化学镀铜溶液的配方组成

化学镀铜溶液的配方组成 化学镀铜溶液的种类很多。按镀铜层的厚度分为镀薄铜溶液和镀厚铜溶液;按络合剂种类可分为酒石酸盐型、EDTA二钠盐型和混合络合剂型等;按所用还原剂分为甲醛、肼、次磷酸盐、硼氢化物等溶液;而根据溶液的用途，又可分为塑料金属化、印制电路板孔金属化等溶液。化学镀铜溶液主要是由铜盐、还原剂、络合剂、稳定剂、pH值调节剂和其他添加剂组成。 (1)主盐 主盐的主要作用是提供铜离子，在化学镀铜液中可使用硫酸铜、氯化铜、碱式碳酸铜、酒石酸铜、醋酸铜等。从降低成本考虑，多数配方选用五水硫酸铜(CuS04•5H20)。 化学镀铜溶液中铜盐含量对沉积速度有一定的影响。当溶液的pH值控制在工艺范围内时，提高溶液中的铜含量，沉积速度有所增加，但溶液自然分解的倾向也随之增大。在不含稳定剂的溶液中，宜采用低浓度的镀液;在含有稳定剂的溶液中，铜离子浓度可适当高一些。铜盐浓度对镀层性能的影响不大，但铜盐中的杂质可能对镀层产生很大影响，因此化学镀铜液对铜盐纯度的要求一般较高。 (2)络合剂 以甲醛作还原剂的化学镀铜溶液是碱性的，为防止铜离子形成氢氧化物沉淀析出，镀液中必须加入络合剂，以使铜离子成为络离子状态。可以选用的络合剂有酒石酸钾钠、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、三乙醇胺、四羟丙基乙二胺、甘油、甘醇酸、EDTA等。在实践中使用最多的是酒石酸钾钠和EDTA二钠。EDTA二钠稳定镀液的能力比酒石酸钾钠强，但酒石酸钾钠镀液中所得到的镀层外观优于EDTA型镀液。 络合剂对于化学镀铜溶液和镀层性能的影响很大。近代化学镀铜溶液中通常添加两种或两种以上的络合剂例如合用酒石酸钾钠和EDTA二钠两种络合剂。正确选用络合剂不仅有利于提高镀液的稳定性，而且可以提高镀速和镀层质量。 (3)还原剂 化学镀铜溶液中的还原剂可选用甲醛、次磷酸钠、硼氢化钠、二甲氨基硼烷(DMAB)、肼等。由于成本的原因，目前配制化学镀铜溶液时多采用甲醛为还原剂。甲醛的还原能力随镀液碱性的提高而增加，通常化学镀铜液在pH值大于11的条件才具有还原铜的能力。镀液的pH值越高，甲醛的还原能力越强，镀速越快。但是如果镀液pH值过高，容易造成镀液的自发分解，降低镀液的稳定性，因此大多数化学镀铜溶液的pH值都控制在12左右。 (4)pH值调节剂 由于化学镀铜的过程是镀液pH值降低的过程，因此必须向镀液中加入pH值调节剂，以维持镀液的pH值在正常的范围内。通常化学镀铜溶液的pH值调节剂为氢氧化钠或碳酸钠。 (5)稳定剂 在化学镀铜的过程中，除铜离子在催化表面进行有效的氧化还原反应，被甲醛还原成金属铜之外，还存在许多副反应。主要的副反应包括: 康尼查罗(Cannizzaro)反应 2HCHO+OH一?CH30H+HC00一 以及非催化型反应 2Cu2++HCHO+50H一?Cu20?+2HC00一+3H20 通过该反应氧化亚铜的微粒被还原出来，此后，氧化亚铜又可能被进一步还原成微粒铜，即 Cu20+2HCH0+20H一?2Cu?+2HC00一+H2?+H20 这些副反应不仅消耗了镀液中的有效成分，而且产生的氧化亚铜以极细微的粉末悬浮在镀液中，很难用过滤除去，容易引起镀液分解，若与铜共沉积，则得到的铜沉积层疏松粗糙、与基体结合力差。 针对上述情况，化学镀铜液中需加入稳定剂以达到稳定镀液和改善镀层质量的作用。化学镀铜液的稳定剂种类很多，常用的稳定剂有甲醇、氰化钠、硫代尿素、烷基硫醇、二羟基氮苯、2—2联吡啶等。这些稳定剂对提高镀液稳定性有效。但是，大多数的稳定剂又同时是化学镀铜反应的催化毒化剂，因此，使用稳定剂时，用量的控制是十分重要的。否则，用量多时，会显著降低镀速甚至造成停镀。 (6)其他添加剂 能在稳定镀液的前提下提高铜沉积速度的添加剂称为加速剂或促进剂。这一类物质有铵盐、硝酸盐、聚氧乙烯氨基醚等。为降低化学镀铜溶液的表面张力，改善镀层质量，在化学镀铜溶液中有时也添加某些表面活性剂。