技术领域
[0001] 本
发明涉及一种化学镀铜液,本发明还涉及一种化学镀铜方法。
背景技术
[0002] 自20世纪40年代Brenner和Ridlell首先开发出化学镀铜技术以来,经过半个世纪的努
力,这种技术已在国民经济的各个领域得到了应用。化学镀铜在化学镀中占有十分重要的地位,目前已广泛应用于非金属
电镀的底层、印制板的孔
金属化和
电子仪器的
电磁屏蔽层等各个方面。
[0003] 自化学镀铜技术诞生以来,科学工作者不断地探索其异相表面催化沉积的动力学过程;提出了各种化学沉积的机理、假说,试图对化学镀铜的实验事实作出合理解释,增加对化学镀铜现象的本质的认识。目前,大多数商品化的化学镀铜溶液采用甲
醛作为还原剂,反应过程中存在两个基本化学反应,即:
[0004] Cu2++2e→Cu
[0005] 2HCHO+4OH-→H2↑+2H2O+2HCOO-+2e。
[0006] 化学镀铜的总反应式可表示为:
[0007] Cu2++2HCHO+4OH-→Cu+H2↑+2H2O+2HCOO-。
[0008] 该反应式只表示反应物与最终的反应产物的关系,实际反应过程要复杂得多,可能分为二步或多步进行,可能有一价铜盐作为反应的中间产物形成,目前还不了解反应的确切过程。一般认为,化学镀铜反应历程是通过两个连贯的反应而发生的,即电子在
阳极部分反应中释放,在
阴极部分反应中消耗。
[0009] 化学镀铜是自催化反应,结晶生长较难控制,铜层边缘容易横向生长,产生溢镀现象。并且,铜层越厚,越容易产生溢镀。化学镀铜常用于天线制作和电磁屏蔽,对于天线制作来说,溢镀不仅会导致天线
频率迁移,还可能使两条本来分开的相邻
电路连接在一起,改变电路的原有设计,改变天线频率。溢镀的铜层边缘在后续处理过程中,需要除去,这样不仅会造成极大的浪费,而且使加工工序复杂化。目前,化学镀铜功能件都要求镀铜厚度达12微米以上,现有的化学镀铜技术很难达到控制溢镀的要求。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于克服现有的化学镀铜过程中容易产生溢镀现象的技术问题,提供一种化学镀铜液和一种化学镀铜方法,采用该化学镀铜液进行化学镀铜,能有效地缓解溢镀现象。
[0011] 本发明的
发明人在研究过程中发现,在化学镀铜液中引入2-巯基苯并噻唑和C8-C14的烷基硫醇,能有效地缓解溢镀现象。在此
基础上完成了本发明。
[0012] 本发明提供了一种化学镀铜液,该化学镀铜液含有铜盐、还原剂、络合剂、pH值调节剂、可选的稳定剂以及可选的
表面活性剂,其中,所述化学镀铜液含有2-巯基苯并噻唑和R1-SH,其中,R1为C8-C14的烷基。
[0013] 本发明还提供了一种化学镀铜方法,该方法包括将待镀件置于化学镀铜液中进行化学镀,其中,所述化学镀铜液为本发明提供的化学镀铜液。
[0014] 采用本发明提供的化学镀铜液进行化学镀铜,能有效地缓解溢镀现象,从而能够形成具有较高尺寸
精度的铜镀层。并且,采用本发明的化学镀铜液进行化学镀铜,仍然能够获得较高的镀覆速度,且形成的铜镀层对基材具有较高的
附着力。因此,本发明的化学镀铜液特别适合用于要求铜镀层具有较高厚度(例如12μm以上)和较高尺寸精度的场合,例如:电子产品的天线制作和电子仪器的电磁屏蔽。
具体实施方式
[0015] 根据本发明的化学镀铜液,该化学镀铜液含有2-巯基苯并噻唑和R1-SH,其中,R1为C8-C14的烷基,如八烷基、九烷基、十烷基、十一烷基、十二烷基、十三烷基和十四烷基。优选地,R1-SH为十二烷基硫醇、八烷基硫醇和十四烷基硫醇中的一种或两种以上。更优选地,R1-SH为十二烷基硫醇。
[0016] 根据本发明的化学镀铜液,尽管只要含有2-巯基苯并噻唑和R1-SH即可抑制溢镀,但是从更为有效地降低溢镀程度的
角度出发,该化学镀铜液中,2-巯基苯并噻唑的含量优选为0.001-0.05g/L,更优选为0.002-0.01g/L;R1-SH的含量优选为0.001-0.02g/L,更优选为0.002-0.01g/L,进一步优选为0.002-0.005g/L。
[0017] 从进一步降低溢镀程度的角度出发,2-巯基苯并噻唑与R1-SH的重量比为1:0.1-1,优选为1:0.3-0.8,更优选为1:0.4-0.5。
[0018] 根据本发明的化学镀铜液,还含有铜盐、还原剂、络合剂、pH值调节剂、可选的稳定剂和可选的表面活性剂。本发明中,“可选的”表示非必要,可以理解为含有或不含有。
[0019] 所述铜盐用于为化学镀铜过程提供二价铜离子,可以为化学镀铜领域的常规选择。具体地,所述铜盐可以为
硫酸铜、氯化铜和
硝酸铜中的一种或两种以上。本发明对于所述铜盐的含量没有特别限定,可以为常规选择。一般地,所述化学镀铜液中,所述铜盐的含量可以为8-20g/L,优选为10-15g/L。
[0020] 所述还原剂用于将化学镀铜液中的二价铜离子还原成为金属铜,可以为常规选择。具体地,所述还原剂可以为甲醛、次
亚磷酸钠、
氨基
硼烷和
