添加剂对酸性镀铜耐蚀性的研究

刘启承

（重庆一三六地质队,重庆 401147）

添加剂对酸性镀铜耐蚀性的研究

刘启承

（重庆一三六地质队,重庆 401147）

研究了酸性镀铜工艺中两种添加剂的质量浓度对铜镀层的影响。实验通过塔菲尔方程测定了在不同镀液中所得镀层的耐蚀性能,并研究了PEG和Cl-共同存在时对镀层耐蚀性能的影响。通过实验总结出了PEG和Cl-之间在一定的质量浓度下的协同规律和最佳比例。

酸性镀铜;PEG;氯离子;塔菲尔曲线

0 前言

本文主要研究酸性镀铜中的添加剂对所得镀层的影响,通过塔菲尔方程测定出抑制剂（PEG）和Cl-的质量浓度对镀层耐蚀性的影响规律[1-3],并且对电镀机理进行研究,从而得到一组电镀效果比较好的添加剂组合。

1 实验

1.1 实验试剂

CuSO4（质量分数大于99.0%）,H2SO4（质量分数大于95.0%）,PEG（质量分数大于99.0%）,NaCl（质量分数大于99.5%）,无水乙醇（质量分数大于99.7%）。

1.2 实验仪器

HDV-7C型晶体管恒电位仪,CHI 660型电化学工作站,FA 1004型电子天平,79-1型搅拌器,KQ-50E型超声波清洗器,DKB-8A型恒温水浴箱。

1.3 工艺配方及工艺条件

CuSO448 g/L,质量分数为98%的 H2SO4100 mL/L,NaCl 30～100 mg/L,PEG 0.1～ 0.2 g/L,1 A/dm2,20 °C,均匀搅拌 15 min。

1.4 样品准备

实验采用双电极体系,阴极为34#不锈钢片,用环氧树脂封制成直径为1.0 cm的圆盘状。实验前依次使用600#,800#和1 200#砂纸打磨,然后分别放入蒸馏水和无水乙醇中进行超声波清洗,最后再用质量分数为5%的稀 H2SO4活化30 min,待用。阳极为含磷铜板。

1.5 测试方法

采用三电极体系测试镀层耐蚀性能,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为大面积铂片,工作电极为经过电镀的试样;采用浓度为0.5 mol/L的浓硫酸作为检测镀层耐蚀性能的腐蚀液。

2 结果与讨论

2.1 搅拌对所得镀层的影响

图1为在不添加任何添加剂时,在有、无搅拌条件下所得镀层的交流阻抗谱图。由图1可知:在有搅拌情况下得到的镀层的耐蚀性明显比无搅拌的好。这是因为搅拌降低了浓差极化,减小了扩散层的厚度,从而使电沉积时阴极表面的放电金属离子迅速得到补充;搅拌还可以提高电流密度的上限,使操作电流密度增大,减少针孔和毛刺。在无搅拌情况下得到的镀层比较疏松,结构不紧密,并且有很大的孔。

2.2 PEG-Cl-对镀层耐蚀性的影响

（1）塔菲尔曲线

图1 有、无搅拌条件下的交流阻抗谱图

图2为在PEG的质量浓度为0.2 g/L的镀液中加入不同质量浓度的Cl-后所得镀层的塔菲尔曲线,经分析所对应的数据,如表1所示。

图2 不同配比PEG-Cl-所得镀层的塔菲尔曲线

表1 拟合数据表

由表1可知:当 Cl-的质量浓度在30～100 mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增加,镀层的自腐蚀电流不断减小,当Cl-的质量浓度为100 mg/L时,镀层的自腐蚀电流最小。由此结果可知:Cl-的加入增强了所得镀层的耐蚀性能,并且随其的质量浓度的增加,所得镀层的耐蚀性越好。

图3是在PEG的质量浓度为0.1 g/L的镀液中加入不同质量浓度的Cl-后所得镀层的塔菲尔曲线,经分析所对应的数据,如表2所示。

图3 不同配比PEG-Cl-所得镀层塔菲尔曲线

表2 拟合数据表

由表2可知:当Cl-的质量浓度在3 0～60 mg/L时,镀层的自腐蚀电流随着Cl-的质量浓度增大而减小;当Cl-的质量浓度在60～90 mg/L时,镀层的自腐蚀电流随着Cl-的质量浓度的增大而增大。

3 结论

通过塔菲尔实验可知:在酸性硫酸铜溶液中,当PEG的质量浓度为0.1 g/L时,Cl-的质量浓度在30～60 mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性提高;Cl-的质量浓度在60～90 mg/L时,随着Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性减小;当PEG的质量浓度为0.2 g/L时,Cl-的质量浓度在30～100 mg/L时,随着 Cl-的质量浓度的增大,镀层的耐蚀性提高。根据上述研究得到两组比较好的组合:PEG 0.1 g/L,Cl-60 mg/L和 PEG 0.2 g/L,Cl-100 mg/L。

同时在本实验中也对搅拌对镀层耐蚀性的影响进行了研究,结果表明:在酸性镀铜中搅拌能明显改善镀层的耐蚀性能。

[1] 何兆强.从印制电路板工业的发展看铜箔的前景[J].上海有色金属,2000,2（1）:34-39.

[2] 陈达宏.印制电路孔金属化[J].电子工艺技术,2001,22（3）:102-105.

[3] 郑雅杰,龚竹青,陈白珍,等.印制电路板孔金属化及其工艺改进途径[J].材料导报,2003,17（4）:11-13.

A Research on Effects of Additives on Corrosion Resistance of Acidic Copper Electroplating

LIU Qi-cheng
（The Geology Team 136 of Chongqing,Chongqing 401147,China）

The effects of the mass concentration of two additives on copper coating in acidic copper plating were investigated.The corrosion resistance of the coatings obtained in different baths was determined by Tafel equation in experiment.The effects of coexisted PEGand Cl-on the corrosion resistance of the coating were also investigated.The synergistic law and optimal ratio of PEG and Cl-at a certain mass concentration were summarized through experiment.

acidic copper plating;PEG;chloride ion;Tafel curve

TQ 153

A

1000-4742（2011）04-0015-03

2010-09-26

·化学镀·