协同添加剂对电子电镀铜成核及镀层形貌与结构的影响机制

基于以1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)为协同添加剂、用于印制电路板(PCB)通孔均匀增厚的酸性硫酸铜电子电镀配方及工艺,通过电化学计时电流法阐明了单一添加剂及各添加剂间协同作用对铜电结晶过程的影响机制.聚乙二醇(PEG)破坏铜成核过程,聚二硫丙烷磺酸钠(SPS)与PAN不影响铜成核行为的发生,PEG,SPS和PAN共同作用可进一步促进铜晶核的形成.通过电化学原位拉曼光谱从分子层面证实了添加剂PEG和SPS均可促进PAN在铜电极表面吸附.通过扫描电子显微镜分析了添加剂对铜镀层形貌的影响,只有SPS可细化铜镀层颗粒,PEG,SPS和PAN协同作用有利于获得颗粒更加细小且均匀的铜镀层.通过X射线衍射分析揭示了铜镀层晶面取向及添加剂吸附的晶面位点,PEG和PAN均易吸附于(111)晶面,抑制(220)晶面择优;而SPS易吸附于(220)晶面,促进(220)晶面择优.PEG和SPS共同作用可使铜沿着(111),(200)和(220)晶面生长,(200)为相对的择优晶面.3种添加剂间复杂的协同作用促使铜进一步沿(111)和(200)晶面择优生长.

印制电路板盲孔电镀铜整平剂的合成及其性能

[目的]采用2−甲基咪唑和1,4−丁二醇二缩水甘油醚为原料,合成印制电路板(PCB)盲孔电镀铜整平剂。[方法]使用红外光谱、核磁共振氢谱及凝胶色谱分析了投料温度不同时所得整平剂的结构。通过循环伏安曲线、阴极极化曲线、电化学阻抗谱和计时电位曲线测试,分析了整平剂对铜电沉积的影响,并通过电镀试验验证了它们用于盲孔电镀铜时的整平性能。[结果]投料温度为85℃时所得整平剂ADT-3的整平效果最好,盲孔填充率达94%。[结论]本研究合成整平剂所用原料易得、成本低,合成路线简单,整平效果良好,有望实现工业化生产。

酸性一价铜电镀铜的工艺及能效分析

针对电镀铜过程电力成本高的问题,通过极化曲线、赫尔槽试验、槽压变化以及扫描电镜等手段,分析了酸性一价铜电镀铜的电极过程及能效。通过对阴极的分析表明:优先发生亚铜离子的还原,阴极电流效率高于92%,且随阴极电流密度的增大而提高;当阴极电流密度不高于4.0 A·dm^(-2)时,镀铜层表面状态和微观形貌较为优异。通过对紫铜阳极的分析表明:优先发生铜的氧化,阳极电流效率高于94%,且随阳极电流密度的增大而提高;阳极会发生钝化,导致槽压急剧升高;当采用大阳极小阴极进行电镀时,既可以克服槽压升高的问题又可以保证阴阳极电流效率的匹配。

镀镍磷金属片表面处理对电镀铜生长状态影响的研究

对镀镍磷金属片进行了微蚀,化学镀铜,微蚀后化学镀铜这三种表面处理,对比了表面处理方法对镀镍磷金属片表面形貌、电镀铜平整性和可靠性的影响。结果表明,化学镀铜处理能够有效提升镀镍磷金属片表面的平整性,提升导电性,得到平整可靠的电镀铜层。化学镀铜处理方法有效解决了在化学镀镍表面直接电镀铜的平整性和可靠性问题,为提升电镀铜平整性和可靠性提供有效手段。

