第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
2023
省赛
课外学术科技作品竞赛（主体赛）
二等奖
未转化
否
高端电子制造电子电镀是目前唯一能够实现纳米级电子逻辑互连和微纳结构制造加工成形的技术方法。PCB为芯片的基板，其中的微孔类型可分为通孔，盲孔和埋孔。通过电沉积铜的方法完成沟槽的填充布线，以此保证电信号传输的稳定性和可靠性。在电镀铜的过程中，通过特定的添加剂配方完成盲孔的自下而上的致密填充。其核心是电镀添加剂，加速剂一般是含硫、巯基和磺酸基的小分子化合物，能够加速孔底低电流密度区域铜沉积，抑制剂多为聚醚类或聚醇类大分子化合物，多数抑制表面的铜沉积，整平剂为含氮杂环和季铵阳离子化合物等，多数吸附在盲孔内的突出结构，抑制孔口的铜沉积。添加剂之间相互协同，共同完成盲孔的致密填充。
当使用基础电解液进行电镀时，此时，会优先在尖端结构处形核生长，所以造成的后果就是孔口处生长过快，会过早闭合，像这样的孔内具有气孔、空洞等缺陷的填充是无法满足要求的。所以需要加入特定功能的几种添加剂，通过调控可以改变他们在孔内各区域的填充速度，达到我们所需要的效果。 这种微孔填充通常利用特定的电镀配方来实现，其核心是电镀添加剂。电镀添加剂的价格高昂，市场长期被日美德等国外企业所垄断，大马士革铜互连电镀28nm以下所有添加剂100%被国外垄断。因此，研究一种满足优异填充性能的添加剂对于打破国外垄断、实现芯片强国意义非凡。 针对这样的难题，我们在国家十四五规划和双碳目标的大背景下，以突破国外的技术封锁为目的，我们研制出了全新的电镀液配方，季铵盐是一类毒性小，抑制效果好的添加剂，是一类表面活性剂，常用作消毒剂，可以替代进口添加剂，与商业添加剂相比，具有更高的盲孔的高性能填充，且成本更低，对环境友好。 我们以添加剂中特定的官能团为立足点，设计合成一系列侧链不同的含苄基季铵盐阳离子化合物作为新型添加剂，探究添加剂结构与性能的联系，并通过研制新型添加剂的电镀液配方，完成PCB板盲孔电镀铜的无缝隙、无孔洞填充。 （填孔率和表面同层厚度，平整度都是判断添加剂性能的重要指标）我们通过电化学测试证明，三种添加剂配方中，配方三在不同电流密度下铜沉积量相差最大，优于商业添加剂。（不同转速模拟的是孔内和孔口处的对流差异）量子化学计算表明，配方三的添加剂分子在铜表面吸附性最好。 金相图可以看出，配方三具有高效的填孔性能，填充率高达100%，且电镀完成后，PCB板面电镀铜的沉积厚度仅为9μm。SEM表征可以看出，随着配方三浓度的增加，沉积层的晶粒更加细化，镀层表面变得更加平整。 本作品的新型电镀添加剂配方具有高效的盲孔填充性能，且有效减薄了表面铜沉积厚度，还具有成本低、适用范围广、绿色环保、结构稳定的优点，有着良好的应用前景。
暂未公开
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