介紹
聚季銨鹽-2是一種新型陽(yáng)離子聚合物整平劑，用于整平酸性硫酸鹽鍍銅。該聚合物分子量為17450，分子鏈中每個(gè)重復(fù)單元含兩個(gè)季銨陽(yáng)離子與兩個(gè)氯離子，在水溶液中可電離形成陽(yáng)離子物種，以靜電作用易向陰極表面遷移并吸附。
圖一 聚季銨鹽-2
電鍍整平劑
未添加聚季銨鹽-2時(shí)，銅表面存在拋光殘留的溝槽；吸附該整平劑后，表面被直徑 20-50 nm的顆粒覆蓋，溝槽消失，表明吸附層改變了銅的電結(jié)晶形貌。電化學(xué)極化曲線測(cè)試表明，添加 Polyquaternium-2 后，銅離子還原的陰極電位顯著負(fù)移，陰極極化程度增強(qiáng)，且極化強(qiáng)度隨其濃度升高而增大，這是由于吸附層阻礙了銅離子向陰極表面的遷移與電子轉(zhuǎn)移，從而抑制電沉積反應(yīng)。當(dāng)聚季銨鹽-2濃度為0.17 μmol/L 時(shí)，通孔電鍍的投擲功率（TP）從空白浴的 43.5% 提升至 101.8%，鍍層厚度均勻性達(dá)到最優(yōu)；濃度過(guò)高（0.29 μmol/L）時(shí)，TP值增至 133.1%，中心區(qū)域沉積速率過(guò)快反而破壞均勻性，驗(yàn)證了濃度調(diào)控的重要性。
聚季銨鹽-2與鍍銅體系中傳統(tǒng)添加劑（加速劑 SPS、抑制劑 PEG、氯離子 Cl?）的協(xié)同作用是能夠?qū)崿F(xiàn)高效整平。氯離子作為橋梁物種，可與 PEG 形成 PEG-Cl 抑制復(fù)合物，與 SPS 形成催化活性物種，而聚季銨鹽-2與氯離子存在吸附競(jìng)爭(zhēng)，在氯離子存在下，其抑制作用被部分削弱，但仍能增強(qiáng)整體陰極極化。E-t 曲線測(cè)試表明，當(dāng)體系同時(shí)存在 200 ppm PEG、50 ppm Cl?、1 ppm SPS 與 0.17 μmol/L 聚季銨鹽-2時(shí)，對(duì)流依賴吸附（CDA）行為顯著增強(qiáng)，電位差 Δη 為正值，意味著強(qiáng)對(duì)流區(qū)域（通孔口）的沉積抑制更明顯，從而推動(dòng)通孔口與中心的沉積速率趨于一致。PEG-Cl 提供基礎(chǔ)抑制作用，SPS 調(diào)控催化活性，聚季銨鹽-2則針對(duì)性強(qiáng)化高對(duì)流區(qū)域的抑制效果，三者共同構(gòu)建了精準(zhǔn)調(diào)控的沉積體系。
圖二 添加劑的E-t曲線
PCB通孔電鍍應(yīng)用
在電流密度 2.0 A/dm2、溫度 25℃的條件下，采用含 0.17 μmol/L聚季銨鹽-2的復(fù)合添加劑體系，可在直徑 250 μm、深度 3 mm 的通孔中獲得厚度均勻的銅鍍層，滿足多層 PCB 的互連要求。相較于傳統(tǒng)整平劑（如詹納斯綠 B），聚季銨鹽-2具有低毒、水溶性好、不易團(tuán)聚等特點(diǎn)，可減少鍍層缺陷；其與現(xiàn)有添加劑體系的良好兼容性，無(wú)需改造電鍍?cè)O(shè)備即可直接應(yīng)用，降低了工業(yè)升級(jí)成本。此外，該整平劑的吸附層穩(wěn)定性強(qiáng)，在電鍍過(guò)程中不易脫附，能長(zhǎng)期維持整平效果，提升工藝重復(fù)性[1]。
參考文獻(xiàn)
[1]CHEN B ,WANG A ,WU S , et al.Polyquaternium-2: A New Levelling Agent for Copper Electroplating from Acidic Sulphate Bath[J].Electrochemistry,2016,84(6):414-419.DOI:10.5796/electrochemistry.84.414.