预浸对烧结钕铁硼HEDP电镀铜的影响

[目的]烧结钕铁硼(Nd Fe B)的电镀前处理技术还不够成熟,开发适宜的前处理工艺极其重要。[方法]在电镀铜前,先采用以羟基乙叉二膦酸(HEDP)为主配位剂的溶液对NdFeB进行预浸。预浸液组成和工艺条件为:HEDP 20~30 g/L,氢氧化钾20~25 g/L,碳酸钾10~15 g/L,葡萄糖酸钾1~2 g/L,乙酸0.5~1.0 g/L,室温,时间60 s。通过电化学测试对比了Nd Fe B基体有无预浸处理时,铜在其表面的电沉积行为,并通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和荧光光谱测厚仪,对比了有无预浸处理的Nd FeB基体表面Cu镀层的宏观和微观表面形貌、截面形貌、元素分布及厚度分布均匀性。[结果]Nd Fe B基体预浸后表面被活化,静态电位降低。预浸液能够填满基体表面的孔隙并形成一层水薄膜,在后续电镀铜时保护基体不被腐蚀。预浸处理的Nd Fe B基体表面所得Cu镀层均匀、致密,不易氧化发黑,结合力和耐蚀性较好。[结论]对烧结钕铁硼进行预浸处理,能够保证其在后续电镀铜过程不被腐蚀,提高Cu镀层的综合性能。

巯基吡啶异构体对电镀铜填盲孔的影响研究

本文以同分异构体2-巯基吡啶(2-MP)和4-巯基吡啶(4-MP)为研究对象,在对比其作为整平剂填充盲孔性能差异的基础上,阐述其分子构效关系。首先,通过哈林槽镀铜实验研究了2-MP与4-MP的填盲孔性能,结果表明,2-MP的填孔性能更佳,其填孔率可达82%。之后,通过量子化学计算,发现2-MP分子中S原子电子云密度低于4-MP,这说明2-MP更易吸附在铜表面。计时电位法测试结果表明:Cl^(-)可促进2-MP在铜表面的吸附,此外,2-MP与PEG之间的相互作用显著强于4-MP。最后,通过X射线光电子能谱(XPS)检测到了Cu-S键的存在,证明两种整平剂分子在铜表面均发生了化学吸附。然而,由于2-MP分子中的巯基S原子与N原子处于邻位,可以形成S-Cu^(2+)-N配合物,进而与Cl^(-)、PEG形成复杂且致密的抑制层,强烈抑制表面铜沉积,从而提高了其盲孔填孔率。

印制电路板盲孔填充电镀铜添加剂的研究进展

[目的]电子产品日益追求轻量化和微型化,这促使印制电路板(PCB)制造向更高精度、更高密度及更小孔径的方向发展。盲孔电镀填充是PCB制造的关键工艺之一。在酸性电镀铜溶液中添加抑制剂、光亮剂、整平剂等添加剂,可借助它们之间的协同效应来实现盲孔的超等角填充。[方法]综述了电镀铜抑制剂、光亮剂和整平剂的研究现状,探讨了它们的作用机制与协同效应,展望了未来的研究方向。[结果]使用适当的添加剂可实现盲孔“自下而上”的超等角填充。[结论]加强电镀铜添加剂的研究和开发可为PCB产业的持续发展提供有力的技术支撑。

退火对TSV电镀铜膜层性能影响研究

针对硅通孔(TSV)高深宽比微孔电镀填铜后结晶细小,后续制程经历高温过程可能导致晶界间缺陷的问题,对TSV电镀铜膜层退火后性能变化进行了研究。考察了退火温度和升温速率等退火条件对晶粒晶面取向、晶粒大小、晶界间空洞以及杂质含量等膜层性能的影响,确定了较优的退火工艺参数为升温速率10/min℃,400℃下保温2 h。结果表明:此较优的高温退火条件下,XRD显示主晶面择优取向为Cu(111);SIMS分析电镀铜膜层总杂质含量小于100 mg·kg^(–1);EBSD结果显示电镀铜平均粒径1.9μm,晶粒长大较充分,满足工业化应用需求,希望对工业化应用提供参考。

深盲孔电镀铜填充的空洞机理研究

电镀铜填孔技术被广泛用于高密度互连(HDI)板、封装基板和先进封装中,其中填孔的缺陷和效率问题是目前产业应用过程中最关注的两个方面。重点研究了孔径约110μm、孔深约180μm的深盲孔电镀填孔过程中的空洞问题。首先从理论上分析了填孔过程中镀层生长方式和空洞产生的原因;然后通过哈林槽电镀试验,结合加速剂局部预吸附技术,发现了盲孔底部加速剂和Cu^(2+)传质不足是深盲孔填孔产生空洞的关键原因。研究表明:加速剂局部预吸附技术不仅可以缩短深盲孔电镀填孔时间,而且可以有效地降低深盲孔产生填孔空洞的风险;此外,通过提高气流量、镀液温度或Cu^(2+)浓度来加强深盲孔孔底Cu^(2+)传质对深盲孔填孔是非常必要的。

