沉铜的作用原理

1：沉铜的作用：

沉铜也称化学镀铜它的作用是在孔壁非导电体（绝缘体）表面沉积一层铜，以确保内层导体与电路的可靠连接。

磨板的作用：除去板面的氧化，油污，手指印，及其它污物，在板面上形成微观粗糙表面。同时利用靡板机的超音波水洗及高压水洗冲洗孔内起到清洁孔壁，减少孔内披锋的作用。

3.2化学镀铜反应机理

化学镀铜时，Cu2+离子得到电子还原成金属铜

Cu2++2e Cu.- ①

电镀时，电子是由电镀电源提供的，而在化学镀铜时，电子是由还原剂甲醛所提供。

2H－C＝o－H＋4OH－ 2H－C＝o－0－＋2H2 ＋2e----②

在化学镀铜过程中反应①和反应②为共扼反应。两反应同时进行，甲醛放出的电子直接给Cu2+，整个得失电子的过程是在短路状下进行的。外部看不出交换电流的流通。结合反应①和②可以得到反应③

Cu2++2CH2O+4OH- Pdo/cu CU+2-C＝-o-o-+2H2O+2H2 --③

反应式③表明化学镀铜反应必须个备以下基本条件:

1)化学镀铜液为强碱性，甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度，即溶液的PH值。2）在强碱条件下，要保证Cu2+离子不形成,Cu(OH) 2沉淀，必须加入足够的

Cu2+离子结合剂(由于络合剂在化学镀铜反应中不消耗，所以反应③式中省略了络合剂。)。3）从反应可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M甲醛，4M氢氧化钠。要保持化学镀铜速率恒定，和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应的消耗部分。

4）只有在催化剂（Pd或Cu）存在的条件下才能沉积出金属铜，新沉积出的铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以继续在新生的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜，加成法制造印制板的关键就在于此。加有甲醛的化学镀铜液，不管使用与否，总是存在以下两个副反应，由于副反应的存在使化学镀铜液产生自然分解。

Cu20的形成反应

2Cu2+H-C＝o－H＋5OH－＝Cu20＋H－C＝o－O－＋3H2O

反应④所形成的Cu20在强碱条件下形成溶于碱的Cu+，存在下面的可逆反应。

Cu20+H20 — 2 Cu++20H- —⑤

在化学镀铜液中反应式④所形成的Cu20数量是极其少的，远小于Cu+和0H- 反应的溶度积，所以在碱性条件下存在可逆反应⑤，在溶液中一旦两个Cu+离子相碰在一起，便产生反应式

⑥所列的歧化反应。

2 Cu+ —Cu+ Cu+2 —⑥

反应式⑥所形成的铜，是分子量级的铜粉，分散在溶液中，这些小的铜颗粒都具有催化性，在这些小颗粒表面上便开始了反应式（3）所描述的化学镀铜反应。如果溶液中存在着很多这样的铜颗粒，整个化学镀铜溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应，导致溶液迅速分解

甲醛和NaHO之间的化学反应，称为康尼查罗反应(Cannizzaro)

2H－C＝o－H＋NaOH=H=C=o-oNa+CH3-OH--⑦

化学镀铜液中一旦加入甲醛，反应式⑦便开始了，不管化学镀铜液处于使用状态，还是静止状态，上述反应一直在进行着，根据分析，每存放24小时大约要消耗1-1.5g/l的甲醛，对于放置不用的化学镀铜液，几天之后因歧化

反应，大部分甲醛会变成甲醇和甲酸。与此同时NaOH也会大量消耗，使溶液PH变低。因此放置不用的化学镀铜溶液重新起用时，必须重新调整PH值，，并补加足够的甲醛。特别要注意的是如果PH已调到合科乎要求的工艺状态，而甲醛的含量不足，小于3ml/l时，会加速Cu20的形成反应，促使化学镀铜液快速分解。

3.3化学镀铜溶液的稳定性

化学镀铜溶液在使用过程中以及存放期间，都会发生自然分解，这是长期以来困扰化学镀铜扩大应用的难题之一。据长期的探索研究，已基本搞清了化学镀铜液的分解原因。并找到了稳定化学镀铜液的措施。

