新型添加劑對酸性鍍銅的影響

程 驕， 聶文杰， 李衛民

（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

電子產品的小型化、高速化、數字化的進步推動著印制線路板向精細導線、高密度、多層次、大面積、小孔化的方向發展［1］。目前印制線路板電鍍的核心技術和所搭配的專用添加劑多被國外的大公司壟斷，其價格偏高，造成中小企業的成本壓力大。因此，國內的藥水制造商都在開發高深鍍能力、高可靠性的藥水來滿足企業的發展需求。

本文通過對一種自配添加劑進行優化，使其能夠通過傳統的直流電鍍設備，并研究與之相匹配的工藝。

1 試驗

1.1 鍍液配制

配制VMS基礎液，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 的體積分數越大，去極化作用越強。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 的體積分數不是越高越好。由于TS-A 中含有一部分抑制劑，當其體積分數在3.0 mL／L 以上時，反而會增強極化。而單獨添加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具有增強極化的作用，使銅離子的電位負移，抑制銅離子結晶，降低成核速率。TS-B的加入有利于得到平滑的鍍層，但TS-B的體積分數增至15mL／L之后，電位的負移不再明顯，說明TS-B的體積分數應控制在15mL／L以內。

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，研究鍍液成分對鍍液深鍍能力的影響。結果表明：采用該鍍液加工1.60 mm／0.25mm 的板件時，最低的深鍍能力可以達到90%左右，能夠滿足中小企業對普通板件的加工要求。按照IPC的2級標準，孔壁銅厚單點最低為18μm，可以將面銅控制在25μm 以內，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℃的條件下重新進行驗證，鍍液的深鍍能力可以達到101.28%。

TS-A 作為一種促進劑，當其體積分數大于2.0 mL／L時，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 的體積分數控制在2.0 mL／L 以內，TS-B的體積分數要提高至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標準要求電鍍銅層的最大延伸率不小于12%，斷裂強度大于248 MPa。在中試槽中以1.94 A／dm2的電流密度電鍍180 min，將得到的銅箔進行拉力測試。結果表明：當TS-A 的體積分數增大到某一極大值之后，鍍層的延展性開始下降；TS-B的體積分數的增大會逐漸增大鍍層的延展性。結合上面的深鍍能力測試結果，TS-A 的體積分數應控制在0.6～2.0mL／L 范圍內，而TS-B的體積分數應控制在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，本公司生產的藥水在深鍍能力上具有較大優勢。在1.51～2.15A／dm2范圍內加工板件時，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，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，板件的四周極易燒焦，出現銅粉；而采用小電流密度加工時，深鍍能力雖然較好，但是在滿足相同銅厚的條件下，需要相應地延長電鍍時間。故采用1.51～2.15A／dm2的電流密度進行加工。

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（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，影響鍍層質量。電流密度在0.86A／dm2時，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次的方式進行熱沖擊。對得到的板件進行切片觀察。圖5為熱沖擊6次后的切片圖。由圖5可知：鍍層連續致密，無斷裂分層、柱狀結晶等異常出現。

圖5 熱沖擊6次后的切片圖

3 結論

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。結果表明：TS-A 的體積分數應控制在0.5～2.0 mL／L，TS-B的體積分數應控制在8～12mL／L，此條件下電流密度應控制在1.51～2.69A／dm2，加工厚徑比10∶1的板件的深鍍能力可達到80%以上，得到的鍍層結晶均勻細致、性能良好。目前，該藥水體系已經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展［J］.電鍍與精飾，2008，30（8）：16-20.

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