化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统的制作方法

本发明是有关于一种化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统，尤其是利用主要螯合剂而与金离子螯合成具20～18nm颗粒大小结构的金错合物，并通过分离单元中具孔隙大小为20～18nm的pe逆渗透膜而分离金错合物，同时还利用杂质移除单元的螯合型离子交换树脂而选择性吸收镍杂质及铜杂质，可达到每分钟0.0075～0.0084μm的沉积速率而沉积出厚度高达0.12μm的优良金膜层，满足一般实务上金膜层的厚度需求。

背景技术：

在一般的电路板制程中，除了需要在基板上形成电路层外，还需要形成高质量的连接垫，用以连接电子组件，形成电气回路。这类的连接垫常常使用镍膜层当作中间媒介层，并在镍膜层上形成金膜层，因为电子组件比较容易焊接至金膜层。

在现有技术中，镍膜层上形成金膜层的方式可使用包含金离子的镍可置换金溶液，并通过化学置换反应而将金属镍置换成金属金，也就是，在不施加任何电流下，金离子与金属镍通过氧化还原反应而相互置换。

上述现有技术的缺点在于镍可置换金溶液的普遍问题是会发生侵蚀现象，尤其是会完全覆盖金膜层的表面。例如，当浸泡时间不足时，会在经过一段时间后发生这种侵蚀现象。主要是取决于化学配方以及浸泡时间的控制是否到达适当范围内，而且该现象会损害到表面的外观。

现有技术的另一问题是由镍引起，不过有时是来自pcb的光阻层的凹陷的铜或来自底下的ni-p层的磷，因为镍、铜、磷都会溶解在镍可置换金溶液中，进而影响表面金纯化，甚至是会超过镍杂质容许量的150～200ppm，导致电阻的大幅增加。

此外，本发明的镍可置换金溶液不含金-还原剂，比如抗坏血酸(ascorbicacid)、甲醛(formaldehyde)、二甲氨基苯甲醛(dimethylaminobenzaldehyde)，所以在反应进行后，来自还原剂的副产物不会累积在镀浴中而影响到金膜层的质量。

因此，需要一种新式化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统，利用主要螯合剂而与金离子螯合成具20～18nm颗粒大小结构的金错合物，并通过分离单元中具孔隙大小为20～18nm的pe逆渗透膜而分离金错合物，同时还利用杂质移除单元的螯合离子交换树脂而选择性吸收镍杂质及铜杂质，不仅可达到每分钟0.0075～0.0084μm的沉积速率而沉积出厚度高达0.12μm的优良金膜层，满足一般实务上金膜层的厚度需求，而且还可延长无电镀金镀液的使用时间，进而解决上述现有技术的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在提供一种化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统，包含无电镀金镀浴槽、分离单元、杂质移除单元、回流混合单元以及镀液储存筒，用以在含镍膜层的基板上通过无电镀的化学置换反应以生成金膜层而形成含金膜层的基板，其中金膜层是沉积在镍膜层的表面上。

无电镀金镀浴槽可容置无电镀金镀液，其中无电镀金镀液包含金错合物以及主要螯合剂，主要螯合剂为四(2-羟丙基)乙二胺(tetra(2-hydrxypropyl)ethylenediamine)，浓度为5～20g/l；而金错合物的金浓度为0.6～2.0g/l。

分离单元连接无电镀金镀浴槽，用以将无电镀金镀浴槽中的无电镀金镀液抽离，并对无电镀金镀液中的金错合物进行选择性分离(selectivesegregation)处理，藉以形成并传送含高浓度金错合物的浓缩溶液及含低浓度金错合物的渗透溶液。

杂质移除单元连接分离单元，可接收渗透溶液，并对渗透溶液中的镍杂质及铜杂质进行渗透、吸收处理而移除，进而形成纯化溶液。

回流混合单元连接分离单元及杂质移除单元，分别接收浓缩溶液以及纯化溶液，同时接收由外部已配置好的新鲜的无电镀金镀液，并经回流、混合处理后形成所需的无电镀金镀液并输送至镀液储存筒而储存。镀液储存筒的无电镀金镀液进一步输送至无电镀金镀浴槽。

无电镀金镀液是供含镍膜层的基板浸泡以进行化学置换反应，而含镍膜层的基板包含基板、电路层及镍膜层，电路层是在基板上，而镍膜层是在电路层上。此外，镍膜层的表面上的金属镍是在与无电镀金镀液接触时，经置换反应而生成金膜层，进而形成含金膜层的基板。

