PCB基板鍍銅添加劑配方與工藝研究.pdf

1、化學(xué)鍍銅最重要的工業(yè)應(yīng)用是印刷電路制造過(guò)程中的通孔金屬化工序(PHT Process)。其中，利用甲醛做還原劑進(jìn)行化學(xué)鍍銅，具有鍍層致密平整，鍍液配制成本較低。但是甲醛是致癌物質(zhì)，以甲醛為還原劑的化學(xué)鍍銅工藝中，沉銅步驟工作溫度一般為40-50°C，大量甲醛的揮發(fā)嚴(yán)重影響操作人員的健康和污染環(huán)境，含甲醛的鍍液還存在穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)，所以鍍銅液中甲醛的替代勢(shì)在必行。
　　光亮硫酸鹽電鍍銅由于具有低成本、全光亮的優(yōu)點(diǎn)，所以在 PCB孔

2、金屬化、集成元件的互聯(lián)被廣泛應(yīng)用。我國(guó)目前自行開發(fā)的PCB（印刷線路板）電鍍添加劑普遍存在整平性較差、漏鍍現(xiàn)象嚴(yán)重。本課題組曾對(duì) PCB鍍銅做過(guò)大量研究，但存在配制的鍍液不穩(wěn)定以及電鍍整平性有待于提高等不足。
　　到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有二嗪黑（DB）作為整平劑的詳細(xì)研究報(bào)道，因此，在本倫文中，我們對(duì)DB作為PCB基板電鍍銅整平劑的性能包括其在在添加劑中的電化學(xué)相互作用、沉積銅的表面形貌進(jìn)行了考察。我們還利用H2O2和H2SO4組成

3、的蝕刻劑，考察了DB添加劑對(duì)電鍍銅膜的蝕刻速率的影響。
　　實(shí)驗(yàn)分別以甲醛和次磷酸鈉為還原劑，考察了不同絡(luò)合劑和添加劑對(duì) PCB基板化學(xué)鍍銅的性能，研究結(jié)果表明，在以EDTA為主絡(luò)合劑、甘油為輔助絡(luò)合劑的化學(xué)鍍銅基礎(chǔ)溶液配方里分別添加一定量2-巰基苯并噻唑、鎳氰化鉀、聚乙二醇（分子量6000）、聚甲醛和硫脲，鍍液的穩(wěn)定性、銅的沉積速度、鍍層質(zhì)量和外觀得到了明顯改善，配制的化學(xué)鍍銅液室溫放置3個(gè)月沒(méi)有出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，使用效果與剛配制的

4、添加劑相當(dāng)。電化學(xué)分析結(jié)果可以看出，用次磷酸鈉做還原劑，在有沒(méi)有K4Ni(CN)6存在下加入添加劑（含二巰基苯并噻唑，聚乙二醇6000，聚甲醛，硫脲），銅離子的還原電流降低。這些現(xiàn)象表明添加劑能夠提高銅離子還原或析氫的過(guò)電位。加入K4Ni(CN)6后陰極電流密度變得更低，銅離子更加難于還原，沉銅速率降低。從K4Ni(CN)6.離解出來(lái)Ni2+除了對(duì)次磷酸鈉還原銅離子發(fā)生沉銅過(guò)程具有催化作用外，同時(shí)能夠促進(jìn)添加劑與銅電極的反應(yīng)，調(diào)節(jié)銅的沉

5、積速率。添加劑的加入，由于吸附在銅電極表面，降低了次磷酸鈉的氧化電流，同時(shí)也降低了銅離子的還原電流，降低了電子傳遞速率和銅的成核速率，使次磷酸鈉更加難于還原銅離子，結(jié)果引起沉銅速率降低，晶粒變得細(xì)密，明顯地改善了化學(xué)銅沉積層的表面光潔度和顏色。
　　本課題系統(tǒng)研究了不同酸性鍍銅添加劑對(duì)PCB基板的鍍銅效果,并與美國(guó)UBAC酸銅添加劑的陰極極化曲線、鍍液的深鍍能力、均鍍能力、耐溫工作范圍等作了對(duì)比。研究得出的M-N微染料型酸銅光亮劑

6、耐溫可達(dá)40℃,鍍液深度能力和整平性得到加強(qiáng)；研究得到的DB染料型添加劑其深鍍能力、均鍍能力與UBAC接近。肉眼觀察和掃描電鏡圖像表明，DB染料型添加劑與UBAC鍍層外觀和致密性相近。電化學(xué)分析表明，DB染料添加劑的陰極極化曲線與UBAC添加劑曲線形狀相似；陽(yáng)極循環(huán)掃描伏安曲線表明，DB的添加，使銅氧化變成一價(jià)銅離子受到抑制，從而表現(xiàn)出良好的整平能力和深鍍能力，得到的鍍層光滑平整，孔內(nèi)涂覆均勻，無(wú)漏鍍。用本實(shí)驗(yàn)所得添加劑對(duì)PCB基板電鍍

7、銅再用硫酸和過(guò)氧化氫配制的蝕刻劑進(jìn)行蝕刻，蝕刻速率較快，沒(méi)有發(fā)生漏蝕和明顯的側(cè)蝕。所配制的三種電鍍添加劑穩(wěn)定性良好，室溫放置3個(gè)月沒(méi)有發(fā)生質(zhì)量變化，PCB基板化學(xué)鍍銅添加劑配方為：
　?。?）用甲醛做還原劑：2-巰基苯并噻唑1 mg/L，鎳氰化鉀2 mg/L，聚乙二醇（分子量6000）10 mg/L，聚甲醛0.2mg/L、硫脲0.1 mg/L。
　?。?）用次磷酸鈉做還原劑： K4Ni(CN)64.14×10-5 mol/L

8、， PEG60000.25×10-6 mol/L，2-巰基苯并噻唑（2-MBT）9×10-6 mol/L，多聚甲醛5.5×10-6 mol/L，硫脲2.77×10-6 mol/L。
　　實(shí)驗(yàn)所得PCB基板電鍍銅三種鍍銅光亮劑配方和鍍銅效果如下：
　?。?）M-N型添加劑配方為：CuSO4.5H2O120 g/L，硫酸160 g/L，NaCl100 mg/L，M0.5 mg/L. N0.3 mg/L，SP20 mg/L, GI

9、SS15 mg/L，MT-200200 mg/L，P-600060 mg/L， MDOS35-40mg/L，電流密度2 A/dm2，空氣攪拌，電鍍8 min，鍍層表面光亮度為1級(jí)，低電流區(qū)邊緣0.4 cm不光亮，耐溫40℃。
　?。?）H1-HP添加劑體系的適宜配方和赫爾槽試驗(yàn)條件及結(jié)果為：CuSO4.5H2O120 g/L，硫酸160 g/L，NaCl100 mg/L，H13 mg/L，HP15 mg/L， GISS15mg/L

10、，AESS15 mg/L，P-600065 mg/L，MT-200200 mg/L，MDOS15 mg/L，電流密度2 A/dm2，25℃-35℃，空氣攪拌，電鍍8 min，鍍層表面光亮度1級(jí)，銅鍍層離低電流區(qū)邊緣不光亮最大距離0.3 cm。
　?。?）DB（二嗪黑）添加劑體系的適宜配方和工藝條件為： CuSO4.5H2O120 g/L，硫酸160 g/L，NaCl100 mg/L，DB60mg/L，SP25 mg/L， P-60