賀巖峰，張瑩瑩，高學(xué)朋，陳春，孫紅旗

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.上海新陽(yáng)半導(dǎo)體材料股份有限公司，上海 201616）

【電鍍】

電子電鍍添加劑的分子設(shè)計(jì)

賀巖峰1,*，張瑩瑩1，高學(xué)朋1，陳春2，孫紅旗2

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.上海新陽(yáng)半導(dǎo)體材料股份有限公司，上海 201616）

提出了電鍍添加劑設(shè)計(jì)的概念，給出了錫基電子電鍍添加劑設(shè)計(jì)的基本方法。由于電鍍添加劑作用的復(fù)雜性，要得到性能優(yōu)異的添加劑，必須從分子水平上對(duì)添加劑進(jìn)行設(shè)計(jì)，而添加劑在鍍層中的夾雜是通過(guò)化學(xué)夾雜和物理夾雜引起，從分子水平上設(shè)計(jì)的低吸附型鍍錫添加劑可以減少有機(jī)分子的夾雜。

電子電鍍；鍍錫；添加劑；分子設(shè)計(jì)

1 前言

錫及其合金的電鍍?cè)陔娮与婂冎姓加兄匾牡匚唬瑧?yīng)用很廣泛，如電子器件引線腳的電鍍、BGA封裝的凸點(diǎn)電鍍、印制板的錫保護(hù)層電鍍等。鍍錫屬于交換電流密度較大、電化學(xué)反應(yīng)速率較快的類(lèi)型，通常具有較低的超電壓。無(wú)添加劑的酸性鍍錫只能得到多孔、疏松、粗糙的樹(shù)枝狀或針狀鍍層[1]，所以鍍錫是典型的需要添加劑才能進(jìn)行的電鍍過(guò)程。

添加劑的作用主要是通過(guò)可控的電沉積過(guò)程對(duì)電沉積層的性質(zhì)和質(zhì)量實(shí)現(xiàn)調(diào)控，主要包括形貌控制、尺寸控制、結(jié)晶結(jié)構(gòu)控制、組分控制及功能性質(zhì)(如可焊性、耐蝕性、導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì))的控制等?；|(zhì)(襯底)的性質(zhì)(如表面組成、化學(xué)態(tài)、雜質(zhì)及缺陷和表面不均等)常會(huì)對(duì)沉積層的性質(zhì)產(chǎn)生影響，所以通常需要用添加劑來(lái)進(jìn)行控制[2]。

隨著電子電鍍對(duì)沉積層質(zhì)量要求的提高，對(duì)添加劑的性能要求也越來(lái)越高。為了滿(mǎn)足這種高要求，現(xiàn)代電子電鍍添加劑的組分選擇常常具有很高的要求?，F(xiàn)有的添加劑研究開(kāi)發(fā)方法普遍采用的是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的試湊法或組分篩選法，即采用不同的分子逐一嘗試來(lái)確定添加劑的組成。這顯然增大了添加劑開(kāi)發(fā)的工作量，也難以確保所開(kāi)發(fā)的添加劑的性能，從而不能完全滿(mǎn)足對(duì)添加劑性能日益增長(zhǎng)的要求。所以，引入添加劑設(shè)計(jì)的概念，探索添加劑設(shè)計(jì)的方法，從原子、分子水平上描述并闡明添加劑的組成、分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，進(jìn)行有效的添加劑分子設(shè)計(jì)，十分必要。

2 添加劑設(shè)計(jì)的一般規(guī)則

2. 1 添加劑設(shè)計(jì)的概念及方法

添加劑的設(shè)計(jì)指在添加劑的開(kāi)發(fā)中所做的合理的策劃。添加劑的設(shè)計(jì)包括：添加劑的組分設(shè)計(jì)(配方設(shè)計(jì))、鍍層性能設(shè)計(jì)及操作性能設(shè)計(jì)等方面。其中，以添加劑的組分設(shè)計(jì)(配方設(shè)計(jì))為主。

在引入添加劑設(shè)計(jì)概念的情況下，添加劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)遵循以下步驟：設(shè)計(jì)─制備─考核。即先進(jìn)行添加劑的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行添加劑的制備，接著對(duì)添加劑進(jìn)行考核，再根據(jù)考核結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)方案，重新按著“設(shè)計(jì)─制備─考核”的步驟循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，直至合乎要求。

