电镀铜药水的效果评价方法
【专利摘要】本发明公开了一种电镀铜药水的效果评价方法，提供测试装置，所述测试装置包括置于分析杯中的电极、与所述电极电连接的电化学工作站以及与所述电化学工作电连接的电脑，电极包括参比电极、辅助电极和工作电极，所述参比电极通过盐桥与所述分析杯中的电镀铜药水连接；在不同电镀电压下将所述电镀铜药水中的铜离子镀到所述工作电极上，然后利用LSV法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀铜量，镀铜量随电镀电压的变化越小，该电镀铜药水的整平、填孔效果越好。通过本发明的效果评价方法可快速评价电镀铜药水的效果，而且工作量小、评价周期短，效率高。
【专利说明】
电镀铜药水的效果评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电镀技术，具体涉及一种电镀铜药水的效果评价方法。
【背景技术】
[0002] 目前电镀药水的开发和测试主要是用哈林槽中进行小片板的电镀实验，再通过作 切片观察的方法，评价孔内的电镀效果。这种方法工作量大，测试周期长，切片制作水平，测 量精度等等都会影响结论的可靠性;并且实验考察的各个因素与最终的结果(深镀能力或 整平能力)之间没有内在的机制机理的联系，少量的个别数据难以用来指导下一步的实验。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种电镀铜药水的效果评价方法，该方法结果准确，而且 工作量小、测试周期短，效率高。
[0004] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 提供一种电镀铜药水的效果评价方法，提供测试装置，所述测试装置包括置于分 析杯中的电极、与所述电极电连接的电化学工作站以及与所述电化学工作电连接的电脑， 所述电极包括参比电极、辅助电极和工作电极，所述参比电极通过盐桥与所述分析杯中的 电镀铜药水连接；
[0006] 作为电镀铜药水的效果评价方法的一种方案，在不同电镀电压下将所述电镀铜药 水中的铜离子镀到所述工作电极上，然后利用LSV法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀 铜量，镀铜量随电镀电压的变化越小，该电镀铜药水的整平、填孔效果越好。
[0007] 本发明的电镀铜药水的效果评价方法的工作原理如下：
[0008] 利用电化学工作站和旋转电极装置电极装置，模拟不同极化程度下（不同电镀电 压下)铜离子在工作电极上的还原过程，然后再用线性扫描伏安法(LSV)剥离工作电极上的 铜，并计算镀铜量，绘制出不同极化程度(不同电镀电压）下，镀铜量的变化曲线。镀铜量随 极化程度变化越小说明电镀铜药水整平能力越好，电镀铜药水整平、填孔效果越好；
[0009] 用工作电极的旋转模拟电镀过程中的喷流或鼓气等增强药水交换的操作，不旋转 模拟孔内电镀。绘制出不同旋转速度下，镀铜量的变化曲线。镀铜量随旋转速度变化越小说 明电镀铜药水对PCB板孔内和表面的镀铜速度差异越小，药水整平、填孔效果越好。
[0010] 在评价电镀铜药水的整平、填孔效果时，以电镀电压为横坐标、镀铜量为纵坐标绘 制镀铜量随电镀电压变化的曲线，曲线变化程度越小，该电镀铜药水的整平、填孔效果越 好。
[0011] 作为电镀铜药水的效果评价方法的另一种方案，所述工作电极可旋转，恒定电镀 电压时，在不同转速下测试电镀铜药水中铜离子在所述工作电极上的还原过程，然后利用 LSV法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀铜量，镀铜量随转速的变化越小，该电镀铜药 水的整平、填孔效果越好。
[0012] 以转速为横坐标、镀铜量为纵坐标绘制镀铜量随转速变化的曲线，曲线变化程度 越小，说明该电镀铜药水的整平、填孔效果越好。
[0013] 作为电镀铜药水的效果评价方法的一种优选方案，将上述两种方案结合评价电镀 铜药水的整平、填孔效果，效果更优。
[0014] 所述工作电极的转速为0~3000rpm，例如 100rpm、500rpm、lOOOrpm、1500rpm、 2000rpm或2500rpm。
[0015] 所述电镀电压相对于所述参比电极为-350~-150V，例如-35〇11^、-30〇11^、-250mV、-200mV、-150mV、-1OOmV 〇
[0016] 所述工作电极为铂电极或者玻碳电极，优选为铂电极，其上端设置有旋转圆筒，通 过旋转电极装置控制工作电极的转速。
[0017] 所述参比电极为银-氯化银电极或甘汞电极，优选为银-氯化银电极。
[0018] 所述辅助电极选自铂丝电极、铜箱电极、石墨电极、玻碳电极中的任意一种，优选 为铂丝电极。
[0019] 所述盐桥内装有硝酸钾或者硫酸溶液。
[0020] 本发明的有益效果:一种电镀铜药水的效果评价方法，提供测试装置，所述测试装 置包括置于分析杯中的电极、与所述电极电连接的电化学工作站以及与所述电化学工作电 连接的电脑，电极包括参比电极、辅助电极和工作电极，所述参比电极通过盐桥与所述分析 杯中的电镀铜药水连接;在不同电镀电压下测试电镀铜药水中铜离子在所述工作电极上的 还原过程，然后利用LSV法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀铜量，镀铜量随电镀电压 的变化越小，该电镀铜药水的整平、填孔效果越好。通过本发明的效果评价方法可快速评价 电镀铜药水的效果，而且工作量小，评价周期短，效率高。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例用于电镀铜药水的效果评价方法的分析装置的示意图。
[0022]图2为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(13#条件)的剥离曲线图。
[0023]图3为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(14#条件)的剥离曲线图。
