一种应用于PCB的化学镀铜溶液智能制备工艺的制作方法

一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺
技术领域
1.本发明涉及化学镀铜溶液技术领域，具体来说，涉及一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺。


背景技术：

2.化学镀铜在印制线路板（pcb）的孔金属化，塑料及陶瓷表面的金属化及电磁屏蔽材料的制备等方面有着广泛的应用。化学镀是通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下还原进行的金属沉积过程，化学镀只有在具有催化活性的表面才能进行。其利用化学还原剂使金属离子在具有催化活性的镀件上形成金属或金属层的方法，无需电源，工艺设备简单，可在非金属（非导体）如塑料、玻璃、陶瓷及半导体材料表面上进行，镀层厚度非常均匀，结合力好。基于化学镀优于电镀的特性，所以在线路板制造领域得到了广泛的应用。
3.化学镀铜溶液的种类很多。按镀铜层的厚度分为镀薄铜溶液和镀厚铜溶液（即沉积速率要求达到6～9μm/h，30min内镀层厚度达2～3μm）；而根据溶液的用途，又可分为塑料金属化、印制电路板孔金属化等溶液。化学镀铜溶液主要是由铜盐、还原剂、络合剂、稳定剂、ph值调节剂和其他添加剂组成。化学镀是金属的连续膜在没有外部电子供应协助的情况下的受控的自催化沉积。可以对非金属表面进行预处理从而使得它们对于沉积是接受的或催化的。可以对表面的全部或选择的部分适当地进行预处理。络合剂用于螯合待沉积的铜且防止所述铜从溶液中沉淀出来。螯合铜使得铜对还原剂是可用的，所述还原剂将铜离子转化为金属形式。
4.目前，线路板生产的发展趋势为线路板直接金属化的化学镀铜工艺，该工艺为：使基体被选择性活化，从而形成线路状活化区域，然后在化学镀铜溶液沉积铜在活化区域上，从而形成了导电线路。而目前在配置化学镀铜溶液时，固体原料中，如五水硫酸铜、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸中，往往含有一定的杂质，在与溶液溶解时，杂质会与溶液混合，使得镀铜溶液品质降低，进而会影响pcb板的镀铜；同时传统的制备工艺缺乏智能控制，无法保证批量制备的成品均与设定值保持较高的一致性，且制备组成成分也没有针对现有技术存在的缺陷进行改进，来达到智能高效制备、低劳动量、无污染、成品效果优秀的功能目的。
5.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.针对相关技术中的问题，本发明提出一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
7.为此，本发明采用的具体技术方案如下：一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将30-60份五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液；s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入35-50份添加剂、40-70份还原
剂、20-40份络合剂、6-15份稳定剂、8-15份加速剂及2-5份表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
8.进一步的，所述将30-60份五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取30-60份五水硫酸铜置于40-60℃的去离子水中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置10-20h后过滤；s13、向过滤后的溶液中加入硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
9.进一步的，所述添加剂包括硫脲、2，2-联吡啶、l-精氨酸、亚铁氰化钾中的至少两种；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
10.进一步的，所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
11.进一步的，所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
12.进一步的，所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶、氯化铵、硫酸镍、硫酸亚铁、胞嘧啶、2-巯基苯并噻唑、腺嘌呤、苯并三氮唑中的至少一种。
13.进一步的，所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于11.8-12.7之间。
14.进一步的，所述监测设备包括温度传感器、ph计探头及光电比色计；所述参数包括铜离子浓度、ph值及温度。
15.进一步的，所述模糊控制器包括数据库、知识库、模糊控制规则集及模糊逻辑推理单元；其中，所述数据库用于存储制备过程中的参数与生产数据；所述知识库用于存储专业技术知识；所述模糊控制规则集用于针对化学镀铜溶液变化的特点，构建并存储模糊控制规则满足制备工艺的需求；所述模糊逻辑推理单元用于根据当前参数与控制状态，匹配相应的模糊控制规则并向输出模糊控制。
16.进一步的，所述控制状态包括：，表示e的绝对值逐渐增大；，表示e的绝对值逐渐减少；，表示e处于极致状态；
式中，表示模糊控制器的特征状态，表示系统的偏差，r表示参数的给定值，y表示被增添e的当前值。
17.本发明的有益效果为：1、通过构建模糊控制器对化学镀铜溶液制备工艺进行智能控制，能够针对镀铜溶液中各参数的改变进行实时监测捕捉，再利用模糊控制规则进行反馈进行各个成分自动添加的模糊控制，从而形成自动化智能制备流程，满足预先设定的化学镀铜溶液的基本参数，达到高速响应、灵活控制及精确制备的目的。
18.2、通过预先对制备得到的硫酸铜溶液进行活性炭清洗，能够有效提高硫酸铜溶液的纯度，降低并清除其中杂质与多余离子含量，从而提高镀铜溶液自身的镀铜覆膜性能；而对制备完成后利用双氧水进行清洗可有效清除镀铜溶液中杂质，从而对溶液形成维护与稳定，有效提高镀铜溶液的使用寿命。
19.3、通过采用无甲醛的还原剂，能够避免甲醛带来的一系列环境污染问题，即利用乙醛酸与二羟乙酸混合制备的还原剂，配合添加剂、乙二胺四乙酸与三乙醇胺定量配置的络合剂，可大大提高镀铜溶液的沉积速率，保证镀铜溶液的效率，同时通过表面活性剂，还可大幅提高pcb板表面的平整度与光亮性，形成浮层均匀、光亮平整的pcb板。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是根据本发明实施例的一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺的流程图；图2是根据本发明实验例中实施例一、二、三、四、五与对比例一、二、三的化学镀液的镀速对比示意图；图3是根据本发明实验例中实施例一、二、三、四、五与对比例一、二、三的化学镀液的分解时间对比示意图；图4是根据本发明实验例中实施例一、二、三、四、五与对比例一、二、三的化学镀液在pcb板上镀层厚度对比示意图。
具体实施方式
