一种水平化学镀铜液及其制备方法与流程

本技术涉及化学镀铜，尤其涉及一种水平化学镀铜液及其制备方法。

背景技术：

1、化学铜在化工生产中应用十分广泛，它最早出现的时间是1957年由卡希尔(cahill)公开发表第一个类似现代的化学镀铜溶液，该镀液为碱性酒石酸铜镀液，甲醛为还原剂。随着印制电路板的发展，为化学镀铜技术的发展提供了巨大的市场，在印刷电路板的生产中，使用化学镀铜使铜析出作为通孔的壁面以及基础的线路路径上。化学镀铜还适用于装饰塑料行业中，根据需要在非导电表面上沉积铜、镍、金、银和其他金属作为基座。

2、化学镀铜包括水平线化学镀铜和垂直线化学镀铜，水平线化学镀铜在操作时基材水平放置，因此，相对于垂直线化学镀铜，水平线化学镀铜能够解决多层板细孔径镀层不均匀等缺陷，并能够很好的改善生产环境，实现连续自动化量产作业等。目前，化学镀铜技术已广泛应用于印制电路板的制造过程中。然而，传统的化学镀铜液在水平电镀时存在镀层均匀性差、沉积速度慢、稳定性差、耐磨性能差和结合力差等问题，影响了印制电路板的质量和生产效率。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种水平化学镀铜液及其制备方法，本技术的水平化学镀铜液具有沉积速度快，镀液稳定性好，获得的铜镀层致密、平整均匀、延展性高、镀膜附着力好、耐磨性高等优势，满足功能性化学镀铜要求。

2、第一方面，本技术提供一种水平化学镀铜液，采用如下技术方案：

3、一种水平化学镀铜液，按质量浓度计，包括以下制备原料：五水硫酸铜5-8g/l、还原剂18-22g/l、1-苄基-3-甲基咪唑啉醇2-3g/l、加速剂0.01-0.03g/l、络合剂30-35g/l、缓冲剂20-25g/l、稳定剂0.01-0.03g/l、耐磨剂8-10g/l、表面活性剂0.005-0.008g/l、附着稳定剂0.1-0.3g/l、其余量为去离子水。

4、通过采用上述技术方案，五水硫酸铜在水平化学镀铜液中起着供给铜离子的作用，是铜镀层的主要来源。还原剂的作用是将铜离子还原成固态铜并沉积在基材表面，其中硼氢化钠、硫酸胲和吡咯烷四氟硼酸盐的组合物具有良好的还原性能。1-苄基-3-甲基咪唑啉醇作为助剂有利于提高铜的沉积速率，也可以改善铜镀层的质量。加速剂帮助加快沉积速率，提高镀层的光泽度。络合剂可以与铜离子形成络合物，有助于提高沉积速率和稳定性。缓冲剂可以调节镀液的ph值，维持镀液的稳定性。稳定剂能够使镀液长时间稳定，避免发生异常反应。耐磨剂可以增加铜镀层的耐磨性。表面活性剂有助于减少表面张力，使液体更容易在基材表面均匀分布。附着稳定剂有助于增强镀层与基材之间的附着力。各种原料之间的协同作用可以使水平化学镀铜液具有快速沉积、稳定性好、镀层质量高等优点，从而满足功能性化学镀铜的要求。

5、优选的，所述还原剂由硼氢化钠、硫酸胲和吡咯烷四氟硼酸盐以质量比2:3:1混合制得。

6、通过采用上述技术方案，硼氢化钠、硫酸胲和吡咯烷四氟硼酸盐的混合配方可以有效地促进铜的还原反应，使得铜离子可以快速还原并迅速沉积，从而实现高速的化学镀铜过程。这三种还原剂混合使用可以保证镀铜层的致密性、平整性和均匀性。硫酸胲作为一种优质还原剂，能够有效减少氢气的析出，提高铜沉积质量，而吡咯烷四氟硼酸盐的添加可以改善镀铜液的低温性能，进一步提高镀铜层的质量。总体来说，硼氢化钠、硫酸胲和吡咯烷四氟硼酸盐的协同作用，使得水平化学镀铜液在沉积速度、镀液稳定性和镀铜层质量等方面都得到了优化，提高了该镀铜液的性能和效率。

7、优选的，所述吡咯烷四氟硼酸盐的制备方法为，按照摩尔份数，将1份1,4-二氯丁烷、1.2份二乙胺、1份碳酸钠、1份四氟硼酸加入10份乙腈中，加热至92℃后反应18-20小时，冷却至室温后得到反应液，将反应液抽滤得到滤液，将滤液减压浓缩后加入10份无水乙醇重结晶，过滤后得到滤饼，将滤饼真空干燥至恒重，得到吡咯烷四氟硼酸盐。

