基于钢铁基底焦磷酸盐体系碱性镀铜技术的研究
由于氰化物毒性大，氰化物镀铜废液对环境污染大，无氰碱性镀铜工艺成为了电镀工作者的研究热点。本文重点研究了在焦磷酸盐体系无氰碱性镀铜中络合剂HEDP（羟基乙叉二膦酸）及外场（超声波，磁场，脉冲）对薄膜的结构、微观形貌、电化学曲线和成核机理等方面的影响。本文研究成果主要包括以下四个方面： （1）脉冲参数对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响 在无氰电镀铜过程中使用脉冲电镀，脉冲电镀有关断时间存在，被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近，当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子得以恢复，故可以使用较高的电流密度。在电镀时间（Ton）是1s，暂停时间（Toff）分别是0.1s，1s，5s时，增加暂停时间（Toff）有利于铜镀层晶粒的细化和改善微观结构。随着暂停时间（Toff）的增加，瘤状颗粒尺寸减小，表面覆盖得相对致密。在暂停时间（Toff）是1s，电镀时间（Ton）分别是5s，0.5s时，电镀时间（Ton）是5s得到的铜镀层覆盖较致密，孔洞较少。 （2）HEDP对焦磷酸盐体系铜电沉积机理的影响 在焦磷酸盐体系电镀铜过程中，随着HEDP浓度的增加，铜镀层变的粗糙，铜镀层的厚度减小。在40 g/L的HEDP时，铜镀层表面平滑，覆盖致密，铜镀层的厚度为7.5μm，电流效率为93.76％。在研究成核机制时发现，不添加HEDP时，Cu电沉积初期为三维瞬时成核。在添加HEDP时，Cu电沉积初期为三维连续成核。 （3）超声波对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响 在无氰电镀铜过程中引入超声波，可以有效地增加电结晶的成核速度，降低晶粒的长大速度，使镀层均匀细致。在没有超声波作用下，镀层粗糙且有许多孔洞，而在60W和80W的超声波作用下，镀层致密，瘤状颗粒细小、均匀，没有明显的缝隙和裂痕。当超声波功率为100W时，镀层表面不均匀，瘤状颗粒粗大，表面非常粗糙，有许多孔洞。在超声波功率为0W，60W，80W和100W时，镀液的电流效率分别为91.95%,92.14%,89.25%和96.11%。 （4）磁场对焦磷酸盐体系铜电沉积的影响 在无氰电镀铜过程中引入平行于电场的磁场，有助于改善薄膜的表面形貌，随着磁场的增加，表面逐渐平整致密，但是薄膜厚度逐渐减小。无磁场时，电沉积层表面产生大量气孔，表面粗糙，其粗糙度Ra=520nm。而在0.3T，0.5T和0.8T磁场作用下，表面气孔明显逐渐减少，表面逐渐平整，覆盖逐渐致密，且粗糙度逐渐减小，在0.8T时电沉积层的粗糙度为Ra=226nm。
无氰碱性镀铜;镀铜技术;焦磷酸盐;薄膜结构;微观形貌;成核机理;铜电沉积
中国计量学院
硕士
材料物理与化学
卫国英
2015
中文
TQ153.14
85
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）