含硫、含氮类添加剂对酸性电镀铜粗糙度的影响及机理研究

发布时间：2020-08-09 03:59

【摘要】：铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性等特性,电镀铜工艺被广泛应用于印制板电路(PCB)、IC封装、集成电路芯片等技术上。随着电子产品朝着小型化方向发展,对镀层粗糙度提出了更高要求。本文主要研究硫脲类及含氮类添加剂对电镀铜层表面粗糙度的影响。通过对铜镀层表面粗糙度、微观形貌以及镀液电化学性能的研究,提出了硫脲类添加剂、含氮类添加剂在电镀过程中的作用机制,研究结果如下:(1)当乙烯硫脲、烯丙基硫脲、硫脲、N-苯基硫脲浓度分别为150 ppm、10 ppm、50 ppm、2 ppm时粗糙度最低,粗糙度值分别为0.12、0.29、0.1、0.24。结合铜镀层的SEM结果表明,10 ppm烯丙基硫脲所得到的铜镀层最为紧密、平整。电化学性能研究表明,硫脲类添加剂的加入使得开路电位、计时电位出现明显负移,阴极极化曲线、交流阻抗检测表明出现明显的阴极极化,循环伏安曲线、塔菲尔曲线检测表明添加剂的加入使阴极电极表面更为稳定,对电极表面的还原反应的发生抑制作用明显。上述研究证明,硫脲类添加剂的加入对铜沉积都具有抑制作用,且抑制作用随添加剂浓度的增加会出现相应的增强,但过高浓度的添加剂会对铜镀层表面的平整度造成不利影响,可能过量添加剂的加入对铜电沉积的抑制过强,导致铜难以在哈氏片表面吸附稳定并形成颗粒小、结合紧密、晶格形态较好的铜镀层,使得电镀后得到的铜镀层表面形貌混乱,粗糙度较高。依据研究结果,提出了硫脲类添加剂与镀液吸附于阴极表面抑制铜沉积实现镀层表面平整的理论模型。(2)当苯并三氮唑、苯并咪唑、吲哚、吲唑浓度分别为40 ppm、50 ppm、120 ppm、50 ppm时粗糙度最低,粗糙度分别为0.13、0.15、0.18、0.16。结合铜镀层SEM的结果表明:40 ppm苯并三氮唑所得到的铜镀层最为紧密、平整。电化学性能研究表明,含氮类添加剂的加入使得开路电位、计时电位出现明显负移,阴极极化曲线、交流阻抗检测表明出现明显的阴极极化,循环伏安曲线、塔菲尔曲线检测表明添加剂的加入使阴极电极表面更为稳定,对电极表面的还原反应的发生抑制作用明显。上述研究证明,含氮类添加剂的加入对铜电沉积都具有抑制作用,且抑制作用随添加剂浓度的增加会出现相应的增强。但过高浓度的添加剂会对铜镀层表面的平整度造成不利影响,可能过量添加剂的加入对铜沉积的抑制过强,导致铜难以在哈氏片表面吸附稳定并形成颗粒小、结合紧密、晶格形态较好的铜镀层,使得电镀后得到的铜镀层表面形貌混乱,粗糙度较高。依据研究结果,提出了含氮类添加剂与镀液吸附于阴极表面抑制铜沉积实现镀层表面平整的理论模型。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ153.14;TN41
【图文】：

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电镀铜工艺Figure1.1Copperplatingprocess

示意图,示意图,基础液,硫脲

图 2.1 电镀示意图Figure 2.1 Schematic diagram of electroplating步骤察添加剂种类及添加剂用量对镀件电镀铜后表面粗糙验设置对照组，每种添加剂均设置不同浓度梯度及空白与空白组进行对照，以 N-苯基硫脲为例，对实验步骤设置为 2 ppm，5 ppm，8 ppm，10 ppm，15 ppm，20 所示组装仪器，调节电流密度为 2A/dm2，温度为 20加剂情况下，使用基础液对阴极哈氏片进行电镀，作 mL 基础液，倒入 267 mL 哈氏槽中，氯离子浓度 60 pp浓度梯度分别加入对应量的 N-苯基硫脲；流器开关并计时，电镀 10min 钟后停止电镀，取出阴记后用保鲜膜包好防止氧化。的瓶子取少量镀液密封保存，留样。

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图 2.2 电化学工作站实验示意图gure 2.2 Schematic diagram of the electrochemical workstation ex路电位的测定指电流密度为零时的电极电位，也就是不带负载时工作]。变化是由电极从不稳定到稳定的变化引起的，其原因需同的电极材料与溶液体系，开路电位随时间变化所得的用上海辰华仪器有限公司生产的 CHI660 型号的电化学，实验采用三电极体系，工作电极为旋转紫铜电极（半江苏江分电分析仪器公司，长宽高：20 mm×10 mm×（天津艾达恒晟科技有限公司），扫描时间是 400s。环伏安法（CV）

【参考文献】