2. 1. 1 添加劑的設(shè)計(jì)

可以采用功能組合的方法進(jìn)行添加劑組分的設(shè)計(jì)，即按照添加劑組分在添加劑中的功能合理地劃分成不同的組成部分，然后確定每個(gè)組成部分的具體組分。對(duì)于組成的分類(lèi)，目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的方法，根據(jù)不同的鍍種、不同的鍍層(啞光、光亮)、不同的添加劑體系等，分類(lèi)的方法也不同。常見(jiàn)的劃分主要有加速劑、抑制劑、整平劑、光亮劑、結(jié)晶細(xì)化劑、抗氧化劑等。對(duì)于鍍錫添加劑組分，筆者將其劃分成結(jié)晶細(xì)化組分(包括光亮劑)、整平組分(包括防燒焦劑)、分散性組分(也稱(chēng)為走位劑或潤(rùn)濕劑)、抗氧化組分和承載組分(也稱(chēng)為載體、增溶劑)。

添加劑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是充分了解添加劑中可能用到的各種有機(jī)物的性能。現(xiàn)在已經(jīng)有許多專(zhuān)用于添加劑的中間體生產(chǎn)，而且已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)。但目前主要是鍍銅、鍍鎳、鍍鋅等的中間體，專(zhuān)門(mén)用于鍍錫的添加劑中間體則很少。所以，常需要探索組分的作用性能。一般是先建立一個(gè)基礎(chǔ)配方，主要包括分散性組分、抗氧化劑和承載組分，然后擬定一系列待選組分(主要是整平劑、結(jié)晶細(xì)化劑等)加入到基礎(chǔ)配方中，逐一考察各組分的性能。在單組分考核的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行多組分協(xié)同作用的研究。根據(jù)這些基礎(chǔ)研究的結(jié)果，建立添加劑的配方設(shè)計(jì)體系。

2. 1. 2 添加劑的制備

添加劑的制備主要包括添加劑組分的合成和組分間的混合。添加劑是一種配方型產(chǎn)品，大多數(shù)情況下，添加劑的制備主要涉及多種組分的混合。也有許多情況下可能涉及某些反應(yīng)，包括組分混合后的原位反應(yīng)和組分制備中的合成反應(yīng)等。

2. 1. 3 添加劑的考核

添加劑的開(kāi)發(fā)是一個(gè)繁瑣費(fèi)時(shí)的過(guò)程，一種新的添加劑在走向工業(yè)化應(yīng)用之前，需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的、充分的考核?？己朔殖蓪?shí)驗(yàn)室考核和工業(yè)裝置考核兩部分?？己藘?nèi)容主要包括：添加劑的物性(密度、pH、黏度、色度等)、鍍液物性(密度、酸度、黏度等)、鍍液性能(分散能力、覆蓋能力、穩(wěn)定性、擴(kuò)散系數(shù)等)、鍍層性能(外觀、結(jié)晶顆粒尺寸、結(jié)晶顆粒形狀、結(jié)晶取向、所屬晶系、可焊性、儲(chǔ)存變色性、回流焊變色性、抗錫晶須性能等)、老化性能(添加劑在長(zhǎng)期使用中的性能及性能變化)。根據(jù)考核結(jié)果，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，反復(fù)按照“設(shè)計(jì)─制備─考核”的步驟進(jìn)行。

在添加劑開(kāi)發(fā)的各個(gè)步驟中，設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，有必要建立起添加劑設(shè)計(jì)相關(guān)的理論及方法。前面所述的設(shè)計(jì)方法仍然不能完全擺脫經(jīng)驗(yàn)和嘗試，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的添加劑設(shè)計(jì)，必須從分子水平上認(rèn)識(shí)添加劑的作用規(guī)律，進(jìn)行分子水平的添加劑設(shè)計(jì)。

2. 2 添加劑的分子設(shè)計(jì)