8、通过采用上述技术方案，制备获得的吡咯烷四氟硼酸盐在水平化学镀铜液中担当多重角色：吡咯烷四氟硼酸盐能与硼氢化钠和硫酸胲一起共同发挥还原作用，协同促使铜离子在镀液中被还原成固态铜，并沉积在基材表面。吡咯烷四氟硼酸盐的存在可以改善水平化学镀铜液在低温环境下的稳定性，降低镀层质量在温度较低时的影响。吡咯烷四氟硼酸盐可以改善铜镀液的镀涂效果，使得镀铜层更加致密、平整均匀。制备方法中，通过特定的摩尔比例和反应条件，1,4-二氯丁烷、二乙胺、碳酸钠、四氟硼酸在乙腈中反应后形成吡咯烷四氟硼酸盐。该方法不仅确保了反应的高效进行，还通过后续的过滤、干燥等步骤制备出高纯度的吡咯烷四氟硼酸盐。总的来说，吡咯烷四氟硼酸盐在水平化学镀铜液中的作用及制备方法综合发挥了提高镀涂效果、改善镀铜质量、稳定性等多重功能，促进了水平化学镀铜液的全面性能提升。

9、优选的，所述耐磨剂为镀铜碳化钨，其制备方法，包括以下步骤：

10、s31、预处理：10g碳化钨加入到500ml浓度为50g/l的naoh溶液中超声搅拌20-30min；

11、s32、表面化学镀铜：将1l浓度为12g/l的cuso4·5h2o溶液和1l浓度为38g/l的edta-2na溶液混合均匀后，加入naoh调节ph为12.5，然后加入经过预处理的碳化钨搅拌均匀，最后加入1l浓度为15g/l的次磷酸钠溶液，在60℃温度下持续搅拌5h；然后通过离心收集，并使用去离子水将收集到的颗粒洗涤至中性，在50℃真空干燥6-8h，获得镀铜碳化钨。

12、通过采用上述技术方案，在上述水平化学镀铜液中，碳化钨作为耐磨剂的使用是为了提高镀铜层的耐磨性能，通过其与铜层相容性及均匀分布在镀铜层中实现这一目的。碳化钨作为耐磨剂添加到镀铜液中，能够更均匀地分散在镀铜层中。它赋予了镀铜层一定的增强相择优取向，从而提高了镀铜层的整体耐磨性能，延长了镀铜层的使用寿命。镀铜碳化钨在镀铜层中更加均匀沉积分布，并且与铜层具有良好的相容性，不会影响铜层的性能，而是进一步增强了铜层的耐磨性能。在制备方法中，碳化钨的制备包括了预处理和表面化学镀铜两个步骤。通过这个制备方法，碳化钨成功地融入了水平化学镀铜液体系中，发挥了耐磨性能提升的重要作用。

13、优选的，所述稳定剂由2，2'-联吡啶、六氰合铁酸钾和丙烯基硫脲以质量比2:3:0.1-0.2混合制得。

14、通过采用上述技术方案，所述稳定剂2，2'-联吡啶、六氰合铁酸钾和丙烯基硫脲的主要作用是防止水平化学镀铜液中出现不良反应，保持镀液的稳定性。2，2'-联吡啶和丙烯基硫脲可以有效抑制氧化反应的发生，延长镀液的使用寿命，同时六氰合铁酸钾作为络合剂可以稳定铜离子，提高铜的沉积速率，进一步优化镀铜层的质量。这三种稳定剂通过合理配比，协同作用，可以更好地提高镀铜液的性能，使得制备的铜镀层更加致密、均匀和耐磨。

15、优选的，所述加速剂由三乙醇胺和2-氨基吡啶以质量比3:1混合制得通过采用上述技术方案，加速剂作为水平化学镀铜液中的重要组成部分，起着促进反应、加快沉积速度的作用，有助于铜的快速成膜和镀层的均匀性。加速剂由三乙醇胺和2-氨基吡啶混合制成，通过它们的特性搭配，可以提高反应速度并促进铜的沉积过程。具体来说，三乙醇胺作为加速剂之一，在水平化学镀铜中可以提供碱性条件，中和酸性物质，促进还原反应的进行，从而增加铜离子的还原速度，加快铜的沉积速率。另一方面，2-氨基吡啶作为加速剂的第二成分，可以提供配体配位作用，帮助络合剂更有效地稳定铜离子，进一步加速铜的沉积速度，提高镀液的反应性以及获得的铜镀层的品质和性能。因此，加速剂在水平化学镀铜液中的协同作用使得反应更加高效顺利，铜的沉积速率更快，从而能够获得质量更好、性能更优秀的铜镀层，满足了功能性化学镀铜的要求。

