專利名稱：無氰鍍銅液及無氰鍍銅方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍍銅領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及電鍍銅或化學(xué)鍍銅用的無氰含水鍍液及鍍覆方法。
最普通的工業(yè)電鍍方法，使用含氰化物鹽類的鍍液。該方法有諸多缺點(diǎn)，其中最大的缺點(diǎn)是，氰化物電解液具有毒性，以及隨著使用和排放對(duì)環(huán)境帶來的危害。由于這些危害，人們已提出各種無氰電鍍方法。例如，US4，521，282及4，469，569中公開了無氰鍍銅電解液及電鍍方法。
本發(fā)明提供了一種不含氰化物，且能產(chǎn)生極細(xì)晶粒銅沉積層的含水鍍液，并借此提供一種特別優(yōu)異的鍍銅方法。
本發(fā)明提供了一種無氰鍍銅水溶液。在較佳實(shí)施方案中，該鍍液含有硫酸銅、焦磷酸四鉀、硼酸和一種含水添加劑。所述添加劑含有乙醛、甲醛、正丙醇之類的醇和表面活性劑。
該鍍液是用市售低毒性，尤其與常規(guī)氰化物鍍液相比毒性低的化學(xué)品混溶而成。在室溫下，本發(fā)明方法可在黑色金屬基體表面及包括鋁合金在內(nèi)的有色金屬基體表面上沉積出晶粒細(xì)致的半光亮銅，而且本發(fā)明方法能高度容忍一般的電鍍雜質(zhì)，尤其是鋅。
在下面旨在解釋而非限定的說明中，舉出了各特定物質(zhì)及濃度等，以便充分理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)清楚看到，本發(fā)明可以偏離這些具體說明而另外一些實(shí)施方案來實(shí)施。在另外一些情況下，省略了對(duì)眾所周知過程的一些具體說明，以使對(duì)本發(fā)明的說明易被理解。
優(yōu)選的鍍液含有(1)作為銅離子來源物的硫酸銅、(2)作為有利于銅離子遷移的跨越介質(zhì)的焦磷酸四鉀(TKPP)、(3)防止陽極極化與氧化的硼酸，以及(4)為使陰極表面沉積細(xì)致晶粒銅層的含水添加劑。
下面的表1列出各組分化學(xué)品的相應(yīng)濃度，鍍液中余量為去離子水。表中列出了每種組分的最低、標(biāo)稱及最高三種濃度值。人們都知道，標(biāo)稱濃度值可產(chǎn)生令人滿意的性能?？梢韵嘈诺氖?，在所指出的濃度范圍之內(nèi)，甚或超出此濃度范圍，均能達(dá)到同等性能。所以，本發(fā)明并不嚴(yán)格局限于這些所列的濃度值。雖然硫酸銅是優(yōu)先擇用的銅離子來源物，但也發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明范圍內(nèi)，其它銅鹽也是合適的代用物。同樣，對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說，硼酸的適宜代用物也是顯而易見的。
鍍液按下述步驟來混溶。在適宜的容器中，先裝入約占工作容積80%的去離子水。然后，邊攪拌邊加入預(yù)定量的TKPP。在水和TKPP完全混溶后，加入預(yù)定量的硫酸銅，同時(shí)又不斷攪拌。完全混溶后，仍在不斷攪拌下，加入預(yù)定量的硼酸。待完全混溶后，加入下面所述的含水添加劑，同時(shí)繼續(xù)攪拌，直至完全混溶。最后，加入去離子水，直至工作體積。上述全部混溶過程均在室溫下進(jìn)行。
上述含水添加劑由下面表2中所列各指定濃度的組分混溶而成，表中的濃度為每加侖添加劑中各組分的濃度。如表1中那樣，給出了最低、標(biāo)稱和最高三種濃度，但這些濃度僅作準(zhǔn)則之用。同氨被廣泛用于各常規(guī)方法中那樣，含水添加劑中的醇起主光亮劑的作用。所用的醇是本發(fā)明鍍液能耐鋅雜質(zhì)的起作用物質(zhì)。雖然，從經(jīng)濟(jì)上考慮，正丙醇是優(yōu)選的，但常用的任何醇均可使用。
