UV固化活化浆料的制备及快速化学镀铜的应用研究

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的生产艺工有减成法和加成法。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:CuSO4·5H2O12g/L，EDTA·2Na5.8g/L，THPED10g/L，甲醛14mL/L，2，2'-联吡啶10mg/L，2-MBT7mg/L，有机物M20mg/L，K4Fe(CN)6·3H2O10mg/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/□。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 化学镀铜活化剂的研究现状

1．2．1 二价贵金属盐活化液

1．2．2 分步活化法

1．2．3 胶体钯活化法

1．2．4 离子钯活化法

1．2．5 浆料钯活化法

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 THPED-EDTA·2Na快速化学镀铜体系的研究

2．1 引言

2．1．1 活化工艺

2．1．2 化学镀铜的机理

2．1．3 化学镀铜液组成

2．1．4 本章研究内容

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料与仪器

2．2．2 化学镀铜工艺流程

2．2．3 化学镀铜性能测试

2．3 实验结果及讨论

2．3．1 EDTA·2Na含量对沉积速率的影响

2．3．2 THPED含量对沉积速率的影响

2．3．3 硫酸铜对沉积速率的影响

2．3．4 甲醛对沉积速率的影响

2．3．5 pH值对沉积速率的影响

2．3．6 温度对沉积速率的影响

2．3．7 添加剂对化学镀铜的影响

2．4 本章小结

第三章 THPED-EDTA·2Na化学镀铜体系的电化学研究

3．1 引言

3．2 化学镀铜液的循环伏安特性研究

3．2．1 Cu(Ⅱ)的循环伏安特性研究

3．2．2 HCHO的循环伏安特性研究

3．3 THPED-EDTA·2Na化学镀铜体系阴、阳极反应的控制程度

3．4 THPED-EDTA·2Na化学镀铜体系的阳极极化特性曲线研究

3．4．1 甲醛对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．2 添加THPED对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．3 添加EDTA·2Na对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．4 添加2,2’-联吡啶对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．5 有机物M浓度对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．6 K4Fe(CN)6·3H20浓度对甲醛阳极极化曲线的影响

3．4．7 吐温-80浓度对申醛阳极极化曲线的影响

3．5 THPED-EDTA·2Na化学镀铜体系中Cu(Ⅱ)的阴极极化特性曲线研究

3．5．1 添加硫酸铜对CuⅡ)的阴极极化曲线的影响

3．5．2 添加THPED对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．5．3 添加EDTA·2Na对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．5．4 添加2,2’-联吡啶对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．5．5 添加有机物M对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．5．6 添加K4Fe(CN)6·3H2O对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．5．7 添加吐温-80对Cu(Ⅱ)的阴极极化曲线的影响

3．6 本章小结

第四章 UV固化活化浆料的制备及应用

4．1 引言

4．1．1 UV固化活化浆料光固化原理

4．1．2 UV活化浆料的组成

4．1．3 本章研究内容

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚氨酯丙烯酸酯与Ag+作用的光谱分析

4．3．2 化学镀铜过程研究

4．3．3 光引发剂的研究

4．3．4 附着力性能的研究

4．3．5 UV活化浆料催化活性的研究

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文与申请的专利

致谢

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