新型添加劑對酸性鍍銅的影響

程 驕， 聶文杰， 李衛(wèi)民

（廣東東碩科技有限公司，廣東 廣州510288）CHENG Jiao， NIE Wen-jie， LI Wei-min

0 前言

電子產(chǎn)品的小型化、高速化、數(shù)字化的進(jìn)步推動(dòng)著印制線路板向精細(xì)導(dǎo)線、高密度、多層次、大面積、小孔化的方向發(fā)展［1］。目前印制線路板電鍍的核心技術(shù)和所搭配的專用添加劑多被國外的大公司壟斷，其價(jià)格偏高，造成中小企業(yè)的成本壓力大。因此，國內(nèi)的藥水制造商都在開發(fā)高深鍍能力、高可靠性的藥水來滿足企業(yè)的發(fā)展需求。

本文通過對一種自配添加劑進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠通過傳統(tǒng)的直流電鍍設(shè)備，并研究與之相匹配的工藝。

1 試驗(yàn)

1.1 鍍液配制

配制VMS基礎(chǔ)液，其組成為：硫酸銅55g／L，硫酸210g／L，氯離子58mg／L，主劑TS-A（主要成分為帶有磺酸基的有機(jī)硫化物，如SPS 與MPS的混合物）0.5～3.5 mL／L，輔劑TS-B（RPE、PEG與含氮咪唑等配合物）5～15mL／L。

除油使用本公司生產(chǎn)的6169NF 型除油劑，酸洗使用8%左右的硫酸溶液。

1.2 性能檢測

采用電化學(xué)工作站測量極化曲線，掃描范圍為0.2～-0.8V，掃描速率為0.01mV／s。采用三電極體系，工作電極為銅電極，參比電極為銀／氯化銀電極，對電極為鉑電極，溫度控制在24℃。工作電極前處理步驟為：砂紙打磨→拋光粉拋光→蒸餾水洗 →超聲波水洗。

采用金相顯微鏡觀察鍍液的深鍍能力。采用錫爐進(jìn)行熱沖擊，觀察板件的可靠性。參照IPC-TM-650，對中試槽中電鍍得到的銅箔進(jìn)行延展性測試。采用掃描電子顯微鏡觀察鍍層的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍液成分對鍍層極化作用的影響

圖1為TS-A 和TS-B對鍍層極化作用的影響。

由圖1（a）可知：TS-A 具有去極化作用，并且TS-A 的體積分?jǐn)?shù)越大，去極化作用越強(qiáng)。沉積電位從-0.285V 正移到-0.165V，而電流密度維持在2.5 A／dm2左右，有利于銅層的快速沉積。但TS-A 的體積分?jǐn)?shù)不是越高越好。由于TS-A 中含有一部分抑制劑，當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)在3.0 mL／L 以上時(shí)，反而會(huì)增強(qiáng)極化。而單獨(dú)添加TS-A 降低極化，可以加速銅離子的成核過程［2］。

由圖1（b）可知：TS-B具有增強(qiáng)極化的作用，使銅離子的電位負(fù)移，抑制銅離子結(jié)晶，降低成核速率。TS-B的加入有利于得到平滑的鍍層，但TS-B的體積分?jǐn)?shù)增至15mL／L之后，電位的負(fù)移不再明顯，說明TS-B的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在15mL／L以內(nèi)。

圖1 TS-A 和TS-B對鍍層極化作用的影響

2.2 鍍液成分對鍍液深鍍能力的影響

利用正交試驗(yàn)，研究鍍液成分對鍍液深鍍能力的影響。結(jié)果表明：采用該鍍液加工1.60 mm／0.25mm 的板件時(shí)，最低的深鍍能力可以達(dá)到90%左右，能夠滿足中小企業(yè)對普通板件的加工要求。按照IPC的2級標(biāo)準(zhǔn)，孔壁銅厚單點(diǎn)最低為18μm，可以將面銅控制在25μm 以內(nèi)，有利于印制線路板廠加工線寬75μm 的線條，并且可以降低銅球的消耗。另外，抑制劑對鍍液深鍍能力的影響最大。在TS-A 2.0mL／L，TS-B 12mL／L，溫度24℃的條件下重新進(jìn)行驗(yàn)證，鍍液的深鍍能力可以達(dá)到101.28%。

