电镀铜工艺介绍（一）——出自苏州维盛

        铜，元素符号Cu,原子量63.5，密度8.89克/厘米3，Cu2+的电化当量1.186克/安时。 铜具有良好的导电性和良好的机械性能，铜镀层也是如此，并且铜容易活化，能够与 其它金属镀层形成良好的金属一金属间键合，从而获得镀层间的良好的结合力。因此， 镀铜在印制板制作过程中占有重要位置。 

1，铜镀层的作用及对镀层，镀液的基本要求 

1.1镀铜层的作用 

  在双面或多层印制板制作过程中，铜镀层的作用其一是作为孔的化学镀铜层（一般0.5-2微米）的加厚层，通过全板镀铜达到厚度5-8微米，一般称为加厚铜；其二是作 为图形电镀Sn-pd或低应力镍的底层，其厚度可达20-25微米，一般称为图形镀铜。随着印制板向高密度，高精度发展，对铜镀层的要求也越来越高。 

1.2对铜镀层的基本要求 

1.2.1良好的机械性能 

  镀层的机械性能主要指韧性，它是金属学上的概念。在金属学中，金属的韧性是由相对伸长率和抗张强度来决定的，Tou=ξ.ó,式中Tou一金属的韧性，ξ一相对伸长率， ó一抗张强度。而相对伸长率ξ=(L-L0)/L0*100%, 是表示金属变形能力大小的物理量， 而抗张强度是单位横截面上承受的位力，是表示表示金属抗变形能力的物理量。从公式 看出，韧性与金属的相对伸长率和抗张强度有关，是表示材料被拉断需要的总能量。   对铜镀层，一般要求相对伸长率不低于10％，抗张强度为20-50公斤/毫米2，以保证 在波峰焊（通常260-2700C）和热风整平(通常2320C)时，不至于因环氧树脂基材与镀铜 层膨胀系数的差异（环氧树脂膨胀系数12.8*10-5/0C，铜0.68*10-5/0C，相差约20倍）， 而使镀铜层产生纵向断裂。 1.2.2板面镀层厚度（Ts）和孔壁镀铜层厚度（Th）之比接近1：1. 

  只有板面及孔内镀层厚度均匀，才能保证镀层有足够的强度和导电生。这就需要镀液有良好的分散能力和深镀能力。 

1.2.3镀层与基体结合牢固，如果结合力不好，镀层起泡，脱皮都会导致线路板的报废 

1.2.4镀层有良好的导电性，这就要求镀层纯度要高，镀层中的杂质主要来源于电镀添加剂了阳极中的杂质。 

1.2.5镀层均匀，细致，有良好的外观。 

 1.3对镀铜液的基本要求 

1.3.1镀液具有良好的分散能力和深镀能力，以保证在印制板比较厚和孔径比较小时，仍能达到Ts:Th接近1：1. 

1.3.2镀液在很宽的电流密度范围内，都能得到均匀，细致，平整的镀层。 

1.3.3镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍度高。 

2，镀铜液的选择 

  印制板镀铜在我国已有三十余年的历史，镀铜技术也在日益成熟和完善。镀铜溶液有多种类型如：硫酸盐型，焦磷酸盐型，氟硼酸盐型以及氰化物型。由于印制板基材是覆铜箔层压板，作为强碱性的氰化物型的镀液显然是不合适的。氟硼酸盐型镀液虽比较稳定，允许电流密度较高，但镀液分散能力差，对板材有一定腐蚀作用，氟硼酸根对环境带来污染且难于治理；焦磷酸盐镀液所得镀层细致，镀液分散能力好，但镀液稳定性差，维护麻烦，成本高，且磷酸根对环境带来污染又给污水排放带来难题。硫酸盐型镀液获得均匀，细致，柔软的镀层，并且镀液成分简单，分散能力和深镀能力好，电流效率高，沉积速度快，污水治理简单，所以，印制板镀铜主要使用硫酸盐镀铜。 

  硫酸盐型镀铜液分为两种，一种是用于零件电镀的普通硫酸盐镀铜液；一种是用于印制板电镀的高分散能力的镀铜液，这种镀液具有"高酸低铜"的特点，因而有很高的导电性和很好的分散能力与深镀能力。当然它们所用的添加剂也有区别。表8-1列出了两种硫酸盐型镀液的基本成分比较。 