[0024]图4为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(16#条件)的剥离曲线图。
[0025] 图5为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(17#条件)的剥离曲线图。
[0026] 图6为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(18#条件)的剥离曲线图。
[0027] 图7为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(19#条件)的剥离曲线图。
[0028]图8为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层（13#、14#、16#、17#条件）的厚度变 化图。
[0029]图9为本发明实施例中不同电镀电压时铜镀层(18#、19#条件)的厚度变化图。
[0030] 图1中：
[0031] 1、分析杯;2、工作电极;3、参比电极;4、辅助电极;5、旋转电极装置;6、电化学工作 站;7、电脑。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0033] 如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备 得到。
[0034] 实施例1
[0035]待测槽液:天承化工的化学铜药水SkyPlate Cu627,其配制前的初始组分如表1所 不，命名为Cu627 VMS(virgin make up solution)。
[0036]表1
[0038]分析装置:如图1所示，分析装置包括分析杯1和插入分析杯1中的工作电极2、参比 电极3以及辅助电极4,工作电极2的上端设置有旋转电极装置5,工作电极2、参比电极3以及 辅助电极4分别与电化学工作站6电连接，参比电极3通过盐桥与分析杯1中的电镀铜药水连 接，电化学工作站6与电脑7连接。该分析装置中，工作电极2(WE)为铂电极(RDE，转速设定为 2500rpm)，参比电极3(RE)为银-氯化银电极，并lmol/L硝酸钾作为盐桥，辅助电极4(CE)为 铂丝电极。
[0039] 采用上述分析装置、分别按照表2所示的试验条件（13#、14#、16#、17#、18#、19#)验 证本发明的效果评价方法。
[0040]表 2
[0042] 注:Y-恒电位电镀时电极旋转，N-不旋转;Fe3+以硫酸铁的形式加入;627L为电镀铜 整平剂;627B为电镀铜光亮剂。
[0043] 13#条件下的电镀铜药水为 100mL Cu627 VMS，分别在-10〇11^，-15〇11^，-20〇11^，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀5s，工作电极转速为1500rpm);电镀结束后立即用 线性扫描伏安法(LSV)将工作电极上的铜层剥离，获得如图2所示的铜剥离峰相对于电压之 间的曲线。
[0044] 14#条件下的电镀铜药水为 100mL Cu627 VMS，分别在-10〇11^，-15〇11^，-20〇11^，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀5s，工作电极转速为0);电镀结束后立即用线性扫 描伏安法(LSV)将工作电极上的铜层剥离，获得如图3所示的铜剥离峰相对于电压之间的曲 线。
[0045] 16#条件下的电镀铜药水为100mL Cu627 VMS与2mL 627L、0.3mL 627B的混合液， 分别在-100mV，-150mV，-200mV，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀5s，工作电极转 速为1500rpm);电镀结束后立即用线性扫描伏安法(LSV)将工作电极上的铜层剥离，获得如 图4所示的铜剥离峰相对于电压之间的曲线。
[0046] 17#条件下的电镀铜药水为100mL Cu627 VMS与2mL 627L、0.3mL 627B的混合液， 分别在-100mV，-150mV，-200mV，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀5s，工作电极转 速为〇);电镀结束后立即用线性扫描伏安法(LSV)将工作电极上的铜层剥离，获得如图5所 示的铜剥离峰相对于电压之间的曲线。
[0047] 18#条件下的电镀铜药水为 100mL Cu627 VMS与2mL 627L、0.3mL 627B、0.558g硫 酸铁的混合液分别在-100mV，-150mV，-200mV，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀 5s，工作电极转速为1500rpm);电镀结束后立即用线性扫描伏安法(LSV)将工作电极上的铜 层剥离，获得如图6所示的铜剥离峰相对于电压之间的曲线。
[0048] 19#条件下的电镀铜药水为 100mL Cu627 VMS与2mL 627L、0.3mL 627B、0.558g硫 酸铁的混合液，分别在-100mV，-150mV，-200mV，-250mV，-300mV，-350mV电压下恒电位电镀 5s，工作电极转速为0);电镀结束后立即用线性扫描伏安法(LSV)将工作电极上的铜层剥 离，获得如图7所示的铜剥离峰相对于电压之间的曲线。
[0049] 根据2~7中可计算出每一试验条件下的每一电压下的铜剥离峰的面积，进而可知 不同条件下镀铜的量。极化程度以电压计为横坐标，镀铜量以电量计为纵坐标绘图，考察不 同极化程度和药水交换对镀铜厚度的影响，其中13#、14#、16#、17#条件在不同极化程度下 铜镀层的厚度变化参见图8，18#、19#条件在不同极化程度下铜镀层的厚度变化参见图9。