本发明可有效的回收、再利用金错合物，避免浪费，同时改善金膜层的质量，尤其是利用主要螯合剂而与金离子螯合成具20～18nm颗粒大小结构的金错合物，并通过分离单元中具孔隙大小为20～18nm的pe逆渗透膜而分离金错合物，同时还利用杂质移除单元的螯合离子交换树脂而选择性吸收镍杂质及铜杂质，不仅可达到每分钟0.0075～0.0084μm的沉积速率而沉积出厚度高达0.12μm的优良金膜层，满足一般实务上金膜层的厚度需求，而且还可延长无电镀金镀液的使用时间。

附图说明

图1表示本发明实施例化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统的整体示意图；

图2表示用于本发明连续过滤纯化系统的基板的示意图。

其中图中：10、无电镀金镀浴槽；20、分离单元；30、杂质移除单元；40、回流混合单元；50、镀液储存筒；60、输送带；61、输入滚筒；62、输出滚筒；a、含镍膜层的基板；a1、基板；a2、电路线；a3、镍膜层；b、含金膜层的基板；b1、金膜层；la、新鲜的无电镀金镀液；l1、无电镀金镀液；l2、浓缩溶液；l3、渗透溶液；l4、纯化溶液。

具体实施方式

以下配合图标及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。

请参阅图1，本发明实施例化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统的整体示意图。如图1所示，本发明实施例化学置换镀金溶液及杂质镍及杂质铜的连续纯化系统包含无电镀金镀浴槽10、分离单元20、杂质移除单元30、回流混合单元40以及镀液储存筒50，用以在含镍膜层的基板a上生成金膜层而形成含金膜层的基板b，其中金膜层是沉积在镍膜层上，达到连续性纯化无电镀金镀液而达到循环、再利用的目的。

具体而言，无电镀金镀浴槽10容置来自镀液储存筒50的无电镀金镀液l1，而且含镍膜层的基板a是被输送到无电镀金镀浴槽10中，比如利用输送带60及输入滚筒61的方式输送，其中输送带60承载含镍膜层的基板a，而且含镍膜层的基板a是浸泡到无电镀金镀浴槽10的无电镀金镀液中，藉以进行化学电镀而在含镍膜层的基板a上经置换反应生成金膜层，形成含金膜层的基板b，接着，利用输出滚筒62卷动输送带60而将含金膜层的基板b带离开无电镀金镀浴槽10。

要注意的是，上述的输送带60、输入滚筒61、输出滚筒62只是用以说明将含镍膜层的基板a传送到无电镀金镀浴槽10并将形成的含金膜层的基板b带离无电镀金镀浴槽10的示范性实例而已，并非用以限定本发明的范围，也就是，传送含镍膜层的基板a、含金膜层的基板b的任何方式都应涵盖于本发明。

如图2所示，含镍膜层的基板a包含基板a1、电路线a2、镍膜层a3，其中电路线a2是在基板a1上，而镍膜层a3是在电路线a2上。一般，电路线a2是由金属铜构成。

上述的无电镀金镀液l1是一种用于镀浴化学的镀液，可对镍膜层a3进行镍置换反应而生成金膜层b1，形成含金膜层的基板b。上述生成金膜层b1的制程一般称作化学电镀(chemicalelectroplating)或无电电镀(electrolessplating)。

无电镀金镀液l1主要是包含金错合物及主要螯合剂(chelatingagent)，其中主要螯合剂为四(2-羟丙基)乙二胺(tetra(2-hydroxypropyl)ethylenediamine)，且无电镀金镀液l1可用于氰化金(cynidegold)镀浴或无氰化金(non-cynidegold)镀浴，尤其是当作主要螯合剂的四(2-羟丙基)乙二胺为本发明最为关键的成分。在用于氰化金镀浴时，金错合物可为氰化金钾(gold(i)potassiumcyanide)，而用于无氰化金镀浴时，金错合物可为二亚硫酸金(i)三钠(goldtrisodiumdisulphite)。此外，针对氰化金镀浴或无氰化金镀浴，无电镀金镀液l1还额外包含其他特定的成分。

举例而言，用于氰化金镀浴的无电镀金镀液l1是包含氰化金钾、四(2-羟丙基)乙二胺、柠檬酸氨(ammoniumcitrate)、苹果酸(malicacid)、甘胺酸(glycine)以及氢氧化钠(sodiumhydroxide)，其中氰化金钾的金浓度为0.6～1.2g/l，四(2-羟丙基)乙二胺的浓度为5～20g/l。再者，用于无氰化金镀浴的无电镀金镀液是包含二亚硫酸金(i)三钠、四(2-羟丙基)乙二胺、柠檬酸钠(sodiumcitrate)、苹果酸以及硫酸钠(sodiumsulfite)，其中二亚硫酸金(i)三钠的金浓度为1.0～2.0g/l，四(2-羟丙基)乙二胺的浓度为10～15g/l。

