CN116180170A - 一种挠性印制线路板通孔电镀铜液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种挠性印制线路板通孔电镀铜液，所述挠性印制线路板通孔电镀铜液包括溶剂、五水硫酸铜80g/L‑200/L、硫酸60g/L‑250g/L、氯离子40mg/L‑120mg/L、光亮剂0.1mg/L‑20mg/L、抑制剂100mg/L‑2000mg/L、整平剂0.1mg/L‑100mg/L；所述光亮剂为N,N‑二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)；所述抑制剂为环氧乙烷‑环氧丙烷(EO‑PO)嵌段共聚物；所述整平剂为咪唑啉季铵盐阳离子聚合物。本发明的电镀铜镀液可以使厚度为50μm、孔径为100μm的通孔TP值达到100％及以上，且孔内镀层厚度均匀，孔型较直。
Description
技术领域
本发明涉及挠性印制线路板领域，具体涉及一种挠性印制线路板通孔电镀铜液。
背景技术
挠性印制线路板((Flexible Printed Circuit Board)是以柔性绝缘材料为基材的电路板，又称为“FPC线路板”。挠性印制线路板按照板层数可分为单面FPC、双面FPC和多层FPC。挠性线路板常见的基材包括聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚酯亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)等绝缘材料。
PI挠性印制线路板是一种以聚酰亚胺(PI)为绝缘板基材的线路板，具有耐高温、柔韧性强、可靠性和抗氧化性高等优良性能。近年来，随着5G时代的发展，PI线路板广泛应用于电子通信设备、航天航空和国防工业等多个领域，日益受到用户的重视和看好，其产值在2017-2021年持续每年以平均4.49％的增速发展。PI线路板与刚性电路板相比，重量减少了约90％，空间节省约60-90％。PI挠性印制线路板通孔酸性镀铜是实现线路板层与层之间电气互连的重要方法之一。通孔铜镀层对线路板的整体可靠性影响较大，一般生产中要求孔铜厚度为10～20μm，而面板铜厚度越小则越有利于降低线路板体积大小和重量。镀铜添加剂的性能决定了镀层的质量和镀液的稳定性，添加剂的配方是实现得到表面平整光亮，厚度均匀镀层的核心技术。
目前市面上大部分通孔电镀产品主打应用对象为刚性板高厚径比通孔，极少产品针对应用于挠性线路板通孔电镀，挠性线路板比刚性线路板更轻薄，柔软性更大，更容易受到应力带来的影响。刚性高厚径比线路板添加剂并不能很好地满足挠性线路板的一些特定要求。市场上要求挠性印制线路板达到较高TP值的同时，孔内镀层厚度也要均匀，孔型较直，工件表面要维持光亮，并且镀层结晶细致紧密，无针孔麻点缺陷出现，符合挠性印制板的使用性能要求。目前市面上添加剂产品用于挠性印制线路板通孔电镀可实现TP值大于100％，然而得到的通孔孔内镀层厚度不均匀，形成“蝴蝶型”孔型，影响可靠性。
近年来，挠性线路板在PCB市场占有额越来越高，消费电子品也在面临新一轮的发展和挑战，挠性线路板的市场空间和用量被打开，开发挠性线路板通孔酸性镀铜配方迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于挠性线路板通孔电镀的硫酸铜镀液，旨在电镀直径100μm、板件厚度50μm的挠性线路板时，能够达到镀层光亮、孔口平整、TP值大于100％、孔型较直的外观，符合挠性板各项要求。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种电镀铜液，包括：溶剂、铜盐、硫酸、氯离子、光亮剂、抑制剂和整平剂；其中，溶剂为去离子水，铜盐为五水硫酸铜，各成分具体含量如下：
优选地，所述光亮剂选自醇硫基丙烷磺酸钠(HP)、3-巯基丙烷磺酸钠(MPS)、N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)中的一种。
更优选地，所述光亮剂为N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)，所述光亮剂添加量为1mg-10mg/L。
优选地，所述抑制剂选自聚(乙二醇-丙二醇)无规共聚物、聚(聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇)嵌段共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物中的一种或几种。
优选地，所述的抑制剂分子量为5000-20000。
更优选地，所述抑制剂为环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物，所述抑制剂添加量为500mg/L-1000mg/L。
优选地，所述整平剂选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、脂肪胺乙氧基磺化物、巯基咪唑丙磺酸钠、聚乙烯亚胺或其衍生物烷基盐、二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠、脂肪胺聚氧乙烯醚、季铵化聚乙烯咪唑阳离子聚合物、二乙烯三胺阳离子聚合物、咪唑啉季铵盐阳离子聚合物、咪唑啉季铵盐阳离子衍生物中的一种或几种。
更优选地，所述整平剂为咪唑啉季铵盐阳离子聚合物，整平剂添加量为1mg/L-20mg/L。
第二方面，本发明提供一种电镀铜液在PI挠性印制线路板通孔电镀中的应用，能够得到更平整光亮的镀层。
优选地，所述电镀铜液在挠性印制线路板通孔电镀时，电镀铜的工艺参数为：电流密度为1-5A/dm2，电镀温度为15-32℃，电镀时间为10-60分钟。
优选地，所述PI挠性印制线路板中通孔的尺寸为：直径100μm，板件厚度50μm。
优选地，所述电镀铜液的具体应用过程，包括以下步骤：
步骤1、将特定规格的挠性印制线路板固定在用于固定挠性板的框架上，确保电路板与导电框之间导电性良好；
步骤2、对进行过通孔线路板工件进行除油和水洗，以免除油剂残留在板面并带入后续步骤；
步骤3、对步骤2中处理后的板件进行预浸；
步骤4、对步骤3处理后的工件放置于权利要求1所配置的电镀铜液中进行电镀；