   表8-1 硫酸盐型镀液 

  没有添加剂的硫酸盐镀铜液，不可能达到使用的要求。早在本世纪初就已发现明胶，甘氨酸，胱氨酸和硫脲等物质能使硫酸铜镀液得到光亮的镀层。五十年代后曾经有以硫脲或硫脲分别同糊精，巯基苯并噻唑等多种物质配合作为酸性硫酸盐镀铜光亮剂，这些添加剂虽然能使镀层光亮，晶粒细化，但镀层的机械性能却不能满足要求，如：明胶等添加剂导致镀层夹杂，镀层脆性和孔隙率增加；而硫脲组成的添加剂会大大降低镀层的柔软性，且容易分层而使镀层机械性能降低。到七十年代，有关聚合物，有机染料或较复杂的含硫，含氮化物组合的添加剂面世，可以获得高度整平，光亮，柔软良好的铜镀层。 

3，光亮酸性镀铜 

3.1电镀铜机理 

镀铜溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸，在直流电压的作用下，在阴，阳极上发生如下反应： 阴极： Cu2+获得电子被还原成金属铜，在直流情况下电流效率可达98％以上。Cu2++2e   → Cu 

某些情况下镀液中存在少量 Cu+，将发生如下反Cu++e    →    Cu 还可能出现Cu2+的不完全还原： Cu2+ +e  →  Cu+   
按标准电极电位ψ0Cu2+/ Cu=+0.34伏，ψCu+/ Cu=+0.51伏，应尽量避免溶液中Cu+的出现。由于铜的还原电位比H+正得多，所以一般不会有氢气析出。 

阳极： 阳极反应是溶液中Cu2+的来源： 

Cu-2e →  Cu2+    

在少数情况下，阳极也可能发生如下反应： 

  Cu-e  →    Cu+         

溶液中的Cu+在足够量硫酸的存在下，可能被空气中的氧气氧化成Cu2+： 

2 Cu++1/2O2+2H+     →      2 Cu2++H2O 

当溶液中酸度不足时，Cu+  会水解形成Cu20，形成所谓"铜粉"： 

2 Cu++2 H2O     →    2 Cu(OH)2+2H+ +C+u20+ H2O 

氧化亚铜的生成会使镀层粗糙或呈海绵状，因此在电镀过程中应尽量避免一价铜的出现。 

3.2镀铜配制 

1）以10％NaOH溶液注入镀槽，开启电镀铜过滤机和空气搅拌。将此液加温到60℃，保持4-8小时，然后用清水冲洗。再注入5％硫酸，同样浸洗然后用清水冲洗。同时检查过滤及搅拌系统。 

2）在备用槽内，注入所配溶液1/4体积的蒸馏水或去离子水，在搅拌下缓慢加入计量的硫酸，借助于溶解所放出的热量，加入计量的硫酸铜，搅拌使全部溶解。 

3）加入1-1.5毫升/升H2O2,搅拌1小时，升温至65℃，保温1小时，以赶走多余的双氧水。 

4）加入3克/升活性炭，搅拌1小时，静止半小时后过滤，直至没有炭粒为止。将溶液转入镀槽。 

5）加入计量的盐酸，加入计量的添加剂，加蒸馏水或去离子水至所需体积。放入予先准备好的阳极。 

6）以1-1.5安培/分米2阳极电流密度进行电解处理，使阳极形成一层致密的黑色薄膜。大约3-4小时以后，可以投入使用。 

  配制镀液时，如果使用高质量的硫酸铜，也可以省去3）步。 

3.3镀液中各成份的作用 

3.3.1硫酸铜 

  硫酸铜是镀液中主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积出铜镀层。硫酸铜浓度控制在60-100克/升，提高硫酸铜浓度可以提高允许电流密度，避免高电流区烧焦，硫酸铜浓度过高，会降低镀液分散能力。 

3.3．2硫酸 

  硫酸的主要作用是增加溶液的导电性，硫酸铜一硫酸溶液的比电阻见表8-4.硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响，硫酸浓度太低，镀液分散能力下降，镀层光范围缩小；硫酸浓度太高，虽然镀液分散能力较好，但镀层的延性分降低。硫酸浓度以160-220克/升为宜。 

  表8-4 硫酸铜一硫酸溶液的比电阻（Ω一cm）250C