[发明专利]一种无氰离子液体镀铜溶液及镀铜工艺

说明书

本发明公开了一种无氰离子液体镀铜溶液及镀铜工艺。该镀铜溶液由摩尔比为1:2~1氯化亚铜和氯化1‑乙基3‑甲基咪唑组成；常温下，将两种粉末按摩尔质量称重，混合后即获得镀液。在镀槽内，镀液温度为25~80℃，在电流密度为0.5~5A/dm²下，以铜丝为阳极，导电待镀件为阴极，与直流电源正、负极相连接，施镀时间根据施镀时的电流密度及所需镀层厚度确定。通过本发明的环保型无氰镀铜液进行镀铜，镀铜的温度范围广、电流密度范围大。

技术领域

本发明涉及表面处理技术中的镀铜溶液及镀铜工艺，尤其是涉及一种无氰离子液体镀铜溶液及镀铜工艺。

背景技术

铜具有良好的延展性、导热性和导电性，柔软而易于抛光。电镀铜技术广泛用于印刷线路板、塑料电镀，以及钢铁表面镀Ni、镀Cr前的预镀层，以提高表面镀层和基体的结合力，是电镀行业的主要镀种之一。目前，电镀领域中采用的镀铜溶液的种类很多，有氰化物镀铜液、硫酸盐镀铜液、焦磷酸盐镀铜液、柠檬酸盐镀铜液等。其中，氰化物镀铜层结晶细致、覆盖能力强、结合力好，但含剧毒的氰化物，已被禁止使用。硫酸盐镀铜液成分简单，镀液稳定，但镀层结晶组织较粗大，且不能直接在铁和铁合金上镀铜；焦磷酸盐镀铜液能获得满意的性能，但电镀参数控制要求高、结合力还有待提高。镀铜常用的工艺参数为：温度30~70℃，电流密度0.5~6.5A/dm²。

由于氰化物镀铜液存在严重的环保问题，很多专利都提出了无氰的镀铜溶液。例如：专利931034760公开了一种含硫酸铜、焦磷酸四钾等组成的镀铜液；专利038015919公开了一种含铜的链烷磺酸盐以及游离的链烷磺酸铜的镀铜液；专利2011104238693公开了一种含硫酸铜、甲叉二膦酸、甲氨二甲叉膦酸等组成的镀铜液；专利2011104588697公开了一种含硝酸铜、2甲叉二膦酸、六甲叉二膦四甲叉膦酸等组成的镀铜液；专利2013105537013、2013105544322和2014102319083分别公开了以Cu₂(OH)₂CO₃为铜源、5,5-二甲基乙内酰脲或氨基磺酸胍或联二脲为配位体的镀铜液。专利2013106032834公开了一种用羟基亚乙基二膦酸（HEDP）的酸性镀铜液；专利2014102286484和2014102286785分别公开了一种以肼或羟胺为还原剂的镀铜液，组成中含Cu₂O；专利2014102326335公开了一种含三苯甲烷染料的硫酸盐镀铜液；专利2014100978673公开了一种不含氯离子而具有pH为1.7～3.5的镀铜液；专利2015108221149公开了一种含硫酸铜、甲叉二膦酸或1-羟基乙叉1.1二膦酸等组成的镀铜液；专利2015104337998公开了一种含铜盐、醌类化合物等组成的镀铜液；专利2015105619629公开了一种含硫酸铜、酒石酸钾钠、代氰盐等组成的碱性镀铜液。需要指出的是，上述镀铜溶液都属于水溶液体系，其主要组成是极性的水分子。

最近，一种与水溶液完全不同、由离子构成的新型液体“离子液体”，因具有电位窗宽、蒸汽压低、不含水、绿色环保等特点，在电镀领域得到广泛重视。研究人员对离子液体的镀铜技术开展了大量的研究，并提出了以氯化亚铜为铜源的离子液体镀铜体系，如：氯化亚铜－氯化丁基吡啶[1]、氯化亚铜－1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺[2]、、氯化亚铜－1-丁基3-甲基水杨酸[3]、氯化亚铜－1-乙基3-甲基咪唑硫酸乙酯[4]；和以氯化铜为铜源的离子液体镀铜体系，如：氯化铜－氯化1-丁基3-甲基咪唑－乙二醇[5]、氯化铜－氯化1-乙基3-甲基咪唑－乙二醇[6]、氯化铜－氯化胆碱－乙二醇[7]等。根据参考文献[1]-[7]可知，现有离子液体镀铜的工艺参数为：55~85℃、电流密度0.2~0.4A/dm²。与水溶液镀铜相比，离子液体镀铜时的温度较高、电流密度较低。

参考文献:

[1] 小浦延幸，岩井正行，上田耕一郎、鈴木彰；常温型熔融塩浴を用いたCu(I)イオンからのCuの電析，表面技術，44(1993)439-445