UV固化活化浆料的制备及快速化学镀铜的应用研究

发布时间：2020-02-16 15:41

【摘要】：印制电路板(PCB)是组装电子零件的基板,它的主要功能是使各种电子零件形成预定电路的连接,起中继传输的作用,有“电子产品之母”之称。目前PCB的生产工艺有减成法和加成法。减成法工艺成熟,但存在工序复杂、耗材多、环境污染重等问题；近年来,具有制程简单、效率高、成本低、环保等优点的加成法工艺成为研究热点。因此,本文研究了一种环保、高效、节能的UV固化活化浆料的制备及其快速化学镀铜的应用工艺。本文首先针对目前市场上化学镀铜工艺镀速低的缺陷,提出了一种以THPED和EDTA-2Na为复合配位剂的快速化学镀铜工艺。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及电化学工作站等分析测试技术,系统地研究了主盐、配位剂、添加剂及操作条件等对该体系沉积速率、镀液稳定性及镀层质量的影响。通过对THPED-EDTA-2Na快速化学镀铜体系的研究,筛选出了该体系的适宜添加剂,并通过正交试验确定了最佳复合添加剂配方,最终得到该体系的最佳工艺条件为：CuSO4·5H2O 12 g/L, EDTA·2Na 5.8g/L, THPED 10 g/L,甲醛14 mL/L,2,2'-联吡啶10mg/L,2-MBT 7mg/L,有机物M20mg/L, K4Fe(CN)6·3H2O 10mg/L,吐温-8015mg/L,pH值12.5～13.0,温度50～60℃。最佳工艺条件下施镀20min,镀速达16.8um/h,镀液稳定,化学镀铜层平整、光亮、细致,沉积层为立方晶系铜,PCB孔覆背光级数达到9级。通过对该体系的电化学研究发现,甲醛在电位为-0.48V左右发生伴随前置化学反应的不可逆氧化反应,Cu(Ⅱ)在电位为-1.18V左右发生Cu2+的阴极还原反应也是伴随有前置化学反应的不可逆电化学反应。甲醛的阳极氧化峰电流密度随甲醛浓度的增大而增大,随THPED、EDTA·2Na、2,2'-联吡啶、有机物M、K4Fe(CN)6和吐温-80浓度的增大而减小,表明配位剂和添加剂均会抑制甲醛的阳极氧化。Cu(Ⅱ)的阴极还原峰电流密度随硫酸铜浓度的增大而增大；随THPED浓度的增大先减小后增大；随EDTA-2Na和有机物M浓度的增大先增大后减小；随2,2’-联吡啶浓度的增大而减小,之后趋于稳定；K4Fe(CN)6和吐温-80对阴极还原峰电流密度影响不明显。加入有机物M后,阴极还原峰电位正移。表明硫酸铜、EDTA·2Na和有机物M加速了阴极反应速度,从而增加了化学镀铜过程的总体速率,而其他组分抑制了阴极Cu2+的还原。本文还制备了一种UV固化活化浆料,通过红外光谱(FT-IR)、SEM、EDS和电化学开路电位-时间(OCP-t)等技术,分析了活化浆料及镀铜层的表面形貌、表面元素分布及催化活性、化学镀铜过程等,并研究了光引发剂、预聚物树脂、稀释剂单体、AgNO3含量及导电炭黑含量等对活化浆料及化学镀铜层性能的影响,确定了最佳活化浆料配方：聚酯丙烯酸酯(PEA)和聚氨酯丙烯酸酯(PUA)为预聚物(PEA:PUA=4:6), ITX+EDB和907为复合光引发剂(ITX+EDB:907=1:1), TPGDA和TMPTA为复合稀释剂单体(TPGDA:TMPTA=1:1), AgNO3含量为7%，导电炭黑含量为7%-12%。将活化浆料涂布在PI薄膜上,UV固化后化学镀铜10min,所得镀铜层颗粒细小、致密,与基材的结合力达100%,方阻为0.046Ω/□。
【图文】：

SEM图,添加剂,吐温,亚铁氰化钾

（ａ）无添加剂；（ｂ）２０ｍｇ／Ｌ邋亚铁氰化钟；（ｃ）３ｍｇ／Ｌ邋２－１ＶＩＢＴ；逡逑（ｄ）２０ｍｇ／Ｌ邋有机物邋Ｍ；邋（ｅ）２０ｍｇ／Ｌ邋吐温－８０；邋（ｆ）４ｍｇ／Ｌ邋硫脲逡逑Ｆｉｇ．邋２－１０邋ＳＥＭ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｃｏｐｐｅｒ邋ｄｅｐｏｓｉｔ：逡逑（ａ）ｎｏ邋ａｄｄｉｔｉｖｅｓ；邋（ｂ）邋２０ｍｇ／Ｌ邋Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６；（ｃ）３ｉｎｇ／Ｌ邋２－ＭＢＴ；逡逑（ｄ）邋２０ｍｇ／Ｌ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ邋Ｍ；（ｅ）邋２０ｍｇ／Ｌ邋Ｔｗｅｅｎ－８０；（ｆ）４ｍｇ／Ｌ邋Ｔｕ逡逑（３）复合添加剂对化学镀铜的影响逡逑由于硫脲的镇层质量较差；亚铁氰化钾和吐温－８０对沉积速率和镇液稳定性响不大；２－ＭＢＴ稳定镀液的能力有限；而有机物Ｍ能在提高沉积速率的同时增逡逑液稳定性，且镀层光亮细致，兼有加速剂、稳定剂和光亮剂的功能。因此以有机同２－ＭＢＴ、吐温－８０和亚铁氰化钾复配，设计正交试验，考察了复合添加剂对沉逡逑率及镀液稳定性的影响，以期进一步改善镀液性能。正交试验因素水平表如表２－６，逡逑结果如表２－７，方差分析结果如表２－８所示。稳定性测试按２．２．３．２的操作进行，逡逑

阴极极化曲线,浓度

Ｆｉｇ．３－１５邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ＴＨＰＥＤ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｃａｔｈｏｄｉｃ邋ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ逡逑３．５．３添加ＥＤＴＡ．２Ｎａ对Ｃｕ（丨丨）的阴极极化曲线的影响逡逑ＥＤＴＡ．２Ｎａ对Ｃｉｉ（ＩＩ）阴极极化曲线的影响如图３－１６所示。由图可知，ＥＤＴＡ．２Ｎａ逡逑对峰１基本无影响，对峰２电流密度的影响很明显，随ＥＤＴＡ．２Ｎａ浓度的增大，峰电逡逑流密度先增大后减小。ＥＤＴＡ‘２Ｎａ浓度为２．３ｇ／Ｌ时，峰电流为３．８０８邋ｍＡ＿ｃｍ＿２；邋ＥＤＴＡ‘２Ｎａ逡逑浓度为５．８ｇ／Ｌ时，峰电流密度增至４．３８６邋ｍＡ．ｃｍ＿２；继续增大ＥＤＴＡ‘２Ｎａ浓度，峰电逡逑流密度降低。这与工艺研宄结果吻合，当ＥＤＴＡ＿２Ｎａ浓度较小时，仅能起到消耗ＴＨＰＥＤ逡逑配位能力的作用，，此时溶液中主要以Ｃｕ－ＴＨＰＥＤ配合物为主；ｎ）ＴＡ＿２Ｎａ过量后，配逡逑位体含量过高，沉积速率减慢。逡逑４７逡逑
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN41;TB306

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