[发明专利]无电镀铜组合物和用于在基材上无电镀铜的方法

说明书

稳定的无电镀铜浴包括二阳离子紫精化合物，以提高在基材上的铜沉积速率。来自无电镀浴的铜可以在低温和高镀速下进行镀敷。

技术领域

本发明涉及无电镀铜组合物和用于在基材上无电镀铜的方法，其中无电镀铜在低温下具有高的无电镀铜速率，并且无电镀铜组合物具有良好的稳定性。更具体地，本发明涉及无电镀铜组合物和用于在基材上无电镀铜的方法，其中无电镀铜在低温下具有高的无电镀铜速率，并且无电镀铜组合物具有良好的稳定性，并且其中无电镀铜组合物包括二阳离子紫精化合物。

背景技术

无电镀铜浴广泛用于金属化工业中用于在各种类型的基材上沉积铜。例如，在印刷电路板的制造中，无电铜浴用于在通孔壁和电路通道上沉积铜，作为后续电解镀铜的基础。无电镀铜也用于装饰性塑料工业中用于在非导电表面上沉积铜，作为根据需要进一步镀铜、镍、金、银和其他金属的基础。目前商业上使用的无电铜浴含有水溶性二价铜化合物，用于螯合二价铜离子的螯合剂或络合剂，例如罗谢尔盐和乙二胺四乙酸钠盐，还原剂，例如甲醛和甲醛前体或衍生物，以及各种添加剂，以使浴更稳定，调整镀速和提亮铜沉积。

然而，应该理解，无电铜浴中的每种组分都对镀层电位有影响，因此必须调节浓度以保持特定成分和操作条件的最理想的镀层电位。影响内部刷镀电压，沉积品质和速率的其他因素包括温度、搅拌程度、上述基本成分的类型和浓度。

在无电镀铜浴中，这些组分被连续消耗，使得浴处于恒定的变化状态，因此必须定期补充消耗的组分。在长时段内控制浴以保持高镀速于基本均匀的铜沉积是非常困难的。经若干次金属更换(metal turnover，MTO)消耗和补充浴组分也可能导致浴不稳定性，例如，通过副产物的积累导致浴不稳定性。因此，这种浴，特别是那些具有高镀层电位的浴，即高活性浴，往往会变得不稳定并随着使用而自发分解。这种无电铜浴不稳定性可导致沿表面的不均匀或不连续的镀铜。例如，在印刷电路板的制造中，重要的是在通孔壁上无电镀铜，使得壁上的铜沉积基本上连续且均匀，并且铜沉积中的断裂或缝隙最小，优选没有。铜沉积的这种不连续性最终可能导致包括有缺陷的印刷电路板的任何电气设备的功能失常。

与无电镀铜相关的另一个问题是在存在高催化剂金属浸出的情况下无电镀铜浴的稳定性。无电镀铜利用各种含金属的催化剂，例如胶体钯-锡催化剂和离子金属催化剂，来引发无电镀铜过程。这种含金属的催化剂可以对镀层条件敏感，例如无电镀铜浴的pH、无电镀敷温度、无电铜浴中的组分和组分浓度，其中此类参数至少可以导致从催化剂中浸出金属，从而进一步破坏无电铜浴的稳定性。

为了解决上述稳定性问题，已经将分类在“稳定剂”标签下的各种化学化合物引入无电镀铜浴中。已经用于无电镀铜浴的稳定剂的实例是含硫化合物，例如二硫化物和硫醇。然而，许多稳定剂降低了无电镀铜速率，并且在高浓度下也可以是催化剂毒物，因此降低了镀速或抑制了镀敷并损害了镀浴的性能。低镀速对无电镀铜性能有害。无电镀铜速率也与温度有关，因此当高稳定剂浓度降低速率时，提高镀敷温度可以提高速率。然而，提高操作温度可以通过增加副产物的积累以及通过副反应减少浴添加剂来降低无电铜浴的稳定性，从而抵消了增加稳定剂浓度的一些效果。结果，在大多数情况下，所使用的稳定剂的量必须在保持高镀速和在长时段内实现稳定的无电浴之间进行仔细的折衷。无电镀铜中的速率加速是降低工作温度，降低铜沉积(如柔性基材上)内部应力和降低金属化总运行成本的关键策略。

柔性基材的实例是聚酰亚胺和聚酰亚胺基质复合材料。这种聚酰亚胺和聚酰亚胺基质复合材料用于电子、汽车、航空航天和其他应用中。在聚酰亚胺已吸收水的条件下，通过暴露于高湿度或通过直接浸渍，聚酰亚胺上的无电铜沉积可能起泡。起泡形成严重损害聚酰亚胺上光滑和均匀的铜层覆盖。为了避免起泡，在聚酰亚胺表面上镀敷需要沉积低应力无电铜沉积。因此，应力减少剂通常包括在这种无电铜浴中。一种常用的应力减少剂是2,2’-联吡啶，它可以减少聚酰亚胺基材上的起泡。但是，2,2’-联吡啶也是镀速抑制剂。为了补偿2,2’-联吡啶的速率抑制作用，必须增加镀浴的温度，从而增加不希望的起泡形成的可能性，导致不规则、无光泽和粗糙的铜沉积，并抵消在无电镀浴中包含应力减少添加剂如2,2’-联吡啶的目的。