[0050] 从图8中可以看出，用Cu627 VMS(13#、14#)作为电镀铜药水时，药水交换程度对铜 镀层的厚度影响十分很大。从原理上讲，在单纯的VMS溶液中电镀时PCB的通孔或盲孔内部 的状态类似于14#曲线上的i点；而孔的边沿和PCB表面的状态类似于13#曲线的s点，将i点 与s点相连即可得出assuming work linel，从assuming work linel的倾斜角度即可判断 出Cu627 VMS的整平、填孔效果。图8中的assuming work linel比较"陡峭"，说明在不加入 整平剂的情况下，孔内的镀层厚度相对就会非常的薄，TP值(深镀能力)会很低。
[0051 ] 加入了整平剂627L( 16#和17#)后由于整平剂627L的抑制作用，assuming work line2相对于assuming work linel更为平缓，说明以Cu627 VMS与627L、627B的混合液作为 电镀铜药水，药水交换程度对铜镀层厚度的影响下降，因而TP值提高了；但是药水交换程度 对TP值的影响还是负面的，虽然很小。
[0052] 从图9中可以看出电镀铜体系中加入了Fe3+离子后，18#、19#曲线相对于16#、17#曲 线产生了一些变化。
[0053]电极高速旋转时（18#)，药水交换程度高，在低极化处(_200mV--100mV)Fe3+离子 对铜的微蚀作用更显著导致镀量减小，高极化处(_350mV--200mV)Fe3+离子对对镀量影响 不大。
[0054] 电极不旋转时（19#)，药水交换程度低，在低极化处(_200mV--100mV)Fe3+离子对 铜的微蚀作用减小，镀量相对增大。高极化处(_350mV--200mV)受扩散控制影响，电镀量又 减小。
[0055] 两条曲线（18#和19#)交叉在Limit point，当工作条件控制在Limit point以下， 体系有更好的整平作用，电镀时PCB的孔口状态相当于18#曲线的s点，孔内状态相当于19# 曲线的i点，可以看出它比其中任一条曲线的效果都更好。而在16#与17#曲线中看不到这种 效果。两条曲线（18#和19#)相对比较接近，说明以Cu627 VMS与627L、627B、硫酸铁作为电镀 铜药水，其填孔效果比13#、14#、16#、17#更好。
[0056]综上所述，通过上述实施例进一步验证了本发明的电镀铜药水的效果评价方法的 准确性。
[0057]对于其他的电镀铜药水，同样适用于本发明的效果评价方法，在此不再赘述。
[0058]本发明的电镀铜药水的效果评价方法结果准确，而且工作量小、测试周期短。
[0059]以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即 不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对 本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择 等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1. 一种电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，提供测试装置，所述测试装置包括置 于分析杯中的电极、与所述电极电连接的电化学工作站以及与所述电化学工作电连接的电 脑，所述电极包括参比电极、辅助电极和工作电极，所述参比电极通过盐桥与所述分析杯中 的电镀铜药水连接； 在不同电镀电压下将所述电镀铜药水中的铜离子镀到所述工作电极上，然后利用LSV 法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀铜量，镀铜量随电镀电压的变化越小，该电镀铜药 水的整平、填孔效果越好。2. 根据权利要求1所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，以电镀电压为横坐 标、镀铜量为纵坐标绘制镀铜量随电镀电压变化的曲线，曲线变化程度越小，该电镀铜药水 的整平、填孔效果越好。3. 根据权利要求1所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述工作电极可旋 转，恒定电镀电压时，在不同转速下测试电镀铜药水中铜离子在所述工作电极上的还原过 程，然后利用LSV法剥离所述工作电极上的铜，并计算出镀铜量，镀铜量随转速的变化越小， 该电镀铜药水的整平、填孔效果越好。4. 根据权利要求3所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，以转速为横坐标、 镀铜量为纵坐标绘制镀铜量随转速变化的曲线，曲线变化程度越小，说明该电镀铜药水的 整平、填孔效果越好。5. 根据权利要求3所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述工作电极的转 速为O~3000rpm。6. 根据权利要求1至5任一项所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述电 镀电压相对于所述参比电极为-350~-150V。7. 根据权利要求1至5任一项所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述工 作电极为铂电极或者玻碳电极，其上端设置有旋转圆筒。8. 根据权利要求1至5任一项所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述参 比电极为银-氯化银电极或甘汞电极。9. 根据权利要求1至5任一项所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述辅 助电极选自钼丝电极、铜箱电极、石墨电极、玻碳电极中的任意一种。10. 根据权利要求1至5任一项所述的电镀铜药水的效果评价方法，其特征在于，所述盐 桥内装有硝酸钾或者硫酸溶液。
【文档编号】G01N27/48GK105891312SQ201610214674
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】冯建松, 章晓冬, 刘江波, 童茂军, 王亚军
【申请人】广州市天承化工有限公司