水合肼中的一种或两种以上。优选地,所述还原剂为甲醛。所述化学镀铜液中还原剂的含量没有特别限定,可以为常规选择。一般地,所述化学镀铜液中,所述还原剂的含量可以为1-5g/L,优选为2.5-4g/L。
[0021] 所述络合剂用于与化学镀铜液中的二价铜离子形成络合物,避免铜离子在
碱性环境下形成氢
氧化铜沉淀,也防止铜直接与还原剂反应,导致镀液失效。此外,络合剂还可以对化学镀的速度进行调节。所述络合剂可以为化学镀铜领域中常用的络合剂。具体地,所述络合剂可以为三
乙醇胺、
柠檬酸、
水溶性柠檬酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐)、乙二胺、
酒石酸、水溶性酒石酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐)、苹果酸、水溶性苹果酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐)、
乙二胺四乙酸和水溶性乙二胺四乙酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐)中的一种或两种以上。
[0022] 所述络合剂的用量可以为常规选择。一般地,所述化学镀铜液中,所述络合剂的含量可以为25-65g/L,优选为35-60g/L。
[0023] 优选地,所述络合剂含有乙二胺四乙酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,优选为乙二胺四乙酸二钠)和三乙醇胺。即,所述化学镀铜液优选含有乙二胺四乙酸盐和三乙醇胺,这样能够进一步降低溢镀程度。更优选地,所述化学镀铜液中,乙二胺四乙酸盐和三乙醇胺的重量比为1:0.1-2。更优选地,所述化学镀铜液中,乙二胺四乙酸盐和三乙醇胺的重量比为1:0.4-1.5。进一步优选地,所述化学镀铜液中,乙二胺四乙酸盐和三乙醇胺的重量比为1:0.6-0.8。
[0024] 所述pH值调节剂可以为常见的用于调节化学镀铜液的pH值的酸碱性物质。具体地,所述pH值调节剂为
碳酸钠、氢氧化钠和硼酸中的一种或两种以上。所述pH值调节剂在化学镀铜液中的含量以能将镀液的pH值调节为满足要求为准。一般地,所述化学镀铜液中pH值调节剂的含量使得镀液的pH值为11-13,优选为12-13,更优选为12.5-13。
[0025] 根据本发明的化学镀铜液,根据需要还可以含有表面活性剂。所述表面活性剂能进一步提高形成的镀层的
质量,并且在还原剂为例如甲醛的易挥发性物质时,还能起到减缓还原剂挥发的作用。所述表面活性剂可以为常规选择。具体地,所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,优选为十二烷基苯磺酸钠)、十二烷基
硫酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,优选为十二烷基硫酸钠)、正辛基硫酸盐(如碱金属盐、碱土金属盐或铵盐,优选为正辛基硫酸钠)和聚氧化乙烯型表面活性剂中的一种或两种以上。
[0026] 所述化学镀铜液中表面活性剂的含量可以为常规含量。一般地,所述化学镀铜液中,所述表面活性剂的含量可以为0.001-0.01g/L。
[0027] 优选地,所述表面活性剂含有十二烷基硫酸盐(即,所述化学镀铜液含有十二烷基硫酸盐),此时不仅能够起到提高镀层质量并抑制还原剂挥发的作用,还能进一步降低溢镀程度。
[0028] 根据本发明的化学镀铜液还可以含有稳定剂,以进一步提高镀液的
稳定性。所述稳定剂具体可以为亚
铁氰化
钾、巯基丁二酸、二硫代二丁二酸、硫脲、联吡啶和二巯基二乙酸中的一种或两种以上。所述稳定剂的用量可以为常规选择。一般地,所述化学镀铜液中,所述稳定剂的含量可以为0.001-0.1g/L,优选为0.005-0.1g/L,更优选为0.01-0.08g/L。
[0029] 优选地,所述稳定剂为亚铁氰化钾和联吡啶(即,所述化学镀铜液含有亚铁氰化钾和联吡啶),这样能够进一步降低溢镀程度。更优选地,所述化学镀铜液中,亚铁氰化钾与联吡啶的重量比为1:0.1-1。进一步优选地,所述化学镀铜液中,亚铁氰化钾与联吡啶的重量比为1:0.2-0.5。
[0030] 本发明的化学镀铜液可以通过将镀铜液中的各组分按预定量溶解于水中而得到。
[0031] 采用本发明的化学镀铜液进行化学镀铜,能够有效地缓解溢镀现象。
[0032] 由此,本发明还提供了一种化学镀铜方法,该方法包括将待镀件置于化学镀铜液中进行化学镀,其中,所述化学镀铜液为本发明提供的化学镀铜液。
[0033] 本发明对于化学镀铜的具体条件没有特别限定,可以在常规化学镀铜条件下进行。一般地,化学镀铜液的
温度可以为50-60℃。采用本发明的方法进行化学镀铜,即使形成厚度为12μm以上的铜镀层,也能有效地缓解溢镀程度。同时,采用本发明的方法进行化学镀铜,镀覆速度快,形成的镀层对基材的附着力高。本发明的方法特别适用于铜镀层厚度为12-25μm并且对铜镀层的尺寸精度具有较高要求的场合。
[0034] 在将待镀件置于化学镀铜液之前,可以采用常规方法进行表面清洁、粗化和活化。所述清洁、粗化和活化的方法为本领域所公知,本文不再详述。
