
所述沉锌的工艺原料为氢氧化钠110g/L、氧化锌12g/L、去膜剂，溶剂为水；所述去膜剂为亚硫酸铵7g/L，沉锌的时间为1min，沉锌温度为40℃。
所述脱锌的工艺原料为硝酸水溶液40g/L，脱锌时间为1min，脱锌温度为40℃。
所述化学镀镍的工艺原料包括硫酸镍45g/L、次亚磷酸钠13g/L、硼酸12g/L，溶剂为水。
所述电镀铜的工艺原料包括硫酸铜200g/L、次磷酸钠12g/L、酒石酸钾钠40g/L、邻菲罗啉80mg/L、聚乙二醇80mg/L，溶剂为水。
实施例2
实施例2提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，去油液的制备原料无十二烷基硫酸钠。
实施例3
实施例3提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，去油液的制备原料中十二烷基硫酸钠6g/L，吐温20浓度为6g/L，十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份1：1复配。
实施例4
实施例4提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，去油液的制备原料中十二烷基硫酸钠60g/L，吐温20浓度为6g/L，十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份10：1复配。
实施例5
实施例5提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，沉锌的工艺原料中无去膜剂。
实施例6
实施例6提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，沉锌的工艺原料中去膜剂为4g/L。
实施例7
实施例7提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，沉锌的工艺原料中去膜剂为15g/L。
实施例8
实施例8提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，电镀铜的工艺原料中无邻菲罗啉。
实施例9
实施例9提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，电镀铜的工艺原料中邻菲罗啉为10g/L。
实施例10
实施例10提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，电镀铜的工艺原料中无聚乙二醇。
实施例11
实施例11提供了一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，电镀铜的工艺原料中聚乙二醇为10g/L。
性能测试
将实施例进行性能测试，结果见下表。
铜镀层结合力测试方法：将铝基材PCB线路板在280℃放置1h，取出后迅速置于0℃冰水中，反复15次，观察铜镀层表面变化。
铜镀层稳定性测试方法：将铝基材PCB线路板在阳光充足的室外环境放置168h，观察镀层表面变化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种铝基材PCB线路板电镀预处理工艺，其特征在于：所述电镀预处理工艺的步骤包括除油、蚀刻、沉锌、脱锌、化学镀镍、电镀铜；
所述除油的工艺步骤为去油、水洗、吹干，所述去油需要去油液，所述去油液的制备原料包括十二烷基硫酸钠18g/L，吐温20浓度为6g/L，十二烷基硫酸钠和吐温20按照重量份3：1复配；二甲基硅油1g/L；碳酸钠15g/L，溶剂为水；所述水洗为去离子水；去油时间为10min，去油温度为60℃，水洗时间为10min，水洗温度为45℃，吹干时间为4min；
所述蚀刻的工艺步骤为碱蚀刻和酸蚀刻；所述碱蚀刻的制备原料为氢氧化钠水溶液55g/L，碱蚀刻时间为30s；所述酸蚀刻的制备原料为氢氟酸水溶液270mL/L，酸蚀刻时间为2min；
所述沉锌的工艺原料为氢氧化钠110g/L、氧化锌12g/L、去膜剂，溶剂为水；所述去膜剂为亚硫酸铵7g/L，沉锌的时间为1min，沉锌温度为40℃；
所述脱锌的工艺原料为硝酸水溶液40g/L，脱锌时间为1min，脱锌温度为40℃；
所述化学镀镍的工艺原料包括硫酸镍45g/L、次亚磷酸钠13g/L、硼酸12g/L，溶剂为水；
所述电镀铜的工艺原料包括硫酸铜200g/L、次磷酸钠12g/L、酒石酸钾钠40g/L、邻菲罗啉80mg/L、聚乙二醇80mg/L，溶剂为水。
2.一种根据权利要求1所述的铝基材PCB线路板电镀预处理工艺的应用，其特征在于：将所述工艺应用于铝基材PCB线路板。
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