印制电路镀铜添加剂调控铜沉积平整化的研究

发布时间：2020-03-26 06:54

【摘要】：随着5G通信网络在全球范围内的部署,信号传输速度成数百倍地攀升,传输线表面微米级别的粗糙度已经不能满足信号传输损耗的要求。本文从添加剂调控铜电沉积表面粗糙度的角度出发通过对常用的三种镀铜添加剂的物理化学特性及电化学行为进行研究,筛选出了具有优异整平性能的添加剂体系,进一步将其应用在信号传输线的制作流程中,发现优选出的添加剂体系降低了19.7%的信号插入损耗,有效的提升了传输线的信号完整性。首先,本文对三种常用的电镀添加剂SPS、JGB、EO/PO进行了分子动力学模拟、量子化学计算、电化学分析。动力学模拟结果表明EO/PO对铜沉积起到最大的抑制作用,有利于形成较低粗糙度的铜面;JGB会阻挡部分SPS在铜面的吸附,减弱SPS在添加剂体系中的作用。量子化学计算结果表明EO/PO在电沉积的过程中性质比较稳定,反应活性最低;而JGB更容易发生电子转移,反应活性较高。电化学分析结果表明SPS有一定的加速作用,EO/PO具有强烈的抑制作用,两者共同作用可达到平衡;JGB在SPS-EO/PO体系中表现出明显的抑制作用。随后,为了筛选出整平性能最优的添加剂体系,本文设计了由SPS、EO/PO、JGB组成的添加剂体系,进行了各体系下的电沉积整平化试验,筛选出的SPS-EO/PO-JGB体系具有最优异的电沉积整平能力。在该体系中,EO/PO降低了沉积过程成核的密度及核生长的速率,SPS在铜沉积的非优先区产生了更多铜核,保证了沉积的均匀性,两者竞争吸附的共同作用导致了铜面均匀、细致的结晶与生长,JGB在该体系中的抑制作用使铜面结晶更加细致,所以该体系具有最优的整平性能。本文以铜表面粗糙度为指标设计了正交试验,结果表明添加剂浓度影响着铜面整平效果,SPS的浓度对平整性影响最大,平整度随着SPS浓度的增加而提升,EO/PO浓度对平整度影响最小,JGB浓度增大会导致较粗糙的铜面产生。最后,基于筛选出的整平性能最优的SPS-EO/PO-JGB添加剂体系,本文设计实验并验证了该体系对传输线插入损耗的影响。设计并制作了能够进行插入损耗测试且满足实验室环境下电沉积试验的测试板,并对测试板进行了不同添加剂体系下的铜电沉积试验。结果表明SPS-EO/PO-JGB添加剂体系相比无添加剂体系降低了19.7%的传输线插入损耗,因此将具有整平性能的添加剂应用在传输线的制作流程中可以显著的降低信号传输损耗进而提高信号完整性。
【图文】：

传输线,低频信号,高频信号,趋肤深度

通的电路中激发出感应电流，该感应电流主要居中分布在导线的内部。电流的方向与导线电流的传输方向相反，就导致了总电流主要贴着导线置传输，该现象被称为趋肤效应，而电磁波场强降低到传输线表面场强 1定位为趋肤深度。、与、导体的公式(1-1)。公式其中，铜导体的，，，故可深度（微米）与传输信号频率的公式(1-2)：公式当信号传输频率在 100MHz 时，趋肤深度为 6.6μm；信号传输频率提升到 5趋肤深度已经小于 1μm；20GHz 时，趋肤深度仅为 0.46μm。随着信号传增加，传输线的表面粗糙度对信号损失的影响就越大，如图 1-1 所示。电流频率f 趋肤深度磁导率电导率 1=f 7电导率 =5.8 10 S /m-7磁导率 =4 10 H /mCu66085=f

模型图,铜原子,晶胞,模型

铜原子晶胞模型
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN41;TQ153.14

【参考文献】