化學鍍銅技術

   時間:2014-03-07 13:33:46
化學鍍銅技術簡介
化學鍍銅主要用於非導體材料的金屬化處理,除應用於塑料製品外,還大量地用於電子工業的印製電路板。電子計?機用的多層印製電路板對層間電路的連接孔金屬化有很高的要求,化學鍍銅能很好地解決這些問題……
化學鍍銅技術正文

化學鍍銅主要用於非導體材料的金屬化處理,除應用於塑料製品外,還大量地用於電子工業的印製電路板。電子計?機用的多層印製電路板對層間電路的連接孔金屬化有很高的要求,化學鍍銅能很好地解決這些問題。  
化學鍍銅通常以甲醛作還原劑,是一種自催化還原反應,可獲得需要厚度的銅層。它的還原反應可以下式表示: Cu2++2HCHO+4OH- ---> Cu+H2+2H2O+2HCOO-  
實際上,還原反應比上式複雜,有一價銅鹽作為中間產物生成。不穩定的一價銅鹽自身會氧化還原成金屬銅粉末,2Cu+--->Cu+Cu2+,引起溶液的自然分解。另外,一價銅鹽在鍍液中的溶解度很低,容易以氧化亞銅的形式與金屬銅共沉積,使鍍層的物理性能如機械強度、導電性等惡化。為解決這些問題,改善鍍層質量,延長鍍液壽命,南京清竹科技提出一些高速穩定的化學鍍銅新工藝,溶液使用壽命已由幾個小時提高到可以連續使用幾個月以上,溶液的控制調整也逐步實現了自動化。

化學鍍銅溶液的組成及工藝條件 
化學鍍銅溶液的種類很多。按鍍銅層的厚度分為鍍薄銅溶液和鍍厚銅溶液;按絡合劑種類可分為酒石酸鹽型、EDTA二鈉鹽型和混合絡合劑型等;按所用還原劑分為甲醛、肼、次磷酸鹽、硼氫化物等溶液;而根據溶液的用途,又可分為塑料金屬化、印製電路板孔金屬化等溶液。
化學鍍銅層很薄(0.1~0.5μm),外觀呈粉紅色,較柔軟,延展性好,導熱、導電性強,一般不作為裝飾性或防護鍍層,通常用作非金屬、印製電路板孔金屬化的導電層,隨後進行電鍍,加厚鍍層。最近幾年發展的高穩定化學鍍銅溶液,鍍層厚度可達幾十微米,因此,可用作“加成法”製造印製電路板,以及印製電路板的通孔直接金屬化,簡化了印製電路板孔金屬化的製作工藝。 
<1>化學鍍銅溶液的組成

硫酸銅   16克/升

酒石酸鉀鈉   10克/升

EDTA二鈉鹽   15克/升

甲醛   15毫升/升

氫氧化鈉   13克/升

HA添加劑   10毫升/升

HA改善劑   10毫升/升  

PH   12~12.5

溫度   25~40℃

化學鍍銅溶液中各組分的作用和影響
<1>銅鹽
銅鹽是溶液中的主鹽,提供二價銅離子,一般都用硫酸銅,它的含量對沉積速度有一定的影響。當溶液的pH值控制在工藝範圍內時,提高溶液中的銅含量,沉積速度有所增加,但溶液自然分解的傾向也隨之增大。在不含穩定劑的溶液中,宜採用低濃度的鍍液;在含有穩定劑的溶液中,銅離子濃度可適當高一些。
  銅鹽濃度對鍍層質量的影響較小,因此,它的含量允許在較寬的範圍內變化。 
<2>絡合劑
絡合劑
的作用是使銅離子在溶液中呈絡合狀態,避免在鹼性條件下呈Cu(OH)2沉澱析出。
在溶液中加入合適的絡合劑,不但能提高溶液的穩定性,也有利於提高沉積速度,改善鍍銅層的性能。
化學鍍銅用的絡合劑種類很多,如乙二胺四乙酸二鈉、氨三乙酸鈉、酒石酸鉀鈉、檸檬酸鈉和氨二乙酸鈉等。
目前,應用較廣泛的絡合劑有EDTA鈉鹽和酒石酸鉀鈉兩種。

<3>氫氧化鈉
氫氧化鈉的作用是提供鹼性條件,調節溶液的pH值,保持溶液的穩定性,使甲醛氧化釋放的電子去還原銅離子成金屬銅。在其他組分濃度不變時,增加氫氧化鈉含量,沉積速度略有提高。但當增加至一定含量后,銅的沉積速度變化不大,而溶液易於分解。當氫氧化鈉含量低時,沉積速度慢,甚至停止沉積。
如化學鍍銅溶液暫停使用一段時間,為避免溶液自然分解,可用硫酸把pH值調低至10以下,以降低甲醛的還原作用,使反應停止進行。溶液重新使用時,再用氫氧化鈉溶液調整pH值至工藝要求值。
<4>還原劑甲醛是最常用的還原劑,它必須在pH值大於11的鹼性條件下,才具有還原作用。在不同pH值的條件下,甲醛的反應形式亦不同,例如:
①在中性或酸性條件下:
HCHO+H2O=HCOOH+2H++2e
②在pH值>11的鹼性條件下:
2HCHO+4OH-=2HCOO-+H2+2H2O+2e
甲醛的還原作用與溶液的pH值有密切的關係。溶液的pH值越高,則甲醛的還原作用越強,銅的沉積速度也越高,但同時也增大了溶液自然分解傾向。甲醛含量和合適的pH值範圍,視不同的配方而定。
當pH值=10~10.5時,鍍件表面發生催化反應。
當pH值=11~11.5,甲醛濃度為2mol/L時,在活化過的非導體表面上能產生觸發反應。
當pH值=12~12.5,甲醛濃度為0.1~0.5mol/L時,在活化過的非導體表面也能產生觸發反應。
<5>HA化學鍍銅添加劑
化學鍍銅過程中,除銅離子在催化表面上被甲醛還原成金屬銅外,還有其他副反應,如:
2Cu2++HCHO+5OH- ---> Cu2O+HCOO-+3H2O
生成的Cu20還能被甲醛還原:
 Cu2O+2HCHO+2OH- ---> 2Cu+H2+2HCOO-+H2O
暗紅色的氧化亞銅以極細的微粒分散在溶液中,幾乎呈膠體狀態,極難用過濾的方法除去,若與銅共沉積,將使銅層疏鬆粗糙,與基體結合力極差。而當部分Cu2O被甲醛還原成金屬銅微粒時,這種銅微粒又成為自催化中心,使溶液自然分解。為抑制Cu2O的生成,可在鍍液中加入HA化學鍍銅添加劑與化學鍍銅改善劑,對抑制副反應及改善化學銅層性能和穩定溶液具有良好的效果。這些添加劑的添加量一般都很低,用量過多會使沉積速度顯著減慢,甚至停止反應。
 

 

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