电路板PCB化学镀铜原理
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2020-08-27
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电路板电路板PCB化学镀铜原理化学镀铜原理
硫酸铜 5g／L 甲醛 1OmL／L 酒石酸钾钠 25g／L 稳定剂 0．1mg／L 氢氧化钠 7g／L
我们先看一个典型的化学镀铜液的配方：
硫酸铜 5g／L
甲醛 1OmL／L
酒石酸钾钠 25g／L
稳定剂 0．1mg／L
氢氧化钠 7g／L
这个配方中硫酸铜是主盐，是提供我们需要镀出来的金属的主要原料。酒石酸钾钠称为络合剂，是保持铜离子稳定和使反应速
度受到控制的重要成分。氢氧化钠能维持镀液的pH值并使甲醛充分发挥还原作用。而甲醛则是使二价铜离子还原为金属铜的
还原剂，是化学镀铜的重要成分。稳定剂则是为了防止当镀液被催化而发生铜的还原后，能对还原的速度进行适当控制，防止
镀液自己剧烈分解而导致镀液失效。
化学镀铜当以甲醛为还原剂时，是在碱性条件下进行的，铜离子则需要有络合剂与之形成络离子，以增加其稳定性。常用的络
合剂有酒石酸盐、EDTA、多元醇、胺类化合物、乳酸、柠檬酸盐等。我们可以用如下通式表示铜络离子：Cu2+•络合物，则
化学镀铜还原反应的表达式如下：
Cu2+•络合物+2HCHO+4OH一一Cu+2HCOO一+H2+2H2O+络合物
这个反应需要催化剂催化才能发生，因此适合于经活化处理的非金属表面，但是在反应开始后，当有金属铜在表面开始沉积出
来，铜层就作为进一步反应的催化剂而起催化作用，使化学镀铜得以继续进行。这与化学镀镍的自催化原理是一样的。当化学
镀铜反应开始以后，还有一些副反应也会发生：
2HCHO+OH一→CH3OH+HCOO-
这个反应也叫“坎尼扎罗反应”，它也是在碱性条件下进行的，将消耗掉一些甲醛。
2Cu2++HCHO+50H→Cu20+HC00一+3H20
这是不完全还原反应，所产生的氧化亚铜会进一步反应：
Cu2O+2HCHO+2OH一→2Cu+H2+H2O+2HCOO—
Cu2O+H2O→2Cu++2OH一
也就是说，一部分还原成金属铜外，还有一部分还原成为一价铜离子。一价铜离子的产生对化学镀铜是不利的，因为它会进一
步发生歧化反应，还原为金属铜和二价铜离子：
2Cu+→Cu+Cu2+
这种由一价铜还原的金属铜是以铜粉的形式出现在镀液中的，铜粉成为进一步催化化学镀的非有效中心，当分布在非金属表面
时，会使镀层变得粗糙，而当分散在镀液中时，会使镀液很快分解而失效。
(1)镀液各组分的影响镀液各组分的影响
二价铜离子(主盐)的浓度变化对化学镀铜沉积速度有较大影响，而甲醛浓度在达到一定的量后，影响不是很大，并且与镀液的
pH值有密切关系。当甲醛浓度高时(2mol／L)，pH值为11～11．5，而当甲醛浓度低时(0．1～0．5mol／L)，镀液的pH值要
求在12～12．5。
如果溶液中的pH值和溶液的其他组分的浓度恒定，无论是提高甲醛或者是二价铜离子的含量(在工艺允许的范围内)，都可以提
高镀铜的速度。
化学镀铜的反应速度(ν)与二价铜离子、甲醛和氢氧根离子的关系可以用以下关系式表示：
ν=K[Cu2+]0.69[HCHO]0.20[OH一]0．25
在大部分以甲醛为还原剂的化学镀铜液中，甲醛的含量是铜离子含量的数倍。酒石酸盐的含量也要比铜离子高，当其比率大于
3时，对铜还原的速度影响并不是很大，但是如果低于这个值，镀铜的速度会稍有增加，但是镀液的稳定性则下降。除了酒石
酸钾钠外，其他络合剂也可以用于化学镀铜，比如柠檬酸盐、三乙醇胺、EDTA、甘油等，但其作用效果有所不同。最为适合
的还是酒石酸盐。
(2)工艺条件和其他成分的影响工艺条件和其他成分的影响
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