印制電路鍍銅添加劑調(diào)控銅沉積平整化的研究

發(fā)布時間：2020-03-26 06:54

【摘要】：隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)的部署,信號傳輸速度成數(shù)百倍地攀升,傳輸線表面微米級別的粗糙度已經(jīng)不能滿足信號傳輸損耗的要求。本文從添加劑調(diào)控銅電沉積表面粗糙度的角度出發(fā)通過對常用的三種鍍銅添加劑的物理化學(xué)特性及電化學(xué)行為進行研究,篩選出了具有優(yōu)異整平性能的添加劑體系,進一步將其應(yīng)用在信號傳輸線的制作流程中,發(fā)現(xiàn)優(yōu)選出的添加劑體系降低了19.7%的信號插入損耗,有效的提升了傳輸線的信號完整性。首先,本文對三種常用的電鍍添加劑SPS、JGB、EO/PO進行了分子動力學(xué)模擬、量子化學(xué)計算、電化學(xué)分析。動力學(xué)模擬結(jié)果表明EO/PO對銅沉積起到最大的抑制作用,有利于形成較低粗糙度的銅面;JGB會阻擋部分SPS在銅面的吸附,減弱SPS在添加劑體系中的作用。量子化學(xué)計算結(jié)果表明EO/PO在電沉積的過程中性質(zhì)比較穩(wěn)定,反應(yīng)活性最低;而JGB更容易發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,反應(yīng)活性較高。電化學(xué)分析結(jié)果表明SPS有一定的加速作用,EO/PO具有強烈的抑制作用,兩者共同作用可達到平衡;JGB在SPS-EO/PO體系中表現(xiàn)出明顯的抑制作用。隨后,為了篩選出整平性能最優(yōu)的添加劑體系,本文設(shè)計了由SPS、EO/PO、JGB組成的添加劑體系,進行了各體系下的電沉積整平化試驗,篩選出的SPS-EO/PO-JGB體系具有最優(yōu)異的電沉積整平能力。在該體系中,EO/PO降低了沉積過程成核的密度及核生長的速率,SPS在銅沉積的非優(yōu)先區(qū)產(chǎn)生了更多銅核,保證了沉積的均勻性,兩者競爭吸附的共同作用導(dǎo)致了銅面均勻、細致的結(jié)晶與生長,JGB在該體系中的抑制作用使銅面結(jié)晶更加細致,所以該體系具有最優(yōu)的整平性能。本文以銅表面粗糙度為指標(biāo)設(shè)計了正交試驗,結(jié)果表明添加劑濃度影響著銅面整平效果,SPS的濃度對平整性影響最大,平整度隨著SPS濃度的增加而提升,EO/PO濃度對平整度影響最小,JGB濃度增大會導(dǎo)致較粗糙的銅面產(chǎn)生。最后,基于篩選出的整平性能最優(yōu)的SPS-EO/PO-JGB添加劑體系,本文設(shè)計實驗并驗證了該體系對傳輸線插入損耗的影響。設(shè)計并制作了能夠進行插入損耗測試且滿足實驗室環(huán)境下電沉積試驗的測試板,并對測試板進行了不同添加劑體系下的銅電沉積試驗。結(jié)果表明SPS-EO/PO-JGB添加劑體系相比無添加劑體系降低了19.7%的傳輸線插入損耗,因此將具有整平性能的添加劑應(yīng)用在傳輸線的制作流程中可以顯著的降低信號傳輸損耗進而提高信號完整性。
【圖文】：

傳輸線,低頻信號,高頻信號,趨膚深度

通的電路中激發(fā)出感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流主要居中分布在導(dǎo)線的內(nèi)部。電流的方向與導(dǎo)線電流的傳輸方向相反，就導(dǎo)致了總電流主要貼著導(dǎo)線置傳輸，該現(xiàn)象被稱為趨膚效應(yīng)，而電磁波場強降低到傳輸線表面場強 1定位為趨膚深度。、與、導(dǎo)體的公式(1-1)。公式其中，銅導(dǎo)體的，，，故可深度（微米）與傳輸信號頻率的公式(1-2)：公式當(dāng)信號傳輸頻率在 100MHz 時，趨膚深度為 6.6μm；信號傳輸頻率提升到 5趨膚深度已經(jīng)小于 1μm；20GHz 時，趨膚深度僅為 0.46μm。隨著信號傳增加，傳輸線的表面粗糙度對信號損失的影響就越大，如圖 1-1 所示。電流頻率f 趨膚深度磁導(dǎo)率電導(dǎo)率 1=f 7電導(dǎo)率 =5.8 10 S /m-7磁導(dǎo)率 =4 10 H /mCu66085=f

模型圖,銅原子,晶胞,模型