添加劑設(shè)計(jì)的目標(biāo)是得到性能優(yōu)異的電鍍添加劑產(chǎn)品，但是電鍍添加劑所含組分種類(lèi)繁雜，它們對(duì)電鍍過(guò)程所起的作用也各不相同。對(duì)電鍍添加劑的要求最重要的就是要使得到的鍍層具有優(yōu)良的性能，如可焊性、外觀、致密性、硬度、韌性、導(dǎo)電性等，添加劑還要使鍍液具有良好的性能，包括分散能力、覆蓋能力、整平能力、沉積速率、電流效率、導(dǎo)電能力等。電鍍添加劑常常是一個(gè)多組分的混合物，組分間存在著相互作用和相互影響。體現(xiàn)出來(lái)的性能與單組分也不相同，常常是多組分協(xié)同作用的結(jié)果。所以，添加劑的作用是一個(gè)眾多因素相互影響的結(jié)果。在這種情況下，對(duì)添加劑的設(shè)計(jì)常常是粗略的、經(jīng)驗(yàn)性的，很難實(shí)現(xiàn)添加劑設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

添加劑的作用是通過(guò)添加劑分子在電極表面的吸附、配位、空間位阻、化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。歸根結(jié)底，添加劑的性質(zhì)由組成添加劑分子的原子特性及連接方式，即添加劑的分子結(jié)構(gòu)所決定。分子結(jié)構(gòu)特性主要包括：碳架結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、分子大小和鄰近基團(tuán)的影響等。必須從分子水平上系統(tǒng)地研究分子結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系，了解分子結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)性能影響的原理。研究分子中通過(guò)誘導(dǎo)、共軛等作用引起結(jié)構(gòu)性能的變化、不同的結(jié)構(gòu)性能對(duì)電極表面性能(吸附性能、空間位阻)和電極過(guò)程(極化、電極反應(yīng)和傳質(zhì))的影響等。通過(guò)這些研究，從分子水平上建立起分子結(jié)構(gòu)與添加劑分子的電化學(xué)性能和電沉積性能影響規(guī)律的正確認(rèn)識(shí)及合理描述，才能真正實(shí)現(xiàn)添加劑的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)分子水平設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是深入了解添加劑分子結(jié)構(gòu)、添加劑作用的機(jī)理和分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。

實(shí)現(xiàn)分子水平設(shè)計(jì)需要具備的工作基礎(chǔ)包括：(1)添加劑分子結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系；(2)添加劑的表面作用機(jī)理及表面和反應(yīng)性能預(yù)測(cè)；(3)分子設(shè)計(jì)方法。由于有機(jī)分子種類(lèi)及數(shù)量繁多，關(guān)于添加劑分子的結(jié)構(gòu)與性能方面僅有一些零散的研究結(jié)果。不過(guò)，隨著表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)等譜學(xué)方法在添加劑的研究中得到應(yīng)用，從分子水平上了解添加劑分子在電極表面吸附性能成為可能。在定量計(jì)算方面，雖然關(guān)于第一性原理的研究取得了很大進(jìn)展，但是采用密度泛函理論(DFT)等量子化學(xué)方法進(jìn)行添加劑的計(jì)算仍然面臨著非常復(fù)雜的體系和極其困難的局面。所以，現(xiàn)在這些方面的研究還非常缺乏。

目前，添加劑配方的建立主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)的方法，還沒(méi)有形成添加劑設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法，更不用說(shuō)從分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)了。所以需要對(duì)添加劑的分子設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以便建立系統(tǒng)的、科學(xué)的添加劑設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。在目前的情況下，對(duì)添加劑進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，需要充分利用已有的關(guān)于表面吸附、表面反應(yīng)及電化學(xué)作用的信息，通過(guò)充分研究添加劑分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的規(guī)律，從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計(jì)及構(gòu)建添加劑的分子結(jié)構(gòu)體系。

2. 3 添加劑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

2. 3. 1 沒(méi)有設(shè)計(jì)理論可遵循

添加劑的設(shè)計(jì)依賴(lài)于對(duì)添加劑作用機(jī)理的掌握。但是，目前電鍍添加劑是一個(gè)處于發(fā)展中的領(lǐng)域，主要以經(jīng)驗(yàn)為主。關(guān)于添加劑的分子結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系、添加劑的作用機(jī)理等，都還沒(méi)有建立起相關(guān)的科學(xué)理論。例如，現(xiàn)在普遍的認(rèn)識(shí)是添加劑靠吸附起作用，但是吸附強(qiáng)度的適宜范圍和吸附強(qiáng)度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系卻完全沒(méi)有規(guī)律可循。