[0035] 本发明的化学镀铜方法可以用于对各种类型的待镀件进行化学镀,例如材质为
聚合物的待镀件。
[0036] 以下结合
实施例详细说明本发明,但不因此限制本发明的目的。
[0037] 以下实施例和对比例中,采用以下方法测定最终得到的镀件边缘的溢镀程度。
[0038] 采用ABS+PC板(长50mm×宽25mm×厚3mm)作为基材,其中,ABS+PC板中部的材质为ABS(长30mm×宽15mm),四周的材质为PC。将ABS+PC板除油和粗化后,采用离子钯活化液对基材进行活化,这样只有ABS区域被活化,在化学镀过程中,仅能在ABS区域形成铜镀层。化学镀完成后,用尺寸测量仪测定铜镀层在长度和宽度方向上的尺寸,将该尺寸与ABS区域最初尺寸之间的差值与2的比值作为溢镀程度,其中,沿长度方向和宽度方向等间距各取5个
位置进行测量,得到10个作为溢镀程度的数值,取10个数值中的最大值和最小值形成一个范围作为该实施例的溢镀程度。
[0039] 以下实施例和对比例中,采用百格刀法测定在基材表面形成的金属层的附着力。具体测试方法为:用百格刀在待测样品表面划10×10个1mm×1mm的小网格,每一条划线深及金属层的最底层,用毛刷将测试区域的碎片刷干净后,用
胶带(3M600号胶纸)粘住被测试的小网格,用手抓住胶带一端,在垂直方向迅速扯下胶纸,在同一位置进行2次相同测试,按照以下标准确定附着力等级:
[0040] ISO等级0:划线边缘光滑,在划线的边缘及交叉点处均无油漆脱落;
[0041] ISO等级1:在划线的交叉点处有小片的油漆脱落,且脱落总面积小于5%;
[0042] ISO等级2:在划线的边缘及交叉点处有小片的油漆脱落,且脱落总面积在5-15%之间;
[0043] ISO等级3:在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落,且脱落总面积在15-35%之间;
[0044] ISO等级4:在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落,且脱落总面积在35-65%之间;
[0045] ISO等级5:在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落,且脱落总面积大于65%。
[0046] 实施例1-18用于说明本发明。
[0047] 实施例1
[0048] (1)按表1中的组成,将各组分溶解于水中,从而得到本发明的化学镀铜液(pH值为12.8)。
[0049] 表1
[0050]五水合硫酸铜 15g/L 乙二胺四乙酸二钠 32g/L
三乙醇胺 25g/L 2-巯基苯并噻唑 0.01g/L
氢氧化钠 15g/L 甲醛 4g/L
亚铁氰化钾 0.05g/L 联吡啶 0.01g/L
十二烷基硫酸钠 0.01g/L 十二烷基硫醇 0.005g/L
[0051] (2)将经除油、粗化和活化的ABS+PC板置于步骤(1)配制的化学镀铜液中,进行化学镀铜,以在ABS区域表面形成厚度为15μm的铜镀层。其中,镀液温度维持在50-60℃之间。镀覆完成后,将镀件取出,并冲洗干净,测定溢镀程度、镀覆速度以及形成的镀层的附着力,结果在表2中列出。
[0052] 对比例1
[0053] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液中不含有2-巯基苯并噻唑和十二烷基硫醇。实验结果在表2中列出。
[0054] 对比例2
[0055] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液中不含有2-巯基苯并噻唑。实验结果在表2中列出。
[0056] 对比例3
[0057] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液中不含有十二烷基硫醇。实验结果在表2中列出。
[0058] 对比例4
[0059] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,十二烷基硫醇用等量的无水亚硫酸钠代替。实验结果在表2中列出。
[0060] 对比例5
[0061] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,十二烷基硫醇用等量的聚乙二醇1000代替。实验结果在表2中列出。
[0062] 对比例6
[0063] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,2-巯基苯并噻唑用等量的苯并三氮唑代替。实验结果在表2中列出。
[0064] 实施例2
[0065] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,2-巯基苯并噻唑的含量为0.002g/L,十二烷基硫醇的含量为0.002g/L。实验结果在表2中列出。
[0066] 实施例3
