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以亚氨基二乙酸为络合剂的新型化学镀铜体系以及超级化学镀镍的初步研究

作　者: 高剑
导　师: 王增林
学　校: 陕西师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 化学镀铜次磷酸钠亚氨基二乙酸超级化学镀镍
分类号: TQ153.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

化学镀铜作为当今表面处理技术中的主要技术之一,已得到了广泛应用。但目前,化学镀铜还原剂大多还是采用甲醛,虽然甲醛镀铜具有成本低廉、工作温度低等优点,但甲醛镀液不稳定,在碱性镀液中还会发生氧化还原反应而消耗,更重要的是甲醛毒性较大,对环境会产生污染等缺点,使其应用受到限制。而以次磷酸钠为还原剂的化学镀铜由于具有镀液使用寿命长、没有有毒气体析出,是一种比较环保的还原剂而倍受青睐。目前,次磷酸钠化学镀铜体系又多采用柠檬酸钠作为络合剂,所得沉积铜膜色泽黯红、含镍量较高,电阻率大,不利于实际应用。为改善铜膜质量,本研究确定了亚氨基二乙酸(IDA)为络合剂的次磷酸钠化学镀铜新体系,研究镀液pH、施镀温度以及镀液中各组分对化学镀铜沉积速率以及镀液稳定性的影响。并通过电化学方法研究不同pH对化学铜沉积速率的影响,探讨其作用机理。实验所得铜膜采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射仪(XRD)等进行表征。实验结果表明,化学镀铜沉积速率随着镀液温度、硫酸铜浓度和次磷酸钠浓度的升高而升高,沉积速率随着络合剂亚氨基二乙酸浓度和镀液pH的增加而降低。电化学研究结果表明：随着pH的降低,阴极还原峰电位正移,峰电流密度增大,从而加速了阴极还原反应,提高化学铜沉积速率。实验最终确定基本镀液组成为：硫酸铜0.04～0.05 mol/L；亚氨基二乙酸0.06～0.08 mol/L；次磷酸钠0.32～0.36 mol/L；醋酸钠0.2 mol/L；pH为4.5～5.0；镀液温度为80℃,在该条件下化学镀铜溶液的稳定性高,镀液沉积速率可达到2.5μm/h,所得铜膜结晶度好,且铜膜中不含镍,提高了铜膜质量,降低了铜膜的电阻率。本文的另一个重要内容是超级化学镀镍体系的初步研究,该研究在确定基本化学镀镍溶液的基础上,根据超级化学镀的特点,确定以PAA3000-5000(聚丙烯酸3000-5000)为抑制剂,以乳酸为络合剂的超级化学镀镍溶液。利用添加剂PAA3000-5000对化学镍的抑制作用和低扩散速率,使化学镍沉积速率在微道沟中自下而上逐渐减小,形成速度梯度,从而进行化学镍填充。实验结果表明,PAA对化学镀镍的沉积速率有抑制作用,没有添加任何添加剂时,化学镀镍沉积速率是5.5 gm/h,当加入PAA浓度仅为2.0 mg/L时,化学镀镍沉积速率降低至2.5μm/h。随着PAA浓度进一步增大,化学镀镍沉积速率有所下降,但其下降幅度明显减小,为了在加入较少添加剂的情况下得到较大的沉积速率下降幅度,实验选择PAA浓度为2.0 mg/L的化学镀镍溶液,研究其对不同宽度微道沟化学镀镍填充的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-20
  1.1 化学镀铜部分  8-14
    1.1.1 化学镀概述  8-9
    1.1.2 无甲醛化学镀铜研究  9-10
    1.1.3 以次磷酸盐作为还原剂的化学镀铜研究进展  10-13
    1.1.4 本课题研究目的和意义  13-14
  1.2 超级化学镀镍部分  14-20
    1.2.1 超级化学镀研究进展  14-16
    1.2.2 超级化学镀的定义及关键问题  16-17
    1.2.3 本课题研究目的和意义  17-20
第2章实验方法及原理  20-26
  2.1 化学镀铜实验方法  20-22
    2.1.1 样品及其表面前处理  20
    2.1.2 化学镀镀液的配置  20-21
    2.1.3 样品表面化学镀铜  21
    2.1.4 沉积速率的测定  21
    2.1.5 铜膜质量检测  21
    2.1.6 电化学分析  21-22
    2.1.7 实验试剂及其设备  22
  2.2 超级化学镀镍实验方法  22-26
    2.2.1 实验材料  22-23
    2.2.2 实验方法  23-25
    2.2.3 化学镀镍实验试剂及设备  25-26
第3章以亚氨基二乙酸为络合剂的化学镀铜研究  26-38
  3.1 引言  26
  3.2 镀液pH对化学镀铜沉积速率的影响  26-28
  3.3 镀液温度对化学镀铜沉积速率的影响  28-29
  3.4 次磷酸钠化学镀铜基础镀液的研究  29-33
    3.4.1 硫酸铜的浓度对沉积速率的影响  29-30
    3.4.2 亚氨基二乙酸(IDA)浓度对沉积速率的影响  30-31
    3.4.3 次磷酸钠浓度对沉积速率的影响  31-32
    3.4.4 醋酸钠在化学镀液中的用途  32-33
  3.5 亚氨基二乙酸化学镀铜溶液的电化学研究  33-34
  3.6 化学镀铜膜的质量评测  34-36
    3.6.1 表面形貌的观测  34-36
    3.6.2 表面晶体结构的测定  36
  3.7 本章小结  36-38
第4章超级化学镀镍的初步研究  38-48
  4.1 引言  38-39
  4.2 超级化学镀镍添加剂的选择  39-40
  4.3 添加剂PAA简介  40
  4.4 添加剂PAA对化学镀镍沉积速率的影响  40-41
  4.5 添加剂PAA对化学镀镍层表面形貌的影响  41-42
  4.6 添加剂PAA对化学镀镍阴阳极极化曲线的影响  42-43
  4.7 添加剂PAA对道沟填充的影响  43-46
    4.7.1 添加剂PAA对不同道沟的化学镍填充  43-44
    4.7.2 道沟的化学镀镍填充过程  44-46
  4.8 本章小结  46-48
第5章全文总结  48-50
参考文献  50-56
致谢  56-58
攻读学位期间的研究成果  58

以亚氨基二乙酸为络合剂的新型化学镀铜体系以及超级化学镀镍的初步研究

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