[发明专利]一种碱性无氰镀铜的电镀液及电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及电镀铜工艺的技术领域，尤其涉及一种碱性无氰镀铜的电镀液及电镀方法。

背景技术

铜具有良好的导电性和导热性，较为柔软，容易抛光，易溶于硝酸，也易溶于加热的浓硫酸中，在盐酸和稀硫酸中作用很慢川。在空气中易于氧化(尤其在加热条件下)，氧化后将失掉本身的颜色和光泽，在潮湿空气中与二氧化碳或氧化物作用生成一层碱式碳酸铜，当受到硫化物作用时，将生成棕色或黑色薄膜。

由于铜电位较正，因而它很容易在其它金属上沉积。以铜作为底层，连同光亮镍和微裂纹铬一起使用时，能得到非常良好的抗蚀性镀层。铜镀层能有效地保护锌压铸件不受酸性镀镍溶液的浸蚀而溶解，并由此防止了置换镀，当电镀锌压铸件时，铜作为底层是必不可少的。同样，钢件镀镍铬之前镀铜，容易被抛光到很高的表面光度，从而可以降低某些钢件的磨光及抛光成本。所以，铜镀层通常用来作为金、银、镍及铬镀层的底层。另外，由于具有良好的导电性，铜镀层也广泛的应用于印刷线路板上。铜能有效地阻止碳、氮的扩散渗透，低孔隙率的铜镀层作为一种阻挡层，也广泛应用于钢基体零件的渗氮和渗碳工艺。

氰化镀铜镀液的均镀能力及整平能力好，镀层结晶细致、与基体的结合力好，技术成熟，工艺操作简单，长期以来已广泛应用于各种金属基体材料的打底镀层。但是氰化物的毒性大，致死量仅为50mg，我国已经出台相关法令政策禁比使用氰化物电镀。因而，无氰镀铜成为未来电镀铜发展的一个趋势。

现有无氰镀铜普遍存在镀液的性能不够理想，镀层质量不强的技术缺陷，这些严重制约了无氰镀铜在工业上完全取代有氰镀铜。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种三乙醇胺无氰镀铜的电镀液，该电镀液的性能良好，由镀液获得的镀层质量优异。

一种三乙醇胺无氰镀铜的电镀液，包括含量为15～25g/L的Cu₂(OH)₂CO₃、含量为64～102g/L的5,5-二甲基乙内酰脲、含量为20～40g/L的柠檬酸盐和含量为10～16g/L的焦磷酸盐。

其中，包括含量为22g/L的Cu₂(OH)₂CO₃、含量为89g/L的5,5-二甲基乙内酰脲、含量为25g/L的柠檬酸盐、含量为12g/L的焦磷酸盐。

其中，所述柠檬酸盐为柠檬酸铵。

以上电镀液的技术方案中，选用5,5-二甲基乙内酰脲为配位剂。5,5-二甲基乙内酰脲的五元环上含有两个酰亚胺基团。二价铜的标准电极电位为+0.340V，简单铜离子镀液的极化程度较低，铜的放电速度很快。若采用简单盐镀液进行电镀得到的镀层粗糙、结合力不好。加入5,5-二甲基乙内酰脲，它能与二价铜离子配位形成稳定的络合离子，络合离子在阴极沉积时的放电电位较简单的二价铜离子更负，即极化程度更大。因而，络合离子放电更为平稳，使得镀层的更为细致平整。

选用柠檬酸盐作为辅助配位剂。柠檬酸盐优选为柠檬酸钾、柠檬酸钠或硝酸铵。柠檬酸盐可与三乙醇胺一起与二价铜离子形成混合配位体的络合离子。柠檬酸盐可改善镀液的分散能力，增强镀液的缓冲作用，促进阳极溶解，增大容许电流密度和提高镀层的光亮度。柠檬酸盐进一步优选为硝酸铵。硝酸铵含有的铵离子能改善镀层外观。

选用焦磷酸盐作为导电盐。硝酸盐可以提高工作电流密度的上限、减少针孔、降低镀液的操作温度、提高分散能力，但明显降低电流效率。焦磷酸盐优选为焦磷酸钾或焦磷酸钠。

选用Cu₂(OH)₂CO₃(碱式碳酸铜)为铜主盐。Cu₂(OH)₂CO₃含有的氢氧根可维持镀液的碱性环境，碳酸根可改善镀层的晶体结构。相比于硫酸铜和硝酸铜的铜主盐，Cu₂(OH)₂CO₃不会给镀液引入阴离子杂质，这是因为氢氧根为镀液碱性环境所必需，碳酸根在酸性条件下以二氧化碳的形式逸出。以此，避免了硫酸根和硝酸根的过量造成的镀层结合力的下降。

本发明另一方面提供一种电镀方法，该方法可以使由性能良好的镀液电镀获得的镀层质量优异。

一种使用上述电镀液进行电镀的方法，包括以下步骤：