22.根据本发明的实施例，如图1所示，提供了一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，现结合各实施例对本发明的制备工艺与化学镀铜溶液进行详细说明。
23.实施例一一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将30g五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取30g份五水硫酸铜置于50℃的去离子水（3l）中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置20h后过滤；
s13、向过滤后的溶液中加入15g硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
24.s2、利用自动添加仪（本发明选用加药泵作为自动添加仪来实现成分原料的自动定量输送）向所述硫酸铜溶液中依次加入35g添加剂、40g还原剂、20g络合剂、6g稳定剂、8g加速剂及2g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
25.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
26.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
27.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
28.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶与氯化铵。
29.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
30.此外，利用模糊控制器对镀铜溶液制备流程进行监控，按照上述各个组分的预设值含量进行控制与添加，制备得到完整的化学电镀溶液。
31.实施例二一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将40g五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取40g五水硫酸铜置于50℃的去离子水（3l）中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置20h后过滤；s13、向过滤后的溶液中加入15g硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
32.s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入40g添加剂、50g还原剂、28g络合剂、9g稳定剂、10g加速剂及3g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
33.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
34.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
35.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数
比为1：4。
36.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶与氯化铵。
37.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
38.此外，利用模糊控制器对镀铜溶液制备流程进行监控，按照上述各个组分的预设值含量进行控制与添加，制备得到完整的化学电镀溶液。
39.实施例三一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将50g五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取50g五水硫酸铜置于50℃的去离子水（3l）中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置20h后过滤；s13、向过滤后的溶液中加入15g硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
40.s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入45g添加剂、60g还原剂、35g络合剂、12g稳定剂、12g加速剂及4g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
41.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
42.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
43.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
44.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶与氯化铵。
45.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
46.此外，利用模糊控制器对镀铜溶液制备流程进行监控，按照上述各个组分的预设值含量进行控制与添加，制备得到完整的化学电镀溶液。
47.实施例四一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将50g五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取50g五水硫酸铜置于50℃的去离子水（3l）中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置20h后过滤；s13、向过滤后的溶液中加入15g硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
48.s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入45g添加剂、60g还原剂、35g络
合剂、12g稳定剂、12g加速剂及4g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
49.其中，所述添加剂包括l-精氨酸与亚铁氰化钾；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
50.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
51.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
52.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括硫酸镍、硫酸亚铁与胞嘧啶。
53.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
54.此外，利用模糊控制器对镀铜溶液制备流程进行监控，按照上述各个组分的预设值含量进行控制与添加，制备得到完整的化学电镀溶液。