步骤5、对施镀后的工件清洗、烘干处理，然后进入下一个工序。
优选地，所述预浸液为浓度5-20g/L的硫酸。
本发明的有益效果为：
本发明的电镀铜镀液用于厚径比较高的PI挠性印制板通孔电镀，满足孔径为100μm，厚度为50μm通孔的金属化，TP值达到100％以上，且孔内电镀沉积铜层厚度均匀，无“蝴蝶形”现象出现。铜镀层结晶细致，表面光亮细致，符合挠性板各项要求。
本发明的添加剂有光亮剂、抑制剂和整平剂。所述光亮剂为N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)；所述抑制剂为环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物；所述整平剂为咪唑啉季铵盐阳离子聚合物。光亮剂与氯离子络合，吸附在镀件表面，细化结晶，使镀层表面光亮。抑制剂与氯离子、光亮剂形成络合物，根据电流密度大小相应吸附于阴极表面，形成一层厚的阻挡层抑制铜的析出。整平剂具有强正电性，通过电吸附的方式吸附在高电流密度区，抑制高电位铜析出，使工件表面镀层平整。
本发明所选用的整平剂具有独特性，为市场上不常用的种类，对比传统的健那绿整平剂，孔型不会出现“蝴蝶形”，镀层更平整。且咪唑啉季铵盐阳离子聚合物比脂肪胺乙氧基磺化物的深镀能力更强，TP值达到120％及以上，并且工件表面光亮镀层，结晶细致，孔口平整，符合挠性印制线路板各项使用要求。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为使用实施例1的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图2为使用实施例3的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图3为使用实施例4的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图4为使用实施例6的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图5为使用实施例7的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图6为使用对比例的镀液电镀挠性印制线路板通孔后的放大500倍金相显微镜横截面图；
图7为使用实施例3的镀液电镀挠性印制线路板通孔后放大380倍的扫描电镜表面形貌图；
图8为使用实施例3的镀液电镀挠性印制线路板通孔后放大1050倍的扫描电镜表面形貌图。
图9为使用对比例的镀液电镀挠性印制线路板通孔后放大1050倍的扫描电镜表面形貌图。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例的电镀液含量参数如表1所示：
表1电镀液成分含量
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为1.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为26分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9、图1所示。
实施例2
本实施例的电镀液含量参数如表2所示：
表2电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 100g/L |
| 硫酸 | 170g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 3mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(咪唑啉季铵盐阳离子聚合物) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9。
实施例3
本实施例的电镀液含量参数如表3所示：
表3电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 3mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(咪唑啉季铵盐阳离子聚合物) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9、图2所示。表面形貌如图7、图8所示。
实施例4
本实施例的电镀液含量参数如表4所示：
表4电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 6mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(咪唑啉季铵盐阳离子聚合物) | 5mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9、图3所示。
实施例5
本实例的电镀液含量参数如表5所示：
表5电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 3mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 250mg/L |
| 整平剂(咪唑啉季铵盐阳离子聚合物) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm。所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9。
实施例6
本实例的电镀液含量参数如表6所示：
表6电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 3mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(脂肪胺乙氧基磺化物) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9、图4所示。
实施例7
本实例的电镀液含量参数如表7所示：