1）在化学镀铜液中加入适量的稳定剂，并采用空气搅拌溶液。所加入的稳定剂多数是含S 和N的有机化合物，如CN-,aa'联呲啶，硫脲等。这些添加剂对

溶液中的一价铜离子有强的络合能力而对Cu2+离子没有络合能力。因此它们能有选择性的捕捉溶液中的一价铜离子，使一价铜离子氧化电位变低，不能产生歧化反应，设有机添加剂代号为L，它们和Cu+离子产生络合反应

Cu++L — CuL

由于产生的络合离子在溶液中存在可逆反应。通入氧气到溶液中时，一价铜离子被氧化为二价铜2 Cu++2[0] —> Cu2++02.游离出来的络合剂重新又去捕

捉其它的Cu2+离子。

2）严格控制化学镀铜液的操作温度，对于不同的化学镀铜溶液都有一个最高允许使用温度，如果化学镀铜反应温度超过此临介温度极限，则Cu2O的形成反应加剧，造成化学镀铜液快速分解。

3）严格控制化学镀铜液的PH值，如果PH高于规定值，同样Cu2O副反应加剧。

4）连续过滤化学镀铜液，一般是采用粒度为5μ的过滤器，将溶液中已生成的铜颗粒及时除去。

5）在化学镀铜液中加入高分子化合物，掩蔽新生的铜颗粒，使之失去活化能力。许多含有羟基，醚氧基的高分子化合物都易于吸附在金属表面上，从而使新生的铜颗粒失去了催化性能，最常用的高分子化合物有聚乙二醇，聚乙二醇硫醚等。一般用量为0.01g/l.

3．4 化学镀铜的沉积速率

3.4.1化学镀铜的沉积速率通常用微米/小时（μ/hr）来表示，它可以用增重法测试：

沉积速速率（μ/hr）=化学镀铜增重（g）x11.2x60/沉积总面积（DM2）X化学镀铜时间此公式表达不出影响积速率的因素。化学镀的过程是电子交换的过程，即还原剂放出电子，氧化剂Cu2+离子得到电子被还原成金属铜，其实质是一个电沉积过程，因此化学镀铜的沉积量遵守法拉第电解定律，即电解时电极上析出的金属量与通过电量成正比。

M=K·Q=K· I· T

K:金属物质的电化当量，电解时通过一库伦的电量，或1安培·小时的电量，在电极上所析出的物质重量:单位：毫克/库伦，或克/安培·小时。

Q:电解时通过的电解库伦

I:电解时通过的电流强度，安培

T :电解时间，小时

M:析出的金属重量，g

Cu+2+2e=Cu0的电化当量，K=1.186克/安培·小时。

将上公式变换一下就可以求出在给定条件下的化学镀铜速率：

U（μ/hr）=K· Idp/rx100

K:铜的电化当量 1.186g/A. Hr

Idp:沉积铜的电流密度 A/DM2

R:金属的比重，铜的比重8.92g/cm3

显然化学镀铜的沉积速率，只取决于化学反应时的交换电流大小，因此只要知道化学镀铜时的反应电流，就可以知道化学镀铜的沉积速率，研究影响沉积电流大小的种种因素，就能知道或找到提高化学镀铜速率的手段。

3.4.2影响化学镀铜速率的因素。

①铜离子Cu2+浓度的影响：

化学镀铜速率随着镀液中Cu2+离子浓度增加加快，当硫酸铜含量为10g/l以下时，几乎是成正比例增加，当硫酸铜含量超过12g/l以后化学镀铜速率不再增加。

②络合剂：

络合剂的浓度对沉积速率几乎没有影响，只要保证使铜离子在强碱条件下不产生氢氧化铜沉淀就可以。络合剂的浓度一般控制在相当于铜离子克分子浓度的1-1.5倍为宜。影响化学镀铜速率最关键的因素是络合剂的化学结构。

有很多种络合剂可以用于化学镀铜，由于这些络合剂的化学结构不同对化学镀铜速率影响很大，下面表6-3列出四种不同类型的络合剂对化学镀铜速率