“Tritonx-100”是Rohm&Haas公司所產(chǎn)表面活性劑的商品名稱，其主成分為烷芳基聚醚醇、磺酸鹽及硫酸鹽。使用這種或類似表面活性劑的重要之處，在于降低被鍍表面的應(yīng)力，從而提高所鍍銅層的延展性。
優(yōu)選在適宜的容器中，充以75%最終體積(即約3夸脫)的去離子水，以此來混溶含水添加劑。然后，在不斷攪拌下，按表2所列順序加入各組分化學(xué)品。爾后，在該容器中加入去離子水，使之達(dá)到操作體積。該添加劑可預(yù)先混溶貯存，以備在上述鍍液中使用。
視待鍍基體而定，本發(fā)明鍍液的PH值優(yōu)先維持在約6-11的范圍之內(nèi)。對(duì)于黑色金屬基體而言，優(yōu)先擇用較為酸性的鍍液，而對(duì)鋅而言，則優(yōu)先擇用堿性鍍液。該鍍液對(duì)溫度并不敏感，而且在任何場(chǎng)合下，均可在約40°F至約100°F的范圍內(nèi)使用。這一點(diǎn)和一般在125°F左右溫度下操作的常規(guī)鍍銅液相比截然不同。
鍍覆可用化學(xué)鍍方式進(jìn)行，或者以電解方式在掛架、滾桶或?qū)磉B續(xù)鍍裝置中進(jìn)行。本發(fā)明只需用約僅為常規(guī)方法2/3左右的電鍍電流。一般而言，浸鍍所需電流密度在約5-30ASF的范圍內(nèi)，對(duì)于高速對(duì)卷連續(xù)鍍方法而言，則可用100ASF或更高的電流密度。而且，電鍍速度比常規(guī)方法快，比常規(guī)氰化物法約快2倍，比常規(guī)堿性鍍銅法約快3倍。電流密度為10-20ASF時(shí)，沉積速度約達(dá)0.2-0.5mil/min。
要認(rèn)識(shí)到的是，上述發(fā)明可以不脫離所公開內(nèi)容的精神或?qū)嵸|(zhì)性特征而以其它形式來體現(xiàn)。所以，要理解的是，除權(quán)利要求書中所述之外，本發(fā)明并不受上述說明性實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種無氰鍍銅水溶液，其中含有(a)約5-70g/l非氰化銅鹽，(b)約20-200g/l焦磷酸四鉀，(c)約2-20g/l硼酸，(d)約2.5-60ml/l含有下述物質(zhì)的含水添加劑(ⅰ)約1-90ml/加侖乙醛，(ⅱ)約10-200ml/加侖醛，(ⅲ)約1-90ml/加侖醇，(ⅳ)約1-90ml/加侖表面活性劑。
2.權(quán)利要求1所述的鍍液，其中所述銅鹽為硫酸銅。
3.權(quán)利要求1所述的鍍液，其中所述的醛為甲醛。
4.權(quán)利要求1所述的鍍液，其中所述的醇為正丙醇。
5.一種無氰鍍銅水容液，其中含有(a)約5-70g/l硫酸銅，(b)約20-200g/l焦磷酸四鉀，(c)約2-20g/l硼酸，(d)約2.5-60ml/l含水添加劑，該含水添加劑含有(ⅰ)約1-90ml/加侖乙醛，(ⅱ)約10-200ml/加侖甲醛，(ⅲ)約1-90ml/加侖醇，(ⅳ)約1-90ml/加侖表面活性劑。
6.權(quán)利要求5所述的鍍液，其中所述的醇為正丙醇。
7.一種含有下述組分的無氰鍍銅水溶液(a)約30g/l硫酸銅，(b)約100g/l焦磷酸四鉀，(c)約5g/l硼酸，(d)約25ml/l含有下述組分的含水添加劑(ⅰ)約30ml/加侖乙醛，(ⅱ)約80ml/加侖甲醛，(ⅲ)約30ml/加侖醇，(ⅳ)約30ml/加侖表面活性劑。
8.一種權(quán)利要求7所述的鍍液，其中所述的醇為正丙醇。
全文摘要
一種含有硫酸銅、焦磷酸四鉀、硼酸及含水添加劑的無氰鍍銅水溶液，所述含水添加劑含有乙醛、甲醛、正丙醇和表面活性劑。
文檔編號(hào)C25D3/38GK1078505SQ9310347
公開日1993年11月17日 申請(qǐng)日期1993年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月6日
發(fā)明者L·雅各布斯 申請(qǐng)人:蔡內(nèi)斯公司