實(shí)現(xiàn)添加劑分子水平的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是建立起相關(guān)的理論，然而這方面尚有大量的研究工作有待開(kāi)展。

2. 3. 2 添加劑作用本身的復(fù)雜性

電鍍添加劑的作用過(guò)程十分復(fù)雜，影響添加劑性能的因素非常多，而且各因素之間還可能存在著復(fù)雜的相互影響、相互作用，又缺乏詳盡、完整的數(shù)據(jù)。另一方面，添加劑的作用是在電沉積的過(guò)程中產(chǎn)生的，原位的方法在電沉積中較難實(shí)現(xiàn)，而非原位的方法得到的結(jié)果又缺乏說(shuō)服力。這就使得了解添加劑的作用和對(duì)添加劑進(jìn)行合理設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)復(fù)雜而困難的工作。

3 低夾雜添加劑的分子設(shè)計(jì)

3. 1 添加劑的夾雜問(wèn)題

添加劑存在下電沉積的一個(gè)共同問(wèn)題是添加劑分子在沉積層中的夾雜。添加劑夾雜進(jìn)入到電沉積層中的顯著特點(diǎn)是沉積層中含有C、S、N及O等雜質(zhì)，相當(dāng)于使電沉積層受到了污染。這種夾雜作用可能會(huì)改變沉積層的氧化態(tài)，使得沉積層表面更易被氧化[3]，也可能會(huì)改變沉積層的微結(jié)構(gòu)(結(jié)晶顆粒及取向)[4-5]，從而引起沉積層的性能發(fā)生變化。例如，添加劑組分的夾雜可能會(huì)引起耐蝕性、磁性發(fā)生變化[5-6]，對(duì)于集成電路銅互連的微孔銅電沉積(大馬士革工藝)而言，會(huì)引起銅沉積層的電阻率顯著升高，影響導(dǎo)電性[6-7]。在電沉積層中，雜質(zhì)通常聚集于晶粒的邊界上，由于錫晶須是通過(guò)晶界生長(zhǎng)的，這些雜質(zhì)的存在會(huì)加劇錫沉積層中錫晶須的形成[8]。對(duì)錫基可焊性鍍層來(lái)說(shuō)，添加劑的夾雜還可能會(huì)引起可焊性不良、鍍層的儲(chǔ)存變色和回流焊變色等問(wèn)題。

添加劑在沉積層中的夾雜是通過(guò)化學(xué)夾雜和物理夾雜兩種方式進(jìn)行?；瘜W(xué)夾雜是指通過(guò)在電極上的吸附和電還原等的化學(xué)作用形成的夾雜，物理夾雜則是在沉積層增長(zhǎng)過(guò)程中的物理裹夾作用所引起[9]。

一般認(rèn)為，添加劑分子在電極上的吸附是添加劑起作用的原因。一般來(lái)說(shuō)，添加劑分子與電極表面的相互作用強(qiáng)，則其對(duì)電沉積的控制作用就強(qiáng)[10]。為了獲得良好的控制效果，目前在電沉積中普遍采用與電極表面具有較強(qiáng)相互作用的分子作為添加劑組分。

盡管現(xiàn)代添加劑已經(jīng)越來(lái)越少地使用如早期那樣高反應(yīng)活性的組分(例如醛類(lèi))，盡量避免通過(guò)電極上的各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)(如還原反應(yīng))等對(duì)電沉積過(guò)程進(jìn)行控制。但是添加劑中在電極表面具有強(qiáng)吸附作用的組分，仍然會(huì)與基體發(fā)生化學(xué)作用，使沉積層中大量地夾雜各種有機(jī)分子。X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試表明，含硫的添加劑組分通過(guò)硫原子與金屬的配位成鍵而吸附于電極表面，在對(duì)電沉積過(guò)程起作用的同時(shí)，也使含硫的添加劑分子結(jié)合到沉積層中[10]。