TS-A 作為一種促進(jìn)劑，當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)大于2.0 mL／L時(shí)，表面銅厚的形成速率大于孔壁銅厚的形成速率，所以鍍液的深鍍能力有所下降；而TS-B作為抑制劑，可以有效地抑制表面銅厚的增加，從而起到提高鍍液深鍍能力的作用。為得到較高的深鍍能力，必須將TS-A 的體積分?jǐn)?shù)控制在2.0 mL／L 以內(nèi)，TS-B的體積分?jǐn)?shù)要提高至8mL／L以上。

圖2為通孔電鍍的形貌圖。由圖2可知：該體系具有良好的深鍍能力和整平性，孔壁鍍層平滑。

圖2 通孔電鍍的形貌圖

2.3 鍍液成分對鍍層延展性的影響

IPC標(biāo)準(zhǔn)要求電鍍銅層的最大延伸率不小于12%，斷裂強(qiáng)度大于248 MPa。在中試槽中以1.94 A／dm2的電流密度電鍍180 min，將得到的銅箔進(jìn)行拉力測試。結(jié)果表明：當(dāng)TS-A 的體積分?jǐn)?shù)增大到某一極大值之后，鍍層的延展性開始下降；TS-B的體積分?jǐn)?shù)的增大會(huì)逐漸增大鍍層的延展性。結(jié)合上面的深鍍能力測試結(jié)果，TS-A 的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.6～2.0mL／L 范圍內(nèi)，而TS-B的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在8mL／L以上。

2.4 電流密度的影響

采用不同的電流密度加工板件，研究其對鍍液深鍍能力的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：與目前市場上使用的藥水相比，本公司生產(chǎn)的藥水在深鍍能力上具有較大優(yōu)勢。在1.51～2.15A／dm2范圍內(nèi)加工板件時(shí)，其深鍍能力都在80%以上，對各種板件的加工都能起到良好的灌孔作用。

圖3 自配體系與市售體系深鍍能力對比（板厚2.5mm，最小孔徑0.25mm）

采用自配藥水在大電流密度下加工板件，沉積速率加快，極化作用增強(qiáng)，但深鍍能力明顯下降，0.25mm 孔徑的下降了8%左右；電流密度在3.44 A／dm2以上時(shí)，板件的四周極易燒焦，出現(xiàn)銅粉；而采用小電流密度加工時(shí)，深鍍能力雖然較好，但是在滿足相同銅厚的條件下，需要相應(yīng)地延長電鍍時(shí)間。故采用1.51～2.15A／dm2的電流密度進(jìn)行加工。

圖4為不同電流密度下所得鍍層的微觀形貌。由圖4可知：不同電流密度下所得鍍層的微觀形貌有所不同。處于高電流密度時(shí)（3.77A／dm2），沉積速率快，成核速率大于形成速率，故微粒直徑較大，晶粒粗糙，排布不致密，在鍍層表面有微小的凹坑或空洞形成，影響鍍層質(zhì)量。電流密度在0.86A／dm2時(shí)，沉積速率慢，微粒的排布致密，但是成長速率慢，不能滿足企業(yè)的需求。

圖4 不同電流密度下所得鍍層的微觀形貌

2.5 鍍層的熱沖擊性能

將得到的板件在無鉛錫爐中進(jìn)行熱沖擊測試：浸入到288℃的無鉛錫爐，按照浸入10s、處理6次的方式進(jìn)行熱沖擊。對得到的板件進(jìn)行切片觀察。圖5為熱沖擊6次后的切片圖。由圖5可知：鍍層連續(xù)致密，無斷裂分層、柱狀結(jié)晶等異常出現(xiàn)。

圖5 熱沖擊6次后的切片圖

3 結(jié)論

通過極化曲線、SEM 等表征手段，研究了TS體系藥水組分對鍍液及鍍層性能的影響。結(jié)果表明：TS-A 的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.5～2.0 mL／L，TS-B的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在8～12mL／L，此條件下電流密度應(yīng)控制在1.51～2.69A／dm2，加工厚徑比10∶1的板件的深鍍能力可達(dá)到80%以上，得到的鍍層結(jié)晶均勻細(xì)致、性能良好。目前，該藥水體系已經(jīng)在我司的客戶端使用，加工高多層的板件，可靠性良好，深鍍能力和銅厚要求都能達(dá)到客戶的需求。

［1］朱鳳鵑，李寧，黎德育.印制電路板電鍍銅添加劑的研究進(jìn)展［J］.電鍍與精飾，2008，30（8）：16-20.

［2］胡立新，占穩(wěn)，歐陽貴，等.鍍銅研究中的電化學(xué)方法［J］.電鍍與涂飾，2008，27（9）：9-13.