反向脉冲电镀组合物和方法技术

一种组合物，包含氯离子和增亮剂，氯离子与增亮剂的浓度比为２０∶１到１２５∶１，增亮剂的浓度为０．００１ｐｐｍ到１．０ｐｐｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
反向脉冲电镀组合物和方法
本专利技术涉及一种反向脉冲电镀(reverse pulse plating)组合物和方法。更准确地说，本专利技术涉及一种能减少增亮剂分解和减少电镀金属层缺陷的反向脉冲电镀组合物和方法。
技术介绍
在很多行业中，使用了多种用金属层或涂层电镀制品的组合物和方法。这些方法可包括在电镀组合物或溶液中的两个电极间通以电流，其中一个电极是要进行金属电镀的制品。用酸性铜电镀溶液来说明，电镀溶液可包括(1)溶解的铜(二价铜离子)，通常是硫酸铜，(2)酸性电解液例如，数量足以赋予溶液电导率的硫酸，和(3)用来改善电镀反应效率以及金属沉积物质量的添加剂。例如，这样的添加剂包括表面活性剂、增亮剂、匀平剂、抑制剂和缓蚀剂。例如，可被电镀的金属包括铜、铜合金、镍、锡、铅、金、银、铂、钯、钴、铬和锌。电镀用金属溶液用于多种工业用途。例如，在汽车工业中，它们被用作后续的装饰和防腐涂层的底层。它们还可以用于电子工业，如制造印刷电路或印刷线路板，和半导体器件。为制备印刷电路板中的电路，将一种金属如铜电镀在印刷电路板表面的选定部分和穿过电路板基材表面的通孔壁上。将通孔壁金属化，以在板的每个表面的电路层之间提供电导性。早期制造印刷电路板的尝试是用为装饰电镀研制的电镀用金属溶液。然而，由于印刷电路板变得更加复杂和工业标准变得更严格，已发现用于装饰电镀的溶液已经不能适应印刷电路板的制造。在使用电镀用金属溶液中遇到的一个严重的问题包括通孔壁上厚度不均匀的涂层，金属在通孔的顶部和底部沉积得较厚，在中心较薄，这种情形在现有技术中被称为“八字试块”(dog boning)。在通孔中心处较薄的沉积物会导致电路的缺陷和印刷板的报废。八字试块被认为是由通孔上表面与通孔中心之间的电压降造成的。这种电压降随电流密度、通孔长度与通孔直径的比例(长宽比)和印刷板厚度变化。随着印刷板长宽比和厚度增加，由于印刷板表面和通孔中心的电压降，八字试块-->变得更严重。这种电压降被认为是由几种因素综合造成的，包括溶液电阻、由传质带来的表面与通孔之间电位的差异，即溶液通过通孔的流动与溶液在印刷板表面的运动的差异，以及与表面相比通孔中由溶液添加剂浓度造成的电荷转移的差异。印刷电路板行业不断地寻求更高的电路密度。为了增加密度，该行业已经借助于具有通孔或通过多层的互连的多层电路。多层电路的制造导致印刷板厚度的整体增加和通过印刷板的互连长度的相应增加。这意味着增加的电路密度造成长宽比和通孔长度增加并增加了八字试块问题的严重性。对于高密度的印刷板来说，长宽比超过10∶1。在金属电镀中遇到的另一个问题是出现周期性的表面粗糙和被镀金属外观不均匀的缺陷。周期性的表面粗糙和外观不均匀被认为是由通过被镀印刷线路板表面不均匀电流分布造成的。不均匀的电流分布得到在印刷板表面不均匀的或不平坦的金属沉积物，从而导致了被镀金属层表面粗糙和外观不均匀。另外一个可以经常观察到的缺陷是形成树枝状晶体或“晶须”。晶须被认为是被镀金属的晶体并从电镀表面生长出。晶须的直径范围从小于1微米到几毫米。尽管晶须的形成原因还存在争论，但毫无疑问的是，对于各种电学、机械学和装饰原因，这种晶须是不受欢迎的。例如，晶须很容易分离并被冷空气流带到电子装置中，在电子设备外壳的内部和外部，在这里它们会造成短路破坏。电镀金属是一种在电镀液中涉及多种成分的复杂的过程除了含有能提供金属源的金属盐、PH调节剂和表面活性剂或润温剂外，很多电镀液还含有能够改善电镀过程的各个方面的化合物。这些化合物或添加剂是用来改善电镀金属亮度、被镀金属的物理性能尤其是延展性以及电镀溶液或镀液的电积能力的辅助电镀液成分。溶液的电积能力定义为流过通孔中心的电流密度与流过通孔表面的电流密度之比。当通孔中心的电流密度与通孔表面的电流密度一样的时候达到最佳的电积能力。然而，难以达到这样的电流密度。一个主要的关注是对表面金属沉积物的光亮饰面、均化和均匀度有影响的添加剂。将这种添加剂的镀液浓度维持在允许的严格范围内对得到高质量的金属沉积物是重要的。添加剂在金属电镀过程中的确发生了损耗。添加剂由于在阳极的氧化、在阴极的还原和化学降解而损耗。当在电镀过程添加剂发生损耗时，损耗产物可能导致金属层沉积物特性低于-->工业标准的满意度。