一种化学沉铜液的组成及其制备方法[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101580953A
[43]公开日2009年11月18日
[21]申请号200810067146.2[22]申请日2008.05.14
[21]申请号200810067146.2
[71]申请人深圳市迪凯鑫科技有限公司
地址518102广东省深圳市宝安区桃花源科技创
新园3号研发中心
[72]发明人晁旌宁 胡德洲 [51]Int.CI.C25D 3/38 (2006.01)
权利要求书 3 页 说明书 5 页
[54]发明名称
一种化学沉铜液的组成及其制备方法
[57]摘要
本发明提供一种化学沉铜液的组成及其制备方
法。

该化学沉铜液的组成包括硫酸铜、甲醛、EDTA、
柠檬酸钠、氢氧化钠、吡啶类物质、炔醇聚合物以
及聚乙二醇。

该化学沉铜液的制备包括四种沉铜原
液的制备以及按一定比例及顺序添加该四种原液，
从而得到该沉铜液。

该化学沉铜液溶液稳定，操作
简单，可获得优良的沉积层，尤其适于多层电路板
电镀。

200810067146.2权 利 要 求 书第1/3页 1、一种化学沉铜液，包括硫酸铜、甲醛、EDTA、柠檬酸钠、氢氧化钠、吡啶类物质、炔醇聚合物以及聚乙二醇，浓度如下：
硫酸铜 6.8～10.6g/L
甲醛 2.8～4.2g/L
EDTA与柠檬酸钠 42.0～48.5g/L
氢氧化钠 8.0～12.0g/L
吡啶类物质 1.2mg/L
炔醇聚合物 0.33g/L
聚乙二醇 32mg/L
2、一种化学沉铜液，包括四种沉铜原液：
原液A：含铜量30～47g/L，含甲醛量47～70g/L的浓溶液； 原液M：含游离子EDTA 18～20g/L的浓溶液；
原液B：含氢氧化钠250～260g/L的浓溶液；
原液C：含吡啶类物质4g/L的溶液。

3、根据权力要求2所述的化学沉铜液，其特征在于，所述沉铜液为所述四种沉铜原液的混合液，重量比如下：
去离子水 80％
原液M 10％
原液A 6％
原液B 4％
原液C 0.3ml/L
度为40～45℃。

5、根据权力要求2所述的化学沉铜液，其特征在于，所述沉铜液的负荷量为2～3.5dm2/升工作液。

6、一种化学沉铜液的制备方法，包括四种沉铜原液的制备： 原液A：将1L硫酸溶于35L纯水中，依次加入178～183k g硫酸铜、177～182kg甲醛、80～90kg柠檬酸钠和4.9～5.1L炔醇聚合物，循环过滤； 原液B：将265～275kg氢氧化钠与水以1∶1(重量比)溶解，冷却至室温，加入95～105kg EDTA，再加入798～802g聚乙二醇；
原液M：将19.5～21kg氢氧化钠与水以1∶1(重量比)溶解，依次加入168～172kg柠檬酸钠以及195～205kg EDTA；
原液C：将500L工业酒精以1∶1(体积比)溶于水中，加入4k g联吡啶。

7、根据权力要求6所述的化学沉铜液的制备方法，其特征在于，所述沉铜液的制备是将所述四种沉铜原液按下列份量添加：去离子水80L，原液M 10L，原液A 6L，原液B 4L，原液C 0.3ml/L。

8、根据权力要求6所述的化学沉铜液的制备方法，其特征在于，所述沉铜液的制备是将所述四种沉铜原液按下列顺序依次添加：在去离子水中，先加入原液M，然后加入原液A，再加入原液B，最后加入原液C。

9、根据权力要求6所述的化学沉铜液的制备方法，其特征在于，所述沉铜液在制备时的初始温度为36～42℃。

铜液在制备过程中，pH值为12.8～13。

200810067146.2说 明 书第1/5页
一种化学沉铜液的组成及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种化学沉铜液，尤其涉及一种用于多层电路板电镀的化学沉铜液。

背景技术
电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。

电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。

为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。

电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。

电镀能增强金属的抗腐蚀性、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性和表面美观。

在电路板制造技术中，最关键的就是沉铜工序。

它的主要作用是使双面和多层印制电路板的非金属孔通过氧化还原反应在孔壁上沉积一层均匀的导电层，再经过电镀加厚镀铜，达到回路的目的。

要达到此目的就必须选择性能稳定、可靠的化学沉铜液和制定正确的、可行的和有效的工艺程序。

发明内容
本发明提供了一种化学沉铜液，该化学沉铜液溶液稳定、操作简单，可获得优良的沉积层，尤其适于多层电路板电镀。

该化学沉铜液的组成包括硫酸铜、甲醛、EDTA、柠檬酸钠、氢氧化钠、吡啶类物质、炔醇聚合物以及聚乙二醇，主要组成成分的作用如下：
硫酸铜是溶液中的主盐，提供二价铜离子来源；
甲醛是还原剂；
EDTA与柠檬酸钠是络合剂，主要作用是使铜呈溶解的络合状态存在，防止二价铜离子在碱性介质中产生Cu(OH)2沉淀，同时还可以控制二价铜离子的浓度。

具有缓冲作用，以维持溶液的pH值。

氢氧化钠使溶液保持一定的pH值，因为甲醛在碱性条件下，才具有还原作用。

吡啶类物质、炔醇聚合物以及聚乙二醇是稳定剂，具有使沉铜液稳定和改善铜层性能，防止产生副反应。

该化学沉铜液由四种沉铜原液组成，使用前将四种沉铜原液按一定的比例及顺序混合制备沉铜液。

该方法操作简单，使用方便。

沉铜液稳定性高，在经过多次补加后，溶液仍有高度稳定能力。

本发明提供的化学沉铜液可于30分钟内沉积2.5～3.0微米的铜层，沉积层纯净细密，导电性好，没有内应力，且抗氧化性好，在树脂上或玻璃纤维上都有很好的覆盖力，尤其适宜于多层电路板电镀。

