[发明专利]电沉积铜箔及用一种电解液制造该铜箔的方法

说明书

本申请是1992年4月7日提出的美国申请流水号07/865,791的部分继续申请，后者是1990年5月30日提出的美国申请流水号07/531,452(现已放弃)的继续申请。这些先有申请的公开通过全文引用而被包括在本文中。

本发明涉及用于制作印制电路板的电沉积铜箔，并涉及制造该铜箔的方法。该铜箔的特征在于性质的独特组合，即约4至约10微米的无光泽侧面生箔R_tm、在23℃下测得的约55000至约80000磅力/英寸²(3868至5626kg/cm²)范围内的极限抗拉强度、在23℃下测得的约6％至约25％的延伸率、在180℃下测得的约30000磅力/英寸²(2110kg/cm²)至约40000磅力/英寸²(2813kg/cm²)范围内的极限抗拉强度，在180℃下测得的约4％至约15％的延伸率，以及小于约-20％的热稳定性。该方法涉及使用一种电解液，它具有约1.2至约2.5ppm范围内的氯离子浓度、约0.4至约20ppm范围内的有机添加剂浓度、浓度为约0.01至约20克每升的至少一种杂质、以及约0.1至约3A/cm²范围内的电流密度。

铜箔以叠层板的形态供应给印制电路板制造商。这种叠层板是通过把铜箔粘结于聚合绝缘树脂而形成的。用本领域的技术人员所公知的方法蚀刻叠层板的铜箔部分以形成印制电路板的导电通路。这些蚀刻出的铜质导电通路提供一个电子装置不同部分之间的电连接。

使改善性能和可靠性成为可能的铜箔性质是较低的受控轮廓(profile)(粗糙度)、优良的延展性、高的抗拉强度、以及好的热稳定性。用先有技术提出的方法制造的铜箔具有一项或多项这些性质，但不同时具有所有这些性质。

所有这些性质对于向印制电路板工业提供完全能接受的铜箔来说是重要的。例如，具有过高轮廓的铜箔产生呈现出玻璃纤维断袭、斑点和夹铜的叠层板。具有过低轮廓的铜箔产生粘结强度不足的叠层板。具有低延展性的铜箔在受到热应力时龟裂。热不稳定的铜箔产生当铜再结晶时翘曲并扭曲而在加热期间变软的叠层板。具有低抗拉强度的铜箔在搬运期间起皱。本发明的铜箔克服了所有这些问题。

印制电路板业中的趋势是采用由较薄的铜箔和较少的树脂制成的较薄的叠层板。这种叠层板往往在比迄今为止更高的温度下处理。此外，要求该工业保持越来越紧的公差。为了迎接这些挑战，该行业渴望有具有低轮廓和良好粘结特性的较薄的铜箔。这种铜箔必须有在180℃下至少约4％的延伸率以便延展并且必须是热稳定的。该铜箔必须有足够高的抗拉强度以防止在搬运期间损环。

铜箔制造商渴望有一种制造这种铜箔的方法，该方法对通常存在于铜电解质中的杂质能大大放宽要求。与提供基本上纯净的电解质相关的困难与费用使得要求这种电解质的方法没有竞争力。

Lakshmanan等人的“氯离子在铜的电解沉积中的影响”，应用电化学杂志7(1977)81-90，一文公开了氯离子浓度对铜电解沉积的影响取决于工作电流密度。在较低的电流密度值下无添加剂电解质有利于脊式生长结构取向。在高电流密度值下无添加剂电解质有利于棱锥生长取向。添加氯离子到10ppm水平降低过电压，从而促进脊式取向的沉积。当电流密度提高到40安培每平方英尺(0.043A/cm²)时，再次有利于棱柱生长结构。该文指出所试验的电流密度范围从15至40安培每平方英尺(0.016至0.043A/cm²)。

Anderson等人的“酸性铜电解沉积物的抗拉强度”，应用电化学杂志，15(1985)631-637，一文公开了一个酸性铜电镀液中的氯离子浓度影响从该电镀液生产的铜箔的极限抗拉强度和延伸率。该文指出，在所试验的电流密度下，酸性铜电镀液需要氯离子的存在以便提供有延性的铜沉积物。文中报告的电流密度范围从20至50mA/cm²(0.02至0.05A/cm²)。报告了0至100ppm范围内的氯离子浓度。

美国专利第2,475,974号公开了一种用含有三羟乙基胺的铜电镀液，制造具有约60000至约73000磅力/英寸²(4219至5134kg/cm²)的抗拉强度和6％至9％的延伸率的铜沉积物的方法。