有機(jī)物的夾雜會(huì)影響沉積層的性能。隨著電沉積作為制備各種功能性薄膜的手段在微電子、微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，磁性材料，太陽(yáng)能電池和納米材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，添加劑組分在沉積層中的夾雜已經(jīng)越來(lái)越成為影響電沉積層性能的主要問(wèn)題。所以解決添加劑分子的夾雜問(wèn)題，對(duì)于調(diào)控沉積層微結(jié)構(gòu)及獲得理想的沉積層性能而言十分重要，也是電沉積在各領(lǐng)域中能否得到成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

3. 2 添加劑的分子設(shè)計(jì)

由于添加劑的夾雜與其吸附特性有關(guān)。添加劑的組分常常是含S、N、O官能團(tuán)的有機(jī)分子，這些官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特性決定了它的吸附強(qiáng)度。含S、N和O的分子?？梢酝ㄟ^(guò)將其未共用電子對(duì)填充在金屬的空軌道中，實(shí)現(xiàn)與基體金屬的吸附作用。這種以共用電子對(duì)為基礎(chǔ)的化學(xué)吸附作用具有配位鍵的性質(zhì)，而經(jīng)典的配位鍵的鍵能往往與共價(jià)鍵相當(dāng)，為100 ～ 350 kJ/mol，屬于較強(qiáng)的相互作用。所以在進(jìn)行低夾雜添加劑分子的設(shè)計(jì)時(shí)，要避免采用具有較強(qiáng)吸附特性的分子。

吸附的強(qiáng)弱由分子結(jié)構(gòu)特性決定。例如，一般含S的分子具有強(qiáng)的吸附特性(如硫脲)，但是具有磺酸根或硫酸根的物質(zhì)(如硫酸、甲基磺酸)通常吸附并不強(qiáng)，因?yàn)樗鼈儾痪哂形垂灿秒娮訉?duì)。一般含O的分子吸附不十分強(qiáng)，但是芐叉丙酮由于羰基通過(guò)雙鍵與苯環(huán)共軛，從而呈現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附特性。

所以，低夾雜的添加劑必須考慮分子的結(jié)構(gòu)特性，從分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)。添加劑分子設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：

(1) 添加劑的分子結(jié)構(gòu)與性能間關(guān)系的建立。需要研究分子結(jié)構(gòu)的各個(gè)細(xì)節(jié)對(duì)其電化學(xué)和電沉積中控制作用的影響，包括官能團(tuán)、碳架、分子大小、鄰接基團(tuán)等結(jié)構(gòu)因素對(duì)電沉積中電流耐受性、整平性、結(jié)晶細(xì)化和分散性等的影響。

(2) 組分的分子設(shè)計(jì)及合成。電沉積的不同功能所要求的添加劑分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，根據(jù)添加劑所需要的不同功能劃分成不同組成部分，并確定相應(yīng)的分子。

(3) 添加劑配方的建立與考核。將滿(mǎn)足各種功能的添加劑分子組合起來(lái)形成添加劑配方，并進(jìn)行各種考核。

筆者嘗試從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)過(guò)對(duì)添加劑分子結(jié)構(gòu)與性能規(guī)律的研究，設(shè)計(jì)了一種與基體具有弱相互作用的添加劑體系，即減弱添加劑分子由于化學(xué)吸附引起的化學(xué)夾雜，也可以減少物理夾雜?；舅悸肥鞘固砑觿┓肿油ㄟ^(guò)氫鍵(表面羥基)、疏水作用、π鍵作用、范德華力等多種弱作用力，與電極表面形成多位點(diǎn)的弱相互作用。另外，由于物理夾雜主要是在沉積層增長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)孤立的有機(jī)分子產(chǎn)生的一種“包埋”或“裹夾”作用，孤立的有機(jī)分子周?chē)鸩奖辉鲩L(zhǎng)著的沉積層所包圍，并隨著沉積層的增長(zhǎng)被逐步覆蓋而裹夾在沉積層中[9]。所以，減少這種孤立添加劑分子的形成，就可以避免或減少添加劑分子通過(guò)物理夾雜而進(jìn)入電沉積層中。

