一款化学镀铜用的活化浓缩液的配制及应用研究

2019-04-20杨志锋

印制电路信息 2019年4期

杨志锋

（西陇科学股份有限公司，广东广州 510530）

0 前言

在PCB制造过程中，化学镀铜是最关键工序之一，化学镀（也被称为自催化镀或无电镀）是不需外加电流，在具有自催化活性的材料表面通过溶液中化学还原反应进行的金属沉积过程。化学镀铜工序含调整除油、微蚀、预浸、活化、解胶及沉铜，其中活化过程是非常关键的一环。所谓活化就是在非金属基体表面形成一层非连续的、分布均匀的具有催化活性的金属颗粒（钯），以便诱发后续的化学镀铜，其是控制化学镀铜速率和机理的关键因素，活化效果的好坏不仅直接关系到化学镀铜能否进行，还影响电镀层的质量。

胶体钯可分为酸基胶体钯和盐基胶体钯（图1），由于酸基胶体钯酸度过高，不仅会在生产和使用过程中造成环境污染（盐酸酸雾），同时在化学镀铜中也易产生“粉红圈”现象，已被盐基胶体钯取代。

图1 胶体钯结构及模型

胶体整体呈负电，除了钯核，还有包括一个被锡（II）离子络合物的稳定层（吸附层），目的是作为表面稳定组分来阻止悬浮液中的胶体凝聚，第三层则为扩散层。胶团中的m、n、x与Sn/Pd以及Cl-的浓度有关，在使用过程中，经水洗和解胶后，钯胶团的Sn2+会被去除，留下裸露的钯原子吸附在基体表面引发化学镀铜。

虽然Pd/Sn胶体活化液作为化学镀铜的催化剂已经在商业上使用几十年了，但其也有许多缺点。钯是昂贵的金属，Pd/Sn胶体中Pd含量越高，使用过程中消耗的催化剂的量就越多，特别是近期金属钯价格直线飙升，无论是对药水生产商或PCB厂商，都会形成很大的成本压力，在保证能析出均匀的Pd/Sn催化剂同时，要求提供含低浓度Pd的化学镀铜胶体催化剂[7]，这是其一；其二，锡（II）离子很容易氧化成锡（IV），因此胶体易受外面条件影响，发生不可逆凝胶而失去催化活性。

现拟添加稳定剂、晶体细化剂等，通过优化配制工艺制备出胶体钯的浓缩液，使用透射电镜、活度、钯吸附量及背光等手段来评价此催化剂的性能。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

氯化钯、氯化亚锡、盐酸（37%）、锡酸钠、添加剂若干。

透射电镜、紫外分光光度计、ICP、锡炉。

1.2 试验流程

试验流程如图2所示。

图2 实验流程图

1.3 标准方法

1.3.1 钯的吸附量

（1）取5 cm×5 cm的覆铜板，将板面铜箔以蚀刻去除；（2）将测试片按图2的实验流程直到化学铜完成。（3）将样品的板边进行研磨加工：磨掉化学铜及钯层，然后测量试片尺寸，长（Acm）与宽（Bcm）；（4）将研磨好的试片，溶于50 mL的王水中，将化学铜层及钯层完全溶解，将溶解完全的溶液定容至100 mL；（5）以ICP溶液的钯浓度X×10-6；（6）计算公式：钯的单位面积吸附量（μg/cm2）=1000×X/[10×2×(A×B)]。

1.3.2 活度测试方法

（1）移取10 ml槽液于50 ml容量瓶；（2）用预浸溶液稀释至刻度；（3）再取5 ml（2）移至50 ml容量瓶中（稀释10倍）；（4）再用预浸溶液作空白，测量上述稀释液在425 nm下的消光值（ABS425）；（5）活化剂强度%=110×ABS425。

2 实验结果与讨论

2.1 胶体钯浓缩液配制

配制步骤：

（1）取40～50 mL盐酸（37%）加75 mL水置于250 mL烧杯中，并加热到35～60 ℃，并缓慢加入1 g的PdCl2粉末，充分搅拌；（2）称取30～40 g的氯化亚锡溶于60～70 mL盐酸37%+（20～30）mL水中，然后依次加入添加剂若干；（3）在搅拌状态下，将溶液①缓慢加入到溶液②中，利用逐步升温法进行处理，先在45～55 ℃下保温1.0～2.0 h，继续升温到80～90℃并保温0.5～1.0 h，最后利用油浴在100～120 ℃至沸腾，停止加热，在45 ℃水浴下保温2～3 h；（4）利用合适口径的滤纸下过滤，回收滤液。

2.2 胶体钯浓缩液性能分析

利用透射电镜考察其胶体的分散性及胶团大小，见下图3，图3A呈现的是破乳以后得到的钯胶团，其铺展均匀，样品稳定；图3B则为钯的衍射斑点图，可以确定其晶型整齐；图3D为钯胶束全图，图3C为直接拍摄的胶束里面的纳米钯胶团图，放大以后可以看到金属的晶格条纹，比较整齐，晶核密度大，粒径均匀，粒径为2～3 nm（如图3）。