通常，添加剂的定期加入是基于本行业工作人员确立的经验法则来尝试并保持使用添加剂的最适宜浓度。然而，监控改善电镀的添加剂浓度仍是困难的，这是因为添加剂在镀液中的浓度很低，即溶液的百万分之几。因此，镀液中添加剂的量最后变得使添加剂浓度超出了可以接受的允许范围。如果添加剂的浓度大大超过可允许的范围，金属沉积物的质量降低且沉积物的外观无光和/或结构上易碎或粉化。其它的结果包括低的电积能力和/或低匀镀性的镀折。在制造多层印刷电路板中对通孔互连的电镀是要求优质电镀的一个例子。在反向脉冲电镀液和方法中发现了许多前述的问题。反向脉冲电镀是一种在电镀过程中电流在阴极电流(正向脉冲)和阳极电流(反向脉冲)之间交替变化的电镀工艺。典型的脉冲或波形的反向与正向电压比为3-1，正向波形的时间为10-20毫秒，反向波形的时间为0.5-1毫秒。然而，这样的波形经常会导致不理想的被镀金属外观层的周期性表面粗糙度和不均匀，尤其是电流密度为100amps/cm2时。反向脉冲电镀液的另一个问题是镀液使用期限短，它可能在几天内，即2-3天有最佳性能。优选的，最佳的镀液性能是持续的(6个月-至少一年)。镀液的最佳性能持续时间越长，电镀工艺就越经济。反向脉冲电镀液的使用期限短是由于添加剂的损耗，尤其是由于增亮剂副产物的增多。副产物的形成速率首先取决于增亮剂的浓度，其次取决于副产物在阳极表面形成的停留时间。反相脉冲电镀使用高的增亮剂浓度，即超过1ppm，以防止或减少在均匀化、电积能力和边角开裂(corner cracking)的性能变差。差的电积能力导致金属表面粗糙和金属层不均匀。边角开裂是一种被镀金属层从被镀基质表面开始分离的情况。然而，高的增亮剂浓度会导致副产物的高浓度，它能缩短电镀液的使用期限。因此，需要一种改进的反向脉冲电镀组合物或镀液以及改进的反向脉冲电镀方法以解决前述问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种包含氯化物和增亮剂的组合物，其中氯化物∶增亮剂的浓度比为20∶1到125∶1，并且增亮剂的浓度为0.001ppm到1.0ppm。组合物可以用做在基材上电沉积金属的电镀溶液或镀液。除了氯化物和增亮剂外，该组合物还包含金属离子源。金属离子源可以是待在基材上电镀的金属的盐。-->本专利技术的组合物也可包括其它添加剂如，匀平剂、抑制剂、载体、表面活性剂、缓冲剂以及可用于电镀液中的其它成分。本专利技术的组合物可以有水或有机溶剂。本专利技术的另一个实施方案涉及一种方法，它包括(a)产生通过阴极、阳极和处于电连接(electrical communication)的组合物电动势，以在阴极、阳极和组合物周围产生电场，该组合物包括金属离子、增亮剂和氯离子，所述氯离子与增亮剂的浓度比为20∶1到125∶1；(b)变化阴极、阳极和组合物周围的电场以提供脉冲图形或一种脉冲图形的组合来在阴极上电镀金属，这种组合包括(I)阴极电流后跟着阳极电流；(II)阴极电流后跟着阳极电流，阳极电流后是阴极直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合物，包含氯离子和增亮剂，氯离子与增亮剂的浓度比为20∶1到125∶1，增亮剂的浓度为0.001ppm到1.0ppm。2.如权利要求1所述的组合物，其中氯离子与增亮剂的浓度比为25∶1到120∶13.如权利要求1所述的组合物，还包含金属离子，如铜离子、镍离子、锡离子、铅离子、铬离子、钯离子、金离子、银离子、铂离子、铟离子、镉离子、铋离子、钴离子、铑离子、钌离子、或锌离子。4.如权利要求5的组合物，还含有匀平剂，如烷氧基化的内酰胺，其分子式为：其中，A为烃基，R1是氢或甲基，n是从2到10的整数，n’是从1到50的整数。5.如权利要求1所述的组合物，还含有匀平剂如聚亚烷基二醇醚，其分子式为[R2-O(CH2CH2O)m(CH(CH3)-CH2Op-R3)]a，其中m是8到800的整数，p是0到50的整数，R2是C1到C4的烷基，R3是脂族链或芳基，a为1或2。6.如权利要求1所述的组合物，还含有分子式为N-R4-S的化合物，其中R4是取代的或未取代的烷基，或取代的或未取代的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·R·巴斯泰德，T·巴克利，R·克鲁兹，T·古德里奇，G·哈姆，M·J·卡佩克斯，K·普莱斯，E·雷丁顿，W·索南伯格，
申请(专利权)人：希普雷公司，
类型：发明
国别省市：