CN113463143A - 基于全加成法的电化镀铜方法 - Google Patents

基于全加成法的电化镀铜方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于PCB技术领域，提供一种基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，包括以下步骤：钻孔‑除胶渣‑干膜‑电化镀铜‑蚀刻；所述电化镀铜工序具体包括：S1.采用催化还原体系，调整电化镀铜反应体系，通过沉铜的方式在基材或孔表面形成一层均匀且致密的铜层；S2.在既有镀液体系里面，以铜为可溶性阳极、钛为阴极，通过电镀实现铜层加厚。本发明可以提高镀铜速率，保证镀铜结合力与铜层延展性，以新的接枝聚合催化体系控制氧化还原反应副产物Cu2O的产生，降低歧化反应的产生几率，控制电化镀铜体系在无电流镀层反应速率与稳定性。

Description

基于全加成法的电化镀铜方法
技术领域
本发明属于PCB技术领域，具体涉及一种基于全加成法的电化镀铜方法。
背景技术
印制电路板（PCB）的制作工艺主要有减成法、半加成法、全加成法等。其中，全加成法是指有选择性地在绝缘基材上形成导电层，该法具有诸多优势，如可避免侧蚀，降低HDI（高密度互联）板厚度，大幅减少铜资源的浪费，因此受到广泛的关注和研究。但传统全加成法采用绝缘材料为基体，在形成导电层时要先制作导电种子层，这样不仅增加了工序，延长了生产周期，而且加重了对环境的污染。
另外，现有技术中，目前沉铜-电镀体系存在以下缺陷：
1、化学沉铜后板面容易氧化、发黑，且沉铜层本身厚度较低，沉铜至电镀运输过程中存在较大的可靠性风险，目前通过各种技术手段，可以满足日常生产的需求，但成本提升较为明显；
2、电镀与沉铜间隔时间较长，需要在沉铜层表面通过电镀加厚一层电镀铜层，造成流程长，工序繁杂；
3、一般全加成法铜面附着力差，耐热性与可靠性标准与距现有技术标准差异较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于全加成法的电化镀铜方法。
本发明的技术方案为：
一种基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，包括以下步骤：钻孔-除胶渣-干膜-电化镀铜-蚀刻；
所述电化镀铜工序具体包括：
S1.采用催化还原体系，调整电化镀铜反应体系，通过沉铜的方式在基材或孔表面形成一层均匀且致密的铜层；
S2.在既有镀液体系里面，以铜为可溶性阳极、钛为阴极，通过电镀实现铜层加厚。
进一步的，所述步骤S1中，所述电化镀铜反应体系为酸性体系，所述酸性体系的pH值为1.0-2.0。
进一步的，所述步骤S1中，所述铜层的厚度为1-4um。
进一步的，所述步骤S1中，沉铜的速率为0.1-0.5um/min，时间控制在3-10min。
进一步的，所述步骤S2中，电镀采用8-20ASF直流电流，时间控制在25-45min。
进一步的，所述步骤S2中，铜层加厚3-8um。
进一步的，所述步骤S2中，铜层总厚度为20-30um。
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：6-13g/L；
次亚磷酸钠：8-25g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：9-28g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：8-23g/L；
H2SO4 调整PH值至1.0-2.0。
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：8-10g/L；
次亚磷酸钠：10-20g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：10-20g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：10-20g/L；
H2SO4调整PH值至1.0-2.0。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
本发明采用的电化镀铜技术，产品的生产流程整合了原有的沉铜、板电以及图电工序；同时现有的生产设备无需更新升级，且能较大幅度提升生产效率；同时有于项目节约了流程转运过程与时间，能够大幅度降低各工序转送所产生的擦花、压伤、划伤等不良。
本发明将化学镀铜与电镀铜结合在一起，可以减少沉铜、板电两个大工序；流程变更为：钻孔-除胶渣-干膜-电化镀铜-蚀刻，消除板电工序，减少单位面积蚀刻量，相对于现有技术的正片流程，以总铜厚24um，板电6um，图电受镀面积40%计算，节约铜球10.8%。蚀刻处理量提升40%以上，提升精细线路的制作能力，降低孔无铜的发生几率。
本申请独创性的提出了电化镀铜工艺，本发明可以有效提高镀铜速率，保证镀铜结合力与铜层延展性，以新的接枝聚合催化体系控制氧化还原反应副产物Cu2O的产生，降低歧化反应的产生几率，控制电化镀铜体系在无电流镀层反应速率与稳定性。
本发明中，电化镀铜在镀液体系里面分两个步骤进行，第一步：采用催化还原体系，调整电化镀铜反应体系，有碱性体系变更为酸性体系，酸度调整至1.0-1.5；在基材或孔表面形成一层均匀且致密的铜层；控制沉铜速率控，基于酸性还原镀前期速率较后期速率略快，此反应过程实际控制时间在5-8min。第二步：在既有镀液体系里面，以铜为可溶性阳极、钛为阴极；施加直流电流，经过25-45min处理，实现铜层加厚，总厚度可达到20-30um。
相对于现有技术，本发明变更了镀液酸度及操作体系，在实际操作中酸性电镀体系较碱性电镀体系更容易控制，产品的光泽度与致密性较碱性体系有大幅度提升。同时采用高铜低酸配比，增加直接电镀过程的电流效率30%以上，目前仍采用硫酸铜为主要铜离子来源的，在实际成本上无明显提升，原料易得。
在提供一定量附加电流的条件下，实现快速有效的铜层沉积，通过调整镀液体系成分，以及以铜作为可溶性阳极材料的外加电流辅助沉积体系，有效解决碱性化学沉铜体系与酸性化学沉铜体系沉积速度加快，铜层粗糙，附着力变差的缺陷，在浸镀25-45min钟完成3-8um的化学镀层厚度沉积。
本发明可以有效提高镀铜速率，保证镀铜结合力与铜层延展性，以新的接枝聚合催化体系控制氧化还原反应副产物Cu2O的产生，降低歧化反应的产生几率，控制电化镀铜体系在无电流镀层反应速率与稳定性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，包括以下步骤：钻孔-除胶渣-干膜-电化镀铜-蚀刻；
所述电化镀铜工序具体包括：
S1.采用催化还原体系，调整电化镀铜反应体系，通过沉铜的方式在基材或孔表面形成一层均匀且致密的铜层；
S2.在既有镀液体系里面，以铜为可溶性阳极、钛为阴极，通过电镀实现铜层加厚。
进一步的，所述步骤S1中，所述电化镀铜反应体系为酸性体系，所述酸性体系的pH值为1.5。
进一步的，所述步骤S1中，所述铜层的厚度为3um。
进一步的，所述步骤S1中，沉铜的速率为0.3um/min，时间控制在6min。
进一步的，所述步骤S2中，电镀采用16ASF直流电流，时间控制在35min。
进一步的，所述步骤S2中，铜层加厚5um。
进一步的，所述步骤S2中，铜层总厚度为25um。
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：9g/L；
次亚磷酸钠：15g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：15g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：16g/L；
H2SO4调整PH值至1.5。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
实施例2
本实施例提供一种与实施例1相同的基于全加成法的电化镀铜方法，所不同的是，进一步的，所述步骤S1中，所述电化镀铜反应体系为酸性体系，所述酸性体系的pH值为1.0。
进一步的，所述步骤S1中，所述铜层的厚度为2um。
进一步的，所述步骤S1中，沉铜的速率为0.2um/min，时间控制在4min。
进一步的，所述步骤S2中，电镀采用10ASF直流电流，时间控制在25min。
进一步的，所述步骤S2中，铜层加厚4um。
进一步的，所述步骤S2中，铜层总厚度为20um。
实施例3
本实施例提供一种与实施例1相同的基于全加成法的电化镀铜方法，所不同的是，进一步的，所述步骤S1中，所述电化镀铜反应体系为酸性体系，所述酸性体系的pH值为2.0。
进一步的，所述步骤S1中，所述铜层的厚度为4um。
进一步的，所述步骤S1中，沉铜的速率为0.5um/min，时间控制在10min。
进一步的，所述步骤S2中，电镀采用20ASF直流电流，时间控制在45min。
进一步的，所述步骤S2中，铜层加厚8um。
进一步的，所述步骤S2中，铜层总厚度为30um。
实施例4
本实施例提供一种与实施例1相同的基于全加成法的电化镀铜方法，所不同的是，进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：6/L；
次亚磷酸钠：8g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：9g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：8g/L；
H2SO4 调整PH值至2.0。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
实施例5
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：13g/L；
次亚磷酸钠：25g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：28g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：23g/L；
H2SO4 调整PH值至1.0。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
实施例6
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：8g/L；
次亚磷酸钠：11g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：12g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：10g/L；
H2SO4调整PH值至1.8。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
实施例7
进一步的，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：10g/L；
次亚磷酸钠：18g/L；
HEDTA（羟乙基乙二胺三乙酸）：19g/L；
EDTA（乙二胺四乙酸）：17g/L；
H2SO4调整PH值至1.2。
进一步的，所述电化镀铜反应体系还包括辅助添加剂若干，所述辅助添加剂可通过现有技术，本领域技术人员依据浓度配比添加。
本发明实施例1-7中，消除板电工序，减少单位面积蚀刻量，相对于现有技术的正片流程，以总铜厚24um，板电6um，图电受镀面积40%计算，节约铜球10.8%。蚀刻处理量提升40%以上，提升精细线路的制作能力，降低孔无铜的发生几率。电镀产品的光泽度与致密性较碱性体系有大幅度提升。同时采用高铜低酸配比，增加直接电镀过程的电流效率30%以上，目前仍采用硫酸铜为主要铜离子来源的，在实际成本上无明显提升，原料易得。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过本领域任一现有技术实现。