无电镀金镀液l1的主要功能在于利用无电镀金镀液l1中的金离子与镍膜层a3的表面上的金属镍进行置换反应而生成金属金的金膜层b1于镍膜层a3的表面上。进一步而言，沉积出金膜层b1的驱动因素是来自电极电位差，也就是，发生在镍膜层a3的表面上的氧化还原反应，其中无电镀金镀液l1中的氧化物及/或螯合剂会与在镍膜层a3反应而释放电子，而无电镀金镀液l1中的金离子是当作电子补捉体，用接收被释放的电子而在镍膜层a3的表面上进行还原反应，进而还原出金属金，形成金膜层b1，达成电子平衡。因此整体而言，镍膜层a3的金属镍被氧化成镍离子，而金离子被还原成金属金的金膜层b1。较佳的，这种金膜层b1具有良好的附着力，而且在金膜层b1形成过程中未通上任何电流，所以不会对基板a1上的电路线a2产生任何影响。

更加具体而言，无电镀金镀液l1中金错合物的金离子会与主要螯合剂相互螯合后形成金错合物，且金错合物是具有20～18nm结构的颗粒大小。

再回到图1，分离单元20是连接无电镀金镀浴槽10，用以将无电镀金镀浴槽10中的无电镀金镀液l1抽离，并对无电镀金镀液l1中的金错合物进行选择性分离(selectivesegregation)处理，形成并传送含高浓度金错合物的浓缩溶液l2及含低浓度金错合物的渗透溶液l3。较佳的，无电镀金镀液l1中的金错合物是经由具20～18nm孔隙大小的逆渗透膜而选择性分离，比如由聚乙烯(polyethylene，pe)构成的逆渗透膜。要注意的是，一般的聚酰胺(polyamide，pa)薄膜的孔隙大小为1.2nm或0.2nm，而聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)薄膜的孔隙大小为100nm，且陶瓷(ceramic)薄膜的孔隙大小为约120nm，所以皆不适用于本发明。

杂质移除单元30连接分离单元20，用以接收渗透溶液l3，并对渗透溶液l3中的镍杂质及铜杂质进行渗透、吸收处理而移除，进而形成纯化溶液l4。较佳的，杂质移除单元30是利用螯合离子交换树脂而达到选择性吸收镍杂质及铜杂质。

回流混合单元40连接分离单元20及杂质移除单元30，分别接收来自分离单元20的浓缩溶液l2以及来自杂质移除单元30的纯化溶液l4，同时接收由外部已配置好的新鲜的无电镀金镀液la，经回流、混合处理后输送到镀液储存筒50，其中新鲜的无电镀金镀液la包含新添加的金离子，而且金离子的含量是等于无电镀金镀浴槽10中置换反应的金膜层的生成量，藉以达到金离子的质量守恒。

因此，镀液储存筒50所储存的无电镀金镀液l1具有稳定的金离子浓度以供应无电镀金镀浴槽10，使得金膜层可维持稳定的生成速率，比如高达每分钟0.0075～0.0084μm的沉积速率，进而沉积出厚度高达0.12μm的优良金膜层。须知，一般实务上的金膜层需要0.05μm、0.074μm、0.10μm的厚度，所以本发明确实能满足所需厚度。

本发明的特点在于利用大分子的化学药剂而与金离子螯合后获得金错合物，使得螯合后的金错合物是具有将近20～18nm结构的颗粒大小，可方便在分离单元中利用具孔隙大小为20～18nm的pe逆渗透膜而将金错合物分离，达到回收、再利用的目的，尤其是，无电镀金镀液的配方是特别包含大分子的四(2-羟丙基)乙二胺(tetra(2-hydrxypropyl)ethylenediamine)以及柠檬酸钠(sodiumcitrate)，其中四(2-羟丙基)乙二胺的分子量为292g/mol，而柠檬酸钠的分子量为258g/mol。

本发明的另一特点在于所使用的无电镀金镀液不含任何金-还原剂，比如抗坏血酸(ascorbicacid)、甲醛、二甲氨基苯甲醛(dimethylaminobenzaldehyde)，所以来自还原剂的副产物也不会累积在无电镀金镀液中，能确保金膜层的稳固质量，因为一直都是沉积出纯金，尤其是，杂质移除单元已利用螯合型离子交换树脂而选择性吸收镍杂质及铜杂质。此外，无电镀金镀液可使用一段很长的时间，比如在凤凰使用模式(phoenixusemode)中，而即便是有镍杂质溶解，也能经由本发明中杂质移除单元的处理而连续性恢复无电镀金镀液。

以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。