介紹

N,N,N',N'-四(2-羥基丙基)乙二胺（N,N,N',N'-Tetrakis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine，THPED）是一種具有四羥基 propyl 取代的乙二胺衍生物，化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有的四個(gè)羥基（-OH）與兩個(gè)亞氨基（-N-）構(gòu)成多齒螯合位點(diǎn)，使其能與Cu2?、Cu?形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。相較于傳統(tǒng)酒石酸鹽螯合劑，THPED與銅離子的絡(luò)合穩(wěn)定常數(shù)更高（lgK=9.8 vs 6.5），且絡(luò)合配比更優(yōu)。

圖一 N,N,N',N'-四(2-羥基丙基)乙二胺

化學(xué)鍍銅

在N,N,N',N'-四(2-羥基丙基)乙二胺化學(xué)鍍銅體系中，核心反應(yīng)為甲醛（HCHO）作為還原劑將 Cu2?還原為金屬 Cu，而 THPED 的濃度對(duì)沉積速率與鍍液穩(wěn)定性的平衡具有關(guān)鍵調(diào)控作用。隨著THPED濃度從11.2 g/L 增至 28.0 g/L，沉積速率從 1.87 μm/h 降至 1.10 μm/h，而鍍液穩(wěn)定性持續(xù)提升。當(dāng)THPED濃度為 11.2~14 g/L時(shí)，雖沉積速率較快，但鍍液易發(fā)生分解，鍍層質(zhì)量不佳；當(dāng)濃度達(dá)到 16.8 g/L 時(shí)，鍍液穩(wěn)定性與鍍層質(zhì)量達(dá)到最佳平衡，此時(shí)THPED與Cu2?的絡(luò)合作用既能避免銅離子過早還原，又能保證還原反應(yīng)的高效進(jìn)行。低濃度下絡(luò)合不足，銅離子易發(fā)生非均相還原；高濃度下絡(luò)合過強(qiáng)，抑制 Cu2?向電極表面的遷移與還原。

圖二 THPED濃度對(duì)電鍍速率的影響

沉積速率

添加添加劑能夠優(yōu)化N,N,N',N'-四(2-羥基丙基)乙二胺體系鍍層質(zhì)量與沉積速率。CuSO??5H?O與HCHO作為反應(yīng)核心底物，其濃度升高均能提升沉積速率：當(dāng)CuSO??5H?O濃度從9.3 g/L 增至16 g/L，沉積速率從0.98 μm/h 升至1.77μm/h；HCHO濃度從8 mL/L 增至20 mL/L 時(shí)，沉積速率從1.11 μm/h 升至1.85 μm/h，但過高濃度（CuSO??5H?O≥16 g/L、HCHO≥20 mL/L）會(huì)導(dǎo)致鍍液穩(wěn)定性下降，鍍層易出現(xiàn)缺陷。pH 值與溫度的調(diào)控同樣關(guān)鍵：pH值在11.5~13.0范圍內(nèi)，沉積速率隨 pH 升高顯著提升，在12.75時(shí)達(dá)到9.54 μm/h，過高 pH（>13.0）會(huì)因甲醛水解消耗OH?而降低反應(yīng)效率；溫度升高能加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，30~60℃范圍內(nèi)沉積速率從9.54 μm/h 增至 16.58 μm/h，但 60℃以上鍍液易失穩(wěn)分解，70℃時(shí)沉積速率降至 12.50 μm/h，因此 30~50℃為最優(yōu)溫度區(qū)間[1]。

圖三 CuSO4·5H2O和HCHO濃度對(duì)沉積速率的影響

參考文獻(xiàn)

[1]Zheng Y ,Zou W ,Yi D , et al.Electroless copper plating process of N, N, N′, N′-tetrakis (2-hydroxypropyl) ethylenediamine system with high plating rate[J].Journal of Central South University of Technology,2005,12(1s):82-87.DOI:10.1007/s11771-005-0377-2.