[0067] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,三乙醇胺用等量的酒石酸钾钠代替,乙二胺四乙酸二钠用等量的柠檬酸钠代替。实验结果在表2中列出。
[0068] 实施例4
[0069] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,三乙醇胺用等量的酒石酸钾钠代替。实验结果在表2中列出。
[0070] 实施例5
[0071] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,乙二胺四乙酸二钠用等量的柠檬酸钠代替。实验结果在表2中列出。
[0072] 实施例6
[0073] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,乙二胺四乙酸二钠的用量为20g/L,三乙醇胺的用量为30g/L。实验结果在表2中列出。
[0074] 实施例7
[0075] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,十二烷基硫酸钠用等量OP-10代替。实验结果在表2中列出。
[0076] 实施例8
[0077] 采用与实施例1相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,步骤(1)中,用二水合氯化铜代替五水合硫酸铜,且二水合氯化铜的含量为12g/L。实验结果在表2中列出。
[0078] 表2
[0079]溢镀程度(μm) 镀覆速度(μm/h) 附着力
实施例1 1-10 4.5 0级
对比例1 50-100 3 1级
对比例2 40-80 4 1级
对比例3 35-90 4 1级
对比例4 45-100 4 1级
对比例5 45-100 4 1级
对比例6 40-80 5 1级
实施例2 5-20 4.5 1级
实施例3 10-30 4 1级
实施例4 15-25 4 1级
实施例5 12-25 4 1级
实施例6 8-22 4 1级
实施例7 3-15 4 1级
实施例8 1-10 4.5 1级
[0080] 实施例9
[0081] (1)按表3中的组成,将各组分溶解于水中,从而得到本发明的化学镀铜液(pH值为12.5)。
[0082] 表3
[0083]五水合硫酸铜 10g/L 乙二胺四乙酸二钠 25g/L
三乙醇胺 15g/L 2-巯基苯并噻唑 0.005g/L
氢氧化钠 14g/L 甲醛 3g/L
亚铁氰化钾 0.01g/L 联吡啶 0.005g/L
十二烷基硫酸钠 0.003g/L 十二烷基硫醇 0.002g/L
[0084] (2)将经除油、粗化和活化的ABS+PC板置于步骤(1)配制的化学镀铜液中,进行化学镀铜,以在ABS区域表面形成厚度为15μm的铜镀层。其中,镀液温度维持在50-60℃之间。镀覆完成后,将镀件取出,并冲洗干净,测定溢镀程度、镀覆速度以及形成的镀层的附着力,结果在表4中列出。
[0085] 实施例10
[0086] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,2-巯基苯并噻唑的含量为0.006g/L,十二烷基硫醇的含量为0.002g/L。实验结果在表4中列出。
[0087] 实施例11
[0088] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,乙二胺四乙酸二钠的含量为37g/L,三乙醇胺的含量为15g/L。实验结果在表4中列出。
[0089] 实施例12
[0090] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,十二烷基硫醇用等量的十四烷基硫醇代替。实验结果在表4中列出。
[0091] 实施例13
[0092] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,十二烷基硫醇用等量的八烷基硫醇代替。实验结果在表4中列出。
[0093] 实施例14
[0094] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液不含亚铁氰化钾。实验结果在表4中列出。
[0095] 实施例15
[0096] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液不含有联吡啶。实验结果在表4中列出。
[0097] 实施例16
[0098] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液不含有亚铁氰化钾和联吡啶。实验结果在表4中列出。
[0099] 实施例17
[0100] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀铜液中不含有十二烷基硫酸钠。实验结果在表4中列出。
[0101] 实施例18
[0102] 采用与实施例9相同的方法配制化学镀铜液并进行化学镀铜,不同的是,化学镀