16、优选的，所述络合剂由酒石酸钾钠和四羟丙基乙二胺以质量比5:1混合制得。

17、通过采用上述技术方案，络合剂在水平化学镀铜液中起着重要的作用，主要有两方面功能，一是提高铜的沉积速率，二是稳定镀液。所述络合剂由酒石酸钾钠和四羟丙基乙二胺组合而成，通过它们的特性搭配，可以更好地实现这两个功能，具有协同作用。首先,酒石酸钾钠作为络合剂的组成部分之一，主要起到了与铜离子形成络合络合物的作用，增加了镀液中铜的离子浓度，增加了铜的沉积速率。这使得形成的铜镀层更加均匀和致密，提高了镀层的质量。同时，酒石酸钾钠也有助于在镀液中维持适当的ph值，维持镀液的稳定性。其次，四羟丙基乙二胺作为络合剂的另一成分，也具有形成络合络合物的作用，提高铜的沉积速率，并在一定程度上稳定镀液。通过与酒石酸钾钠混合使用，这两种络合剂共同发挥作用，提高了络合效果，进一步加速了铜的沉积速率，提高了镀层的致密性和均匀性，同时提升了整体的稳定性。综合来看，酒石酸钾钠和四羟丙基乙二胺作为络合剂在水平化学镀铜液中协同作用。它们共同作用使得沉积速度更快、铜镀层更加致密和均匀，同时维持镀液的稳定性，满足了功能性化学镀铜的要求。

18、优选的，所述附着稳定剂由2-噻吩丙烯钠和2-呋喃丙烯酸钠以质量比5:1-2混合制得。

19、通过采用上述技术方案，附着稳定剂作为水平化学镀铜液的重要组成部分，在镀液中起着保护和增强镀层附着力的作用。附着稳定剂由2-噻吩丙烯钠和2-呋喃丙烯酸钠混合制备。首先，2-噻吩丙烯钠和2-呋喃丙烯酸钠作为附着稳定剂的成分之一，能够与铜基体表面发生反应，形成一层有机膜，提高了铜镀层的附着力。这可以有效防止镀层在使用过程中发生剥离、脱落等问题，增强了镀层的稳定性和耐久性。其次，通过混合使用2-噻吩丙烯钠和2-呋喃丙烯酸钠，两种成分之间可能发生反应，从而形成更为均匀和致密的保护膜，进一步提高了铜镀层的触点强度和附着力，使得镀层更加稳定。因此，在水平化学镀铜液中，附着稳定剂的作用主要体现在提高镀层的附着力，通过2-噻吩丙烯钠和2-呋喃丙烯酸钠的协同作用，进一步加强了保护膜形成和性能提升，从而满足了功能性化学镀铜的要求，使得镀层具有更好的耐磨性、平整性和一致性。

20、优选的，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。

21、优选的，所述缓冲剂为碳酸钠、碳酸钾中的一种。

22、第二方面，本技术提供一种水平化学镀铜液的制备方法，采用如下的技术方案：

23、作为一个总的技术构思，本技术还提供上述一种水平化学镀铜液的制备方法，包括以下步骤：将五水硫酸铜、还原剂、1-苄基-3-甲基咪唑啉醇、加速剂、络合剂、缓冲剂、稳定剂、耐磨剂、表面活性剂和附着稳定剂加入到去离子水中，搅拌20-30分钟，即得到水平化学镀铜液。

24、综上所述，本技术的有益技术效果：

25、1.快速沉积：通过特定的还原剂组合和1-苄基-3-甲基咪唑啉醇的配合，能够提高铜离子的沉积速率，使得铜可以快速还原并迅速沉积，获得高速的化学镀铜层。

26、2.表面质量优异：获得的铜镀层致密、平整均匀、延展性高，具有很好的镀膜附着力和耐磨性，满足功能性化学镀铜的要求。

27、3.低温性能优越：通过添加吡咯烷四氟硼酸盐改善了水平化学镀铜液的耐低温性能，同时提高了镀铜层的致密性和平整均匀性。

28、4.镀层耐磨性提升：使用碳化钨作为耐磨剂，能够更均匀地分散在镀铜层中，并赋予铜镀层增强相的择优取向，从而提高了镀铜层的耐磨性能。

29、5.镀液稳定性良好：络合剂和缓冲剂的添加使得镀液具有良好的稳定性，保障了整个化学镀铜过程的稳定性和可靠性。