电沉积铜箔的微观组织结构--三维电结晶模式中的电结晶机理探讨

摘要

电沉积铜箔随着印刷线路板和锂离子电池的大量应用而越来越受到重视,产业规模仍在发展中。相对于电镀设备的制造和电沉积工艺的开发,但有关电沉积的机理方面的研究较少。本文总结了电沉积铜箔的制造过程并分析了不同电沉积铜技术中各电镀参数的差异,指出电沉积电流密度在铜箔形成过程中的重要作用。通过展示和比较不同电沉积铜箔的微观组织结构,讨论了电沉积中各影响因素对铜箔微观组织结