4.2 化學鍍銅層的性質

4.2.1 化學鍍銅與電鍍銅的性質有什么不同？

化學鍍銅與電鍍銅性質比較如表4-1所示?；瘜W鍍銅與各種電鍍銅在抗拉強度、伸長率、通孔連接可靠性等性能的比較如圖4-5～圖4-7所示。

表4-1 化學鍍銅與電鍍銅性質比較

化學鍍銅層力學性能的主要指標是延展性和韌性?；瘜W鍍銅層的延展性和韌性都比金屬銅差，特別是操作不當時。

一般認為，在鍍液中加入合適穩定劑，既可以穩定鍍液，又可以改善操作條件，也有利于得到力學性能良好的銅鍍層。

4.2.2 熱處理對鍍層延展性的影響是什么？

化學鍍銅層的延展性隨著鍍層的存放時間會逐步改善，這說明在環境溫度下，鍍層內的氫氣也可能擴散脫離。一種化學鍍銅層延展性、氫含量與150℃下退火時間的關系曲線如圖4-8所示。由該圖可見，隨加熱時間延長，鍍層的延展性得到改善；退火至24h后，鍍層延展率達到某一常數。與之相對應的是鍍層中氫含量隨退火時間而降低，同樣在24h后，氫含量降低至某一常數水平。由氫含量曲線可見，鍍層中存在有兩種氫：一種為可擴散的氫，退火時可除去；另一種為殘留氫，退火是無法除去的；除氫和鍍層延展性的改善之間存在密切的關系。

圖4-5 各種鍍銅層鍍后抗拉強度和伸長率的關系

圖4-6 各種鍍銅層鍍熱處理溫度與伸長率

圖4-7 疊加法小直徑通孔PWB的通孔連接可靠性

圖4-8 退火時間對化學鍍銅層中氫含量和延展性的影響

4.2.3 添加劑對鍍層延展性的影響是什么？

在EDTA作為絡合劑的化學鍍銅液中加入各種添加劑，會對鍍層延展性有不同的影響，如表4-2所示。從表中可看出，在化學鍍銅液中，單獨加入2-MBT（2-巰基苯并噻唑）、硫氰酸鉀等，對改善鍍層延展性沒有效果；1，10-菲啰啉、亞鐵氰化鉀等比2-MBT、硫氰酸鉀稍好；單一添加劑對改善鍍層延展性的作用不大。

表4-2 各種添加劑在70℃時對鍍層延展性的影響

各種調節劑與α，α′-聯吡啶并用在70℃時對鍍層延展性的影響如表4-3所示。從表中可看出，α，α′-聯吡啶與其他添加劑并用，可使鍍層的韌性有改善，用電子顯微鏡觀察其表面是光滑的。α，α′-聯吡啶與其他調節劑并用。

表4-3 各種調節劑與α，α′-聯吡啶并用在70℃時對鍍層延展性的影響

4.2.4 氰化物對鍍層延展性有何影響？

氰化物可顯著提高鍍層的延展性：一般情況下，在沒有添加氰化物的鍍銅溶液中，所沉積出銅層的氫含量為0.01%～0.02%（質量分數）。化學鍍銅層的脆性是由于內部空穴中氫的壓力效應所引起。

在化學鍍銅溶液中加入氰化物在較高溫度下（75℃），所獲得的銅鍍層，其空穴密度可大大降低。據測定，120nm厚的銅層（鍍液中無氰化物后，液溫60℃）的空穴密度為9×10¹⁵個/cm³，而在相同的鍍液中加入氰化物后（液溫75℃），測得同樣厚度的銅層的空穴密度為9×10⁴個/cm³。由于空穴密度降低，導致鍍層內部的氫壓力效應降低。

4.2.5 表面活性劑對鍍層延展性有何影響？

在化學鍍銅溶液中，加入表面活性劑，能降低溶液的表面張力，使來自沉積表面的氫氣泡容易脫離表面逸出，從而達到改善鍍層質量的目的，如表4-4所示。

表4-4 表面活性劑對鍍層延展性的影響

注：A—優秀；B—好；C—一般；Ethomeenc C-25、Lipono X-H、PEG-1000為非離子型表面活性劑。

從表4-4可見，在鍍液中添加陰離子型表面活性劑（例如洗滌劑）時，對改善鍍層的延展性效果不明顯。添加非離子型表面活性劑，濃度500mg/L時，所獲得鍍層的延展性和韌性都很好，鍍層表面光澤也有明顯提高。

4.2.6 攪拌和過濾對鍍層性質有什么影響？

1）攪拌可以促使附著在鍍件表面上的氫氣泡脫離，降低銅層中的氫含量，降低空穴密度，減小氫脆。

2）過濾可以將鍍銅溶液中的銅顆粒、有機物除去，以防止鍍層中的有機物夾雜，而導致晶體尺寸變化太大或發生位錯。