3. 3 性能考核

對(duì)設(shè)計(jì)得到的低夾雜添加劑體系進(jìn)行了初步研究，將其應(yīng)用于電沉積錫中，并對(duì)其性能進(jìn)行了初步考核。電鍍實(shí)驗(yàn)在自制的1 L電鍍?cè)囼?yàn)槽中進(jìn)行，電源為金順怡公司的STP型高頻開(kāi)關(guān)電鍍電源。電鍍液采用甲基磺酸和甲基磺酸錫配制，其基本組成為 H+150 g/L、Sn2+60 g/L。所用的甲基磺酸和甲基磺酸錫均為上海新陽(yáng)半導(dǎo)體材料股份有限公司生產(chǎn)。

X射線衍射(XRD)測(cè)試在日本理學(xué)D/max-rd型X射線衍射儀上進(jìn)行，Cu靶Kα射線。掃描電鏡(SEM)測(cè)試在日立S-1500型掃描電鏡儀上進(jìn)行。

圖1為用低夾雜分子制備的添加劑得到的錫電沉積樣品的外觀照片及掃描電鏡照片。采用此添加劑在高溫烘烤(170 °C烘烤3 h)和蒸汽老化8 h(100 °C，相對(duì)濕度100%)處理下，沉積層仍基本保持原來(lái)的外觀，未出現(xiàn)變色等現(xiàn)象?；亓骱笚l件下也無(wú)變色發(fā)生。經(jīng)高溫高濕(85 °C、相對(duì)濕度85%)處理168 h，樣品外觀并無(wú)太大變化。

圖1 用低夾雜分子制備添加劑得到的錫電沉積樣品外觀及其SEM照片F(xiàn)igure 1 Appearance and SEM morphology of tin deposit obtained by using the additive prepared with low-incorporation molecules

由低夾雜添加劑得到的沉積層中各種雜質(zhì)含量較低，如含碳量為0.001 6% ～ 0.006 4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，而采用常規(guī)添加劑制備的沉積層的碳含量為 0.01% ～0.10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))或更高[12-13]。

圖2為由常規(guī)添加劑和低夾雜添加劑得到的鍍層的X射線衍射(XRD)譜圖。

圖2 采用不同添加劑得到的鍍層的XRD譜圖Figure 2 XRD patterns of the deposits obtained with different additives

由圖 2可見(jiàn)，常規(guī)添加劑得到的鍍層的結(jié)晶取向以(321)晶面占優(yōu)，這是純錫鍍層典型的XRD譜圖[10]。低夾雜添加劑得到的鍍層的(321)晶面的衍射強(qiáng)度發(fā)生明顯減弱，結(jié)晶取向以(211)晶面占優(yōu)。這與在純錫鍍層中引入Pb的結(jié)果相似[11]?？梢钥闯觯c常規(guī)添加劑相比，用低夾雜添加劑得到的鍍層與錫正常的四方體心晶胞結(jié)構(gòu)(見(jiàn)JCPDS卡片86-2265)更加接近。

4 結(jié)論

(1) 在引入添加劑設(shè)計(jì)概念的情況下，添加劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)遵循以下步驟：設(shè)計(jì)─制備─考核。實(shí)現(xiàn)分子水平設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是對(duì)添加劑分子結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理和添加劑分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系的深入了解。

(2) 添加劑在鍍層中的夾雜是由化學(xué)夾雜和物理夾雜所引起，從分子水平上設(shè)計(jì)的低夾雜型添加劑可以減少有機(jī)分子的夾雜，從而改善鍍層的性能。

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Molecular-scale design of additives used for electronic plating //

HE Yan-feng*, ZHANG Ying-ying, GAO Xue-peng, CHEN Chun, SUN Hong-qi

The idea about the design of electroplating additives was suggested, and the basic technique of design for the additives used for tin-substrate electronic plating was presented. Due to the complicated interaction between additive molecules, molecular-scale design is necessary to obtain the additives with desired performance. The incorporation of additive into deposit occurs either chemically or physically during deposition. The tin plating additives with low adsorption, which is designed at molecular level, is conducive to reduce the incorporation of organic molecules in deposit.

electronic plating; tin electroplating; additive; molecular scale design

School of Chemical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China

TQ153.13

A

1004 – 227X (2012) 02 – 0001 – 05

2011–11–30

2011–12–23

賀巖峰（1957–），男，遼寧人，博士，教授，主要從事電沉積研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) yfhe@mail.ccut.edu.cn。

[ 編輯：韋鳳仙 ]