通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

具体实施方式
本发明提供的一种化学沉铜液的具体实施例如下：
硫酸铜 10g/L
甲醛 3.9g/L
EDTA与柠檬酸钠 42.0～48.5g/L
其中，EDTA：柠檬酸钠为1∶1.15～1∶1.2(重量比)
氢氧化钠 8.0～12.0g/L
吡啶类物质 1.2mg/L
炔醇聚合物 0.33g/L
聚乙二醇 32mg/L
本发明提供的化学沉铜液，由四种沉铜原液组成，分别如下： 原液A：含铜量44g/L，含甲醛量65g/L的浓溶液；
原液M：含游离子EDTA 18～20g/L的浓溶液；
原液B：含氢氧化钠250g/L的浓溶液；
原液C：含联吡啶4g/L的溶液。

使用前将该四种沉铜原液按如下比例(重量比)及先后顺序混合制备沉铜液，具体实施方式如下：取去离子水(80％)，先加入原液M(10％)，然后加入原液A(6％)，再加入原液B(4％)，最后加入原液C(0.3ml/L)
制备该化学沉铜液，首先需要制备四种沉铜原液，制备1000L沉铜原液的具体实施过程如下：
原液A：将1L硫酸溶于35L纯水中，依次加入180k g硫酸铜、180k g 甲醛、85kg柠檬酸钠和5L炔醇聚合物，循环过滤；
原液B：将270k g氢氧化钠与水以1∶1(重量比)溶解，冷却至室温，加入100kgEDTA，再加入800g聚乙二醇；
原液M：将20k g氢氧化钠与水以1∶1(重量比)溶解，依次加入170k g 柠檬酸钠以及200kg EDTA；
原液C：将500L工业酒精以1∶1(体积比)溶于水中，加入4kg联吡啶。

其次，将四种沉铜原液分别按下列重量和顺序添加：在80L去离子水中，先加入原液M 10L，然后加入原液A 6L，再加入原液B 4L，最后加入原液C 0.3ml/L。

在将四种沉铜原液混合制备沉铜液时，初始温度应在36～42℃，但在新开缸
的第一天需提升温度至42～44℃，因新开缸活跃程度低，所以要求在药液浓度上提升。

制备过程中的pH值为12.8～13，但是最佳pH值为13。

为了形成引发中心，使铜沉积均匀一致，需要在被镀的非金属表面沉积一层均匀的活化中心核心质点。

本发明采用胶体钯活化，性能优良，从而使所获得的沉积层结合强度好，使用时间长。

在应用该化学沉铜液镀铜时，影响沉铜速度的主要因素有： 溶液p H值：提高p H值，铜沉积速度加快，但同时也将加快氧化亚铜生成反应速度，从而使溶液内部沉积速度加快，二价铜离子降低，导致铜溶液的分解；当pH值小于或等于11时，化学沉铜速度非常缓慢；pH值小于10.5时沉铜急剧停止。

所以，通常采用的p H值为12.8～13，但是最佳p H值为13。

溶液的浓度：提高溶液中二价铜离子浓度，对沉铜速度影响特别明显，但也不是无限增加，二价铜离子范围应控制在1.8～2.8g/L，最佳浓度为2.3g/L。

如果工作液是以铜的滴定分析作基础进行有规律的控制时，铜的含量是2.0g/L。

氢氧化钠的浓度范围在8.0～12.0g/L，最佳浓度为10.0g/L。

甲醛的浓度：提高甲醛浓度，沉铜速度加快，但过多易造成沉铜层粗糙，甲醛范围应控制在2.8～4.2g/L，最佳浓度为3.5g/L。

在新开缸的第一天需提升甲醛含量至4.0g/L，因新开缸活跃程度低，所以要求在药液浓度上提升。

溶液温度：提高溶液温度可增加铜的活化能，提高沉铜速度；但温度升高，溶液中铜离子的催化作用加强，氧化亚铜生成速度加快，沉铜质量差，促使溶液分解。

因此适宜的温度范围在40～45℃，最佳温度是43℃。

负荷量：2～3.5dm2/升工作液，最佳负荷量为2.5dm2/升工作液，超出此范围时，沉铜速度下降。

影响化学沉铜液稳定性的因素：
溶液中存在有颗粒性的活性物质，它主要来源于空气中的灰尘或所使用的化学试剂中存在有催化性的胶质，另外基板经活化处理时清洗不当带入而产生镀液不稳定。

甲醛的歧化反应是难免的，因此甲醛消耗量大，当甲醛不足时，就可能使溶液老化，造成大量的氧化亚铜，结果导致溶液自身分解而失效。

氧化亚铜的形成：甲醛的歧化反应所形成的氧化亚铜很容易产生歧化反应，形成Cu与Cu2+，而它生成的铜的小颗粒无规则的分散在溶液中，成为小的活化中心，导致整个镀液以此为沉铜反应，造成溶液迅速的自然分解。

为了保证沉铜液的稳定性，应控制化学沉铜液中的铜离子浓度在1.8～2.8 g/L，从而控制沉铜速度；pH值要严格进行控制，选择pH值13为最佳；必须添加与铜络合强的络合剂；其它如原材料的纯度、防止催化金属带入、过滤溶液。

可以理解，很多细节的变化是可能的，这并不因此违背本发明的范围和精神。