二元复合添加剂对超低轮廓电解铜箔微观结构的影响

摘要

[目的]高频高速印制电路板（PCB）用超低轮廓铜箔要求表面粗糙度Rz不高于0.5μm（HVLP4级），但传统添加剂体系多含3种及以上组分，存在体系复杂、易分解、难以稳定控制等问题，且常需在较低电流密度下制备，生产效率受限。本研究旨在通过设计聚乙二醇（PEG）与添加剂Q（一种含巯基的水溶性有机硫化合物）的二元复合体系，在大电流密度下制备超低轮廓铜箔。[方法]以钛辊为阴极、镀铱钛板为阳极，在Cu²⁺ 90 g/L、硫酸110 g/L、Cl^-40 mg/L、温度45℃、电流密度25 A/dm²的条件下进行电沉积。通过改变镀液中PEG及添加剂Q的质量浓度，研究单一及复合添加剂对铜箔表面形貌（SEM）、毛面粗糙度Rz的影响。通过循环伏安（CV）分析、计时电位（CP）测试及电化学阻抗谱（EIS）分析添加剂对铜沉积的作用机制，并结合电子背散射衍射（EBSD）表征添加剂对铜箔晶粒取向及尺寸分布的影响。[结果]对于单一PEG体系，铜箔毛面粗糙度随PEG浓度增大而增大。固定PEG质量浓度为15 mg/L并加入添加剂Q后，铜箔表面趋于平整致密；当添加剂Q质量浓度为20 mg/L时，铜箔的Rz低至0.36μm，满足HVLP4级标准。电化学测试表明，添加剂Q使铜的沉积电位正移、电荷转移电阻降低，表现出去极化加速作用；PEG则使沉积电位负移、电荷转移电阻增大，表现出抑制效应。EBSD结果显示，加入添加剂Q后铜箔晶粒沿沉积方向择优生长，毛面晶粒细化且排布更紧密。[结论] PEG与添加剂Q分别对铜沉积发挥抑制与加速的相反作用，二者协同调控铜的电结晶过程。该二元添加剂体系组分简单，可在25 A/dm²大电流密度下实现超低轮廓铜箔制备，为高频高速PCB用铜箔的工业化生产提供了可行路径。

关键词

电解铜箔 / 超低轮廓 / 复合添加剂 / 聚乙二醇 / 微观结构 / 表面粗糙度

基金资助

国家重点研发计划项目（2021YFB3400800）; 河南省联合基金重点项目（225200810026）; 河南省重点研发专项（231111241000）