Claims (10)

1.基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，包括以下步骤：钻孔-除胶渣-干膜-电化镀铜-蚀刻；
所述电化镀铜工序具体包括：
S1.采用催化还原体系，调整电化镀铜反应体系，通过沉铜的方式在基材或孔表面形成一层均匀且致密的铜层；
S2.在既有镀液体系里面，以铜为可溶性阳极、钛为阴极，通过电镀实现铜层加厚。
2.根据权利要求1所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述电化镀铜反应体系为酸性体系，所述酸性体系的pH值为1.0-2.0。
3.根据权利要求2所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述铜层的厚度为1-4um。
4.根据权利要求3所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S1中，沉铜的速率为0.1-0.5um/min，时间控制在3-10min。
5.根据权利要求1所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S2中，电镀采用8-20ASF直流电流，时间控制在25-45min。
6.根据权利要求5所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S2中，铜层加厚3-8um。
7.根据权利要求6所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述步骤S2中，铜层总厚度为20-30um。
8.根据权利要求1所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：6-13g/L；
次亚磷酸钠：8-25g/L；
HEDTA：9-28g/L；
EDTA：8-23g/L；
H2SO4 调整PH值至1.0-2.0。
9.根据权利要求8所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，所述电化镀铜反应体系中，包括以下浓度的组分：
硫酸铜：8-10g/L；
次亚磷酸钠：10-20g/L；
HEDTA：10-20g/L；
EDTA：10-20g/L；
H2SO4调整PH值至1.0-2.0。
10.根据权利要求8或9所述的基于全加成法的电化镀铜方法，其特征在于，还包括辅助添加剂若干。
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