55.实施例五一种应用于pcb的化学镀铜溶液智能制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将60g五水硫酸铜溶解于水中进行清洗过滤得到硫酸铜溶液，包括以下步骤：s11、称取60g五水硫酸铜置于50℃的去离子水（3l）中，搅拌至完全溶解；s12、向完全溶解的溶液中加入活性炭，静置20h后过滤；s13、向过滤后的溶液中加入15g硫酸并搅拌均匀，得到硫酸铜溶液。
56.s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入50g添加剂、70g还原剂、40g络合剂、15g稳定剂、15g加速剂及5g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、利用自动添加仪向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、利用监测设备对所述混合溶液的参数进行测量；s5、 利用模糊控制器对所述混合溶液的参数进行控制，调节各个所述自动添加仪的运行直至参数满足设定取值范围；s6、利用双氧水对配置完毕后的所述混合溶液进行清洗，过滤去除杂质后得到最终的化学镀铜溶液。
57.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
58.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
59.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
60.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶与氯化铵。
61.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
62.此外，利用模糊控制器对镀铜溶液制备流程进行监控，按照上述各个组分的预设值含量进行控制与添加，制备得到完整的化学电镀溶液。
63.对比例一传统的应用于pcb的化学镀铜溶液制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将50g五水硫酸铜溶解于水（3l）混合均匀得到硫酸铜溶液；s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入45g添加剂、60g还原剂、35g络合剂、12g稳定剂、12g加速剂及4g表面活性剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、得到制备完成的化学镀铜溶液。
64.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
65.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
66.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
67.所述表面活性剂为吐温-80；所述加速剂包括氨基吡啶与氯化铵。
68.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
69.对比例二传统的应用于pcb的化学镀铜溶液制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将50g五水硫酸铜溶解于水（3l）混合均匀得到硫酸铜溶液；s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入45g添加剂、60g还原剂、35g络合剂及12g稳定剂搅拌均匀得到混合溶液；s3、向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、得到制备完成的化学镀铜溶液。
70.其中，所述添加剂包括硫脲与2，2-联吡啶；所述络合剂包括乙二胺四乙酸与三乙醇胺且质量份数比为1：1。
71.所述还原剂包括乙醛酸与二羟乙酸且质量份数比为2：5。
72.所述稳定剂包括亚硫酸钠与聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60）且质量份数比为1：4。
73.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
74.对比例三传统的应用于pcb的化学镀铜溶液制备工艺，该工艺包括以下步骤：s1、将50g五水硫酸铜溶解于水（3l）混合均匀得到硫酸铜溶液；s2、利用自动添加仪向所述硫酸铜溶液中依次加入45g添加剂、60g还原剂、35g络合剂及12g稳定剂搅拌均匀得到混合溶液；
s3、向所述混合溶液中加入适量ph调节剂；s4、得到制备完成的化学镀铜溶液。
75.其中，所述还原剂为甲醛。
76.所述添加剂、所述络合剂、所述稳定剂均采用传统方式中最常见的成分。
77.所述ph调节剂包括氢氧化钠与碳酸钠，且ph值位于12.5之间，且制备过程的温度处于50℃。
78.实验例选取实施例一、二、三、四、五，以及对比例一、二、三中制备得到的化学镀铜溶液各1l置于容器中，将预处理后的多个pcb板分别置于每个容器内进行化学镀铜，同步进行计时与观测，记录镀铜实验数据进行对比，如表1以及图2-图4所示：表1：化学镀铜溶液性能测试表 镀速（μm/h）镀液分解时间（min）镀层厚度（μm）镀层质量实施例一14.21050.31镀层平整细致光亮实施例二17.51200.38镀层平整细致光滑实施例三22.41540.44镀层平整细致光滑光亮实施例四21.81520.43镀层平整细致光滑光亮实施例五20.71470.40镀层平整细致光滑对比例一14.71210.32镀层平整光滑对比例二12.1980.19镀层有粗糙纹路对比例三7.8460.11镀层有粗糙纹路
由表1以及图2-图4可见，本发明中通过对镀铜溶液进行合理配置与清洗过滤，能够有效提高镀液自身的稳定性，同时保证镀液对pcb板镀铜的效率。而传统的镀铜溶液则不能够形成光亮平整的镀层，且镀层与镀速均存在明显的短板，且由于甲醛的存在，会产生对环境、对人身的污染与损害。
79.综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过构建模糊控制器对化学镀铜溶液制备工艺进行智能控制，能够针对镀铜溶液中各参数的改变进行实时监测捕捉，再利用模糊控制规则进行反馈进行各个成分自动添加的模糊控制，从而形成自动化智能制备流程，满足预先设定的化学镀铜溶液的基本参数，达到高速响应、灵活控制及精确制备的目的。
80.通过预先对制备得到的硫酸铜溶液进行活性炭清洗，能够有效提高硫酸铜溶液的纯度，降低并清除其中杂质与多余离子含量，从而提高镀铜溶液自身的镀铜覆膜性能；而对制备完成后利用双氧水进行清洗可有效清除镀铜溶液中杂质，从而对溶液形成维护与稳定，有效提高镀铜溶液的使用寿命。
81.通过采用无甲醛的还原剂，能够避免甲醛带来的一系列环境污染问题，即利用乙醛酸与二羟乙酸混合制备的还原剂，配合添加剂、乙二胺四乙酸与三乙醇胺定量配置的络合剂，可大大提高镀铜溶液的沉积速率，保证镀铜溶液的效率，同时通过表面活性剂，还可大幅提高pcb板表面的平整度与光亮性，形成浮层均匀、光亮平整的pcb板。
82.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。