PCB酸性蚀刻液中不同缓蚀剂对铜蚀刻的影响及模拟计算研究

摘要

目的研究苯并三氮唑(BTA)、苯并咪唑(BZI)和2-巯基苯并噻唑(2-MBT)3种缓蚀剂对酸性蚀刻液中铜的蚀刻速率和蚀刻因子的影响及作用机理。方法采用静态挂片失重法计算蚀刻速率和缓蚀效率,利用金相显微镜测试蚀刻因子。通过塔菲尔极化曲线,研究缓蚀剂分子对铜腐蚀的影响。运用密度泛函理论,计算BTA、BZI、2-MBT的全局和局部反应活性。使用Forcite模块中的COMPASS力场进行分子动力学计算,研究缓蚀剂分子在Cu层表面吸附过程中的能量变化。结果缓蚀剂的加入,降低了铜的腐蚀速度,减缓了蚀刻速率,增大了蚀刻因子。实验结果显示,2-MBT存在时,缓蚀效率最大,铜的腐蚀速度最小,蚀刻因子最佳。全局反应活性分析表明,3种缓蚀剂分子对铜的缓蚀效率关系为2-MBT>BZI>BTA;局部反应活性分析表明,2-MBT的活性主要集中在2个S原子上,S(9)可以接受电子,形成反馈键,S(10)能够提供电子,形成配位键。分子动力学计算结果表明,BTA、BZI、2-MBT均能自发吸附在铜层表面,且在Cu(111)面的吸附能分别为–2927.04、–3033.94、–3097.58 kJ/mol,表明3种缓蚀剂分子均易吸附在铜层表面,进而在一定程度上抑制铜的腐蚀。结论在酸性蚀刻液中加入缓蚀剂,能有效提高蚀刻因子。当缓蚀剂分子中的活性原子同时包含亲核中心和亲电中心时,效果更好。