PCB电镀铜后热处理对制程及性能的影响分析

随着手机通信及消费类产品不断向轻、薄、小、精、密等设计特征方向发展,对配套使用的高密度互连(HDI)板的设计要求越来越高,制作过程中的流程设计与参数规格管控也越来越严格。通过对印制电路板(PCB)制造过程中,电镀铜后有无热处理流程对镀铜层微观晶体结构的变化影响、镀铜的物理特性,以及对后工序的产品品质综合特性进行研究,探讨了充分识别产品微观变化类型及潜在作业品质影响的价值,阐述了制作流程设计优化对高端精细PCB产品的重要性。

PCB电镀铜知识(6):铜电沉积模型

0引言电镀铜是印制电路板(printed circuit board,PCB)生产流程中的一个重要环节,PCB通过电镀铜得到满足要求的镀层,也由电镀铜填充导通孔来实现不同导电层的电气互连。电镀铜是一个复杂的电化学过程,其铜电沉积机理也是近年来的研究热点问题之一。本文从宏观角度介绍了PCB电镀铜盲孔填孔的三大铜电沉积模型,从微观角度介绍了铜原子成核生长的三种铜电沉积模型,并阐述了数值模拟技术在铜电沉积研究中的应用。

PCB电镀铜知识(5)——电镀铜添加剂性能分析与测试方法(下)

0引言随着计算机模拟技术的不断进步,数值模拟法这一新兴技术应运而生。电镀铜数值模拟研究涵盖了多物理场耦合模拟、分子动力学模拟、添加剂分子的量子化学模拟等[1]。1数值模拟研究1.1多物理场耦合模拟电镀铜是一个涉及电流场分布、流场变化、温度差异等多个因素的复杂过程。

PCB电镀铜知识(4):电镀铜添加剂及其作用机理

0引言电镀铜是印制电路板(printed circuit board,PCB)形成孔金属化的关键过程^([1-3]),是PCB生产流程中的一个重要环节。为了使电镀铜层的质量和性能满足PCB的使用要求,往往需要在电镀铜镀液中加入一些有机添加剂。目前,PCB电镀铜中使用最为广泛、最为成熟的电镀铜体系是由硫酸铜和硫酸作为主要成分的酸性硫酸铜体系^([4])。本文主要介绍PCB的酸性硫酸铜体系中的添加剂种类及作用机理。

某电镀铜项目含铅锌废水处理工艺探析

近年来,镀铜钢丝因具有良好的导电性能和耐腐蚀性,在多个领域得到广泛应用,为线材制品的生产提供了新的发展机遇。由于电镀铜项目中存在含铅锌废水,生产企业应做好配套的废水处理站建设,预防其排放后对水环境和土壤环境造成污染。文章以此为背景在说明某电镀铜项目概况的基础上,分别从含铅锌废水处理需求与处理工艺两个方面,对其进行了具体探讨。

碳纤维表面电镀铜改性工艺方法研究

针对碳纤维增强金属基复合材料增材制造过程中,由于纤维与金属基体间的结合强度较差,从而影响复合材料物理性能的问题,开展碳纤维表面改性工艺研究。首先采用高温煅烧的方法,对碳纤维进行表面有机胶膜去除和氧化处理,然后将处理后的碳纤维置入电镀溶液中进行表面镀铜,并采用计算碳纤维质量损失率和SEM观察的方法,对改性处理结果进行对比分析。研究结果表明:通过合理调控煅烧温度、煅烧时间、电镀电压,可以有效去除碳纤维表面的有机胶膜,增强纤维表面活性,并在纤维表面形成连续且均匀的铜镀层,为复合材料增材制造过程中碳纤维与金属基体间的有效结合提供研究基础。

加速剂对铝基覆铜板通孔电镀铜的影响

在由70 g/L硫酸铜、200 g/L浓硫酸、60 mg/L盐酸、200 mg/L聚乙二醇(PEG6000)和1 mg/L健那绿B(JGB)组成的基础镀液中分别添加聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)、3-巯基-1-丙磺酸钠(MPS)和N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)作为加速剂。通过计时电位曲线测试和热冲击试验,研究了不同加速剂对通孔电镀铜的影响。结果表明,镀液中添加2.5 mg/L SPS或9 mg/L DPS作为加速剂时,镀液的深镀能力显著提高,所得Cu镀层的抗热冲击性能合格。

高电流密度通孔电镀铜用抑制剂的研究

针对印制线路板(PCB)通孔高电流密度电镀的需求,通过循环伏安分析、霍尔槽试验和通孔电镀实验研究了不同分子量的聚乙二醇(包括PEG6000和PEG20000)、环氧乙烷(EO)与环氧丙烷(PO)共聚物(包括PE6400和17R4)及聚环氧乙烷-聚环氧丙烷单丁醚(50HB-400)5种抑制剂对通孔导通电镀铜的影响。循环伏安分析表明,抑制剂对Cu电沉积的抑制能力受其分子结构和分子量的共同影响。抑制剂分子中PO结构含量越高,其抑制能力越强;分子结构相同时,抑制剂的分子量越大,其抑制强度越大。5种抑制剂都能够实现在1~10 A/dm2的电流密度范围内获得细致光亮的Cu镀层。采用100 mg/L 50HB-400作为抑制剂与2 mL/L加速剂聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)及5 mL/L整平剂L-500搭配使用时,能够在6 A/dm2的大电流密度下对深径比≤5∶1的通孔实现高均匀性电镀。

PCB通孔高电流密度电镀铜用加速剂的研究

在由75 g/L硫酸铜、200 g/L浓硫酸和65 mg/L盐酸组成的基础镀液中添加1 mg/L聚乙二醇(PEG10000)作为抑制剂,1 mg/L2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑(MMTD)作为整平剂,以及1mg/L聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠(SH110)、3-(苯并噻唑-2-巯基)丙烷磺酸钠(ZPS)、异硫脲丙基硫酸钠(UPS)、聚二硫二乙烷磺酸钠(SES)或聚二硫二己烷磺酸钠(SHS)作为加速剂。先通过计时电位法初步筛选得到合适的加速剂,再通过印制电路板(PCB)通孔电镀实验确定最佳加速剂。结果表明,采用1 mg/L UPS作为加速剂时,镀液在3 A/dm^(2)电流密度下的深镀能力达86.9%,所得铜镀层表面致密平整,抗热冲击性能良好。

大马士革工艺中电镀铜层杂质对其性能的影响

分别采用聚醚胺类物质、聚乙烯亚胺类物质和聚酰胺类物质作为大马士革铜互连电镀工艺的整平剂,得到杂质含量不同的Cu膜层,通过计时电位测试分析了不同整平剂对膜层杂质含量的影响机制。研究了杂质含量对Cu膜层自退火速率、应力和电阻率的影响。结果表明,膜层中杂质含量过高会引起Cu膜层的电阻和应力升高。采用聚乙烯亚胺类物质或聚酰胺类物质作为整平剂时电镀所得Cu膜层的杂质含量都较低。

稳定剂对盲孔电镀铜用硫酸盐体系镀液寿命的影响

电镀铜填盲孔是高密度互连(HDI)印制线路板(PCB)制造的核心技术之一。随着电镀的进行,镀液中添加剂不断消耗分解,副产物的累积导致镀液填孔能力下降等问题。为延长镀液寿命,在常见的三组分添加剂(即1.5 mg/L聚二硫二丙烷磺酸钠+300 mg/L聚乙二醇8000+50 mg/L整平剂LB)镀液基础上加入自制稳定剂,研究了稳定剂对电镀铜填盲孔时镀液寿命的影响。计时电位分析显示,微量稳定剂的加入基本不会影响镀液中原添加剂的电化学信号,表明微量稳定剂不会影响原添加剂的填孔性能及干扰对原添加剂浓度的分析。循环伏安剥离法分析结果表明,镀液中加入稳定剂后,添加剂在电镀过程中的消耗速率明显降低。哈林槽电镀实验结果表明,稳定剂的加入对填孔效果无明显影响,但无稳定剂的镀液寿命仅250 A·h/L,加入稳定剂后镀液寿命可达500 A·h/L以上。X射线衍射分析表明,新开缸时无稳定剂和含稳定剂镀液的铜镀层均为(200)晶面择优生长,但随着电镀时间的延长,无稳定剂体系铜镀层的择优取向逐渐由(200)晶面向(111)晶面转变,含稳定剂镀液的铜镀层晶型基本不变,镀液性能更加稳定。