表7电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 6mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(脂肪胺乙氧基磺化物) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本实施例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本实施例所得测试结果为表9、图5所示。
对比例
本对比例的电镀液含量参数如表8所示，整平剂使用的是健那绿(Janus green B染液)：
表8电镀液成分含量
| 成分 | 用量 |
| 五水硫酸铜 | 80g/L |
| 硫酸 | 200g/L |
| 氯离子 | 70mg/L |
| 光亮剂DPS | 3mg/L |
| 抑制剂(EO-PO嵌段共聚物) | 500mg/L |
| 整平剂(健那绿) | 10mg/L |
| 去离子水 | 余量 |
将一定大小的挠性印制线路板进行一系列前处理：除油、水洗和预浸后，在上述酸性镀液中进行电镀。本对比例是以黑孔化后挠性板工件作为负极，可溶性磷铜阳极作为阳极，所述待电镀挠性板上通孔规格为：直径100μm，板件厚度为50μm.所属电镀的电流密度为2.5A/dm2，电镀温度为25℃，电镀时间为15分钟，空气搅拌气流量为1l/min，本对比例所得测试结果为表9、图6所示。表面形貌如图9所示。
实验例
对实施例1～7以及对比例中得到的挠性印制电路板通孔电镀性能测试，结果如表9。
表9不同方法得到的挠性印制电路板通孔电镀性能
| 电镀实例 | TP值 | 表面情况 | 孔口情况 | 孔型 | 检测结果 |
| 实施例1 | 110％ | 光亮 | 平整 | 直型 | 合格 |
| 实施例2 | 123％ | 光亮 | 平整 | 直型 | 合格 |
| 实施例3 | 129％ | 光亮 | 平整 | 直型 | 合格 |
| 实施例4 | 122％ | 光亮 | 微凸 | 直型 | 合格 |
| 实施例5 | 117％ | 半光亮 | 平整 | 直型 | 合格 |
| 实施例6 | 118％ | 哑光 | 平整 | 直型 | 合格 |
| 实施例7 | 106％ | 光亮 | 微凸 | 直型 | 合格 |
| 对比例 | 139％ | 光亮 | 平整 | 蝴蝶型 | 不合格 |
从表9中能够看出：
(1)实施例1～实施例7，深镀能力(TP值)全部都可达到100％以上。
(2)对比实施例2、3、4、5与实施例6、7，可以看出整平剂为咪唑啉季铵盐阳离子聚合物比脂肪胺乙氧基磺化物的深镀能力更强，TP值达到120％及以上，并且工件表面光亮镀层，结晶细致，孔口平整，符合挠性印制线路板各项使用要求。
(3)对比实施例1与实施例3，可以看出电流密度适当增加有利于增强添加剂的选择性吸附，从而提高镀液深镀能力。
(4)对比实施例3与对比例，可以看出整平剂为健那绿时，镀液深镀能力有所提高，但是孔型为“蝴蝶型”。并且对比表面形貌放大图，选用对比例的镀液参数得到的镀层较疏松，针孔较多。
因此，能够证明以本发明的电镀铜液得到的挠性印制电路板通孔电镀具有更好的表现。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种电镀铜液，其特征在于，包括：溶剂、铜盐、硫酸、氯离子、光亮剂、抑制剂和整平剂；其中，溶剂为去离子水，铜盐为五水硫酸铜，各成分具体含量如下：
2.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述光亮剂选自醇硫基丙烷磺酸钠(HP)、3-巯基丙烷磺酸钠(MPS)、N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述光亮剂为N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)，所述光亮剂添加量为1mg-10mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述抑制剂选自聚(乙二醇-丙二醇)无规共聚物、聚(聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇)嵌段共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述的抑制剂分子量为5000-20000。
6.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述抑制剂为环氧乙烷-环氧丙烷(EO-PO)嵌段共聚物，所述抑制剂添加量为500mg/L-1000mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述整平剂选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、脂肪胺乙氧基磺化物、巯基咪唑丙磺酸钠、聚乙烯亚胺或其衍生物烷基盐、二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠、脂肪胺聚氧乙烯醚、季铵化聚乙烯咪唑阳离子聚合物、二乙烯三胺阳离子聚合物、咪唑啉季铵盐阳离子聚合物、咪唑啉季铵盐阳离子衍生物中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种电镀铜液，其特征在于，所述整平剂为咪唑啉季铵盐阳离子聚合物，所述整平剂添加量为1mg/L-20mg/L。
9.一种权利要求1-8任意之一所述的电镀铜液在PI挠性印制线路板通孔电镀中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种电镀铜液在挠性印制线路板通孔电镀中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将特定规格的挠性印制线路板固定在用于固定挠性板的框架上，确保电路板与导电框之间导电性良好；
步骤2、对进行过通孔线路板工件进行除油和水洗，以免除油剂残留在板面并带入后续步骤；
步骤3、对步骤2中处理后的板件进行预浸；
步骤4、对步骤3处理后的工件放置于权利要求1所配置的电镀铜液中进行电镀；
步骤5、对施镀后的工件清洗、烘干处理，然后进入下一个工序。
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