新型低温低应力化学镀铜溶液的研究

How to assure the adhesion strength at the same time reduce the attenuation for the high-frequency signal, is increasingly becoming one of the hot research in the field of electrochemistry. The project proposes to the research of a new-type low temperature and low stress electroless copper plating solution. The project is to establish the components of the new-type low temperature and low stress electroless copper plating solution. The project includes the following contents: (1) focus on the effects of the additives on the deposition rate, copper film performance，stress and adhesion strength; (2) study and determine the composite addition of the four additives and the concentration ranges; (3) analyze the effects of additives on the polarization behaviors of the electroless copper plating bath by the linear sweep voltammetry method and mixed potential theory; (4) illuminate the mechanism of various additions in the electroless copper by electrochemistry method; (5) establish the measurement method of stress; (6) reveal the change rule of the stress with the additives and the substrates. The breakthroughs on the stability of the bath and the low stress will provide the solid theoretics foundation for the development of printed circuited board in China.

提高基板与金属镀膜间的粘结强度，同时减小高频信号在印刷电路板中的传输衰减，是目前电化学领域的研究重点。本项目以确立一种新型低温低应力的化学镀铜溶液为目标，重点研究低温条件下加速剂、稳定剂、表面活性剂及消应力剂对化学镀过程中沉积速率、镀膜质量、应力及粘结强度的综合影响；研究并确定各种添加剂的合适复配份数及适当浓度的添加范围；探求低温化学镀铜溶液中各种添加剂的协同抑制关系；阐明添加剂对低温化学镀铜溶液的作用机理；建立测定镀膜应力的方法；揭示镀膜应力随添加剂及基板材质的变化规律。该课题在镀液稳定性能以及低应力方面的突破，将为我国印制电路板产业的发展奠定坚实的理论基础。

在较小的金属镀膜应力和较低的基板表面粗糙度下保证基板与镀膜间较高的粘结强度，是减小高频信号在印刷电路板中的传输衰减，提高信噪比的重要任务，也是电化学领域研究的热点和难点。本项研究基于酸性介质中二氧化锰的标准氧化还原电位与铬酐比较接近的特点，提出了利用环境友好的二氧化锰-硫酸-磷酸类-水粗化体系和TiO2紫外光催化体系对基板进行化学镀前的表面粗化处理，对基板进行合理粗化和改性处理后，其表面由疏水性变为强亲水性，并具有了合适的表面粗化度，增强了基板与镀膜间的粘结强度，通过实验得到了合理的表面粗化处理条件与合适的氧化还原电位。经过合理的表面前处理后，通过实验确定了酒石酸钾钠化学镀体系基础镀液的组成和施镀温度；通过研究添加剂的单一添加和复合添加对化学镀铜沉积速率和镀膜质量的影响，筛选出了能够提高镀膜结合力又能降低镀膜应力的加速剂、稳定剂、消应力剂和表面活性剂的单一添加种类和添加浓度，并确定了各种添加剂的复合添加种类和添加浓度；通过测定镀膜应力和镀液稳定性，适当调整各种添加剂的复合添加种类和添加浓度；结合镀膜与基板间粘结强度和镀膜应力，最终确定了低温低应力酒石酸钾钠化学镀铜体系中添加剂复合添加种类和添加浓度，其中一种复合为：加速剂L-苹果酸、稳定剂2,2'-联二吡啶、消应力剂六水硫酸镍和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠；另一种复合为：加速剂2,6-二氨基吡啶、稳定剂2,2'-联二吡啶、消应力剂六水硫酸镍和表面活性剂十二烷基磺酸钠。化学镀铜过程的施镀温度控制在33ºC，pH为12.50。采用电化学方法测定了各种添加剂加入酒石酸钾钠化学镀铜体系后的阴阳极极化曲线，分析了各种添加剂复合添加的协同作用机理；并建立了测定镀膜应力的方法；揭示了镀膜应力随添加剂的变化规律。.本项目已经在国内外发表科学论文10篇，其中SCI收录3篇，中文核心7篇；申请专利2项；培养硕士研究生4人，毕业硕士研究生1人。