次亚磷酸钠化学镀铜工艺研究-电子科技大学

电子科技大学微电子与固体电子学院标准实验报告（实验）课程名称印制电路原理和工艺（实验）

电子科技大学教务处制表

电子科技大学

实验报告

学生姓名：学号：指导教师：

实验地点：微固楼445 实验时间：

一、实验室名称：印制电路工艺实验室

二、实验项目名称：次亚磷酸钠化学镀铜工艺研究

三、实验学时：4学时

四、实验原理：

化学镀（Chemical Plating）又称自催化镀（Auto-catalytic Plating），是指在没有外加电流的条件下，利用处于同一溶液中的金属盐和还原剂，在具有催化活性的基体表面上进行自催化氧化还原反应产生金属单质微粒，该金属单质微粒在基体表面化学沉积，从而形成金属或合金镀层的一种表面处理技术。由于化学镀铜技术不受基体大小、形状和导电与否的影响，可通过镀液中的还原剂将铜离子直接还原并均匀地沉积到基体表面。因此，化学镀是一种非金属表面金属化非常有效的方法。从主还原剂方面进行分类，化学镀铜技术可以分为甲醛化学镀铜体系和非甲醛化学镀铜体系。顾名思义，前者的主要还原剂为甲醛，而后者的主要还原剂为次亚磷酸钠、乙醛酸等。虽然甲醛体系由于种种问题受到人们的指责，但该体系具有工艺成熟，成本低廉等优点，仍然是印制板制造企业使用的主要方法。而非甲醛体系虽然更加环境友好，对生产人员的伤害更小，受到了人们的广泛关注，但由于技术的成熟度不够，目前还没有被广泛使用。

随着中国经济的快速增长，由此而带来的环境问题日益严峻，工业生产中节能减排、发展循环经济已经成为一项重要任务。特别是欧盟WEEE指令、RoHS

指令和EuP指令这三大指令的实施，将对我国工业产品的出口产生重大影响。我国是PCB产品的生产和出口大国，因此研究开发环境更友好的制造工艺具有巨大的经济价值。本文主要研究以次亚磷酸钠为还原剂的化学镀铜工艺，通过正交实验法优化实验，得到了以次亚磷酸钠为还原剂、酒石酸钾钠为络合剂的化学镀铜的最佳条件。

五、实验目的：

1.了解不同化学镀铜工艺的特点。

2.开发以次亚磷酸钠为还原剂的化学镀铜工艺。

六、实验内容：

1. 基材的前处理。

2. 化学镀工艺开发。

3. 化学镀工艺参数的优化与结果分析。

七、实验器材（设备、元器件）：

试剂：柠檬酸(A.R)、五水合硫酸铜(A.R)、硫酸镍(A.R)、次亚磷酸钠(A.R)、氢氧化钠(A.R)、盐酸(A.R)、浓硫酸(A.R)、硼酸(A.R)、酒石酸钾钠(A.R)、碳酸钠(A.R)、氯化钯(A.R)、硝酸银(A.R)、、氯化亚锡(A.R)、

器材：电子天平、温度计、烧杯、玻璃棒、水浴锅、量筒、胶带、100g砝码、RF-4无铜基板、数字万用表等

八、实验步骤：

1. RF-4基板化学镀铜实验工艺流程

所以非金属基体化学镀铜的普遍工艺流程为：除油→清洗→化学粗化→清洗→敏化→清洗→活化→清洗→化学镀→镀件清洗→干燥→性能测试。其中清洗为去离子水清洗。

2.RF-4基板化学镀铜实验基本过程

（1）镀件基板准备。取RF-4无铜基板，将其裁剪为2×4cm的规格镀件，备用。

（2）除油。将镀件放入除油液中浸泡6分钟。除油工艺参数如下：Na3PO4 30 g/L；Na2CO3 15g/L；OP乳化剂3~5 ml/L；温度50℃,去油时间6 min。

（3）粗化。取CrO3 2g，溶于40ml去离子水中，然后加入浓硫酸60ml，搅拌均匀后，粗化液呈暗红色。然后将除油处理后经去离子水清洗的镀件基板放入粗化液中即可进行粗化。粗化时间太短，会使基板表面侵蚀不足，镀层结合力差；粗化时间过长，会造成基板的过度侵蚀，使镀层光亮性变差。因此，一般把粗化时间控制在5~10min。

（4）敏化。室温下将粗化处理后经去离子水水洗过的环氧基板放入配好的敏化液中进行浸泡5~10min即可实现基板的敏化。敏化液的配制：取浓盐酸约4ml，加入100ml去离子水混合均匀后，加入1~2gSnCl2•H2O，边加入边搅拌使其溶解。为防止Sn2+被氧化，在溶液中加入锡粒1~2粒。

（5）活化。室温下将敏化处理后用去离子水清洗过的基板放入活化液中浸泡5~10min即可实现基板活化，取出清洗后就可以进行化学镀铜。

氯化钯活化液：用电子分析天平称取PdCl20.125g放入烧杯中，向烧杯中加入7ml浓盐酸，晃动烧杯使PdCl2完全溶解，然后向烧杯中加去离子水，将溶液转移至250ml塑料容器中后加去离子水之刻度线，即得0.5g/L的PdCl2活化液。

硝酸银活化液：取AgNO30.2~0.5g，溶于100ml去离子水中，然后滴加氨水，开始会产生白色絮状沉淀，继续滴加，直至沉淀溶解，溶液变澄清。即得AgNO3活化液。

3.用正交试验法优化化学镀铜工艺参数

根据以次亚磷酸钠为还原剂化学镀铜原理，硫酸镍是作为化学镀铜反应的催化剂添加的，金属镍沉积在镀层中以催化次亚磷酸钠氧化反应。正交试验时保持硫酸镍、硼酸和硫酸铜浓度不变，分别为1g/L、30g/L和10g/L。选取次亚磷酸钠浓度、酒石酸钾钠浓度、pH值和温度等4个因素进行正交优化试验，试验安排如表1、表2所示。

1 40 10 6 50

2 45 15 7 55

3 50 20 8 60

4 5

5 25 9 65

表2 化学镀铜正交实验安排表

1 40 10 6 50

2 40 15 7 55

3 40 20 8 60

4 40 2

5 9 65

5 45 10 7 60

6 45 15 6 65

7 45 20 9 50

8 45 25 8 55

9 50 10 8 65

10 50 15 9 60

11 50 20 6 55

12 50 25 7 50

13 55 10 9 55

14 55 15 8 50

15 55 20 7 65

16 55 25 6 60

九、实验数据及结果分析：

1.镀件电阻测试

可能是受工艺条件和操作的影响，镀层的光亮性以及结合力的差别都不大，镀层的结合力较好，但镀层的光亮性普遍不高。镀层电阻极差为0.106-0.046=0.06 Ω/mm，0.06/4=0.015 Ω/mm，所以以0.106 Ω/mm为基准分6分，镀层电阻每降低0.015 Ω/mm，评分加1分。在综合评分时，镀层电阻的权重取1.5，镀层光亮性和结合力的权重取1.0。

对所制得超细银粉进行扫描电镜、X射线衍射测试，测试结果如图1、图2所示，所得银粉为平均粒径约500nm的高纯、单分散球形超细银粉，可以用于导电银浆的制备。

表3化学镀铜正交试验结果及极差分析

1 1 1 1 1 0.051 7 7.5 29.00

2 1 2 2 2 0.085 6 7.5 24.60

3 1 3 3 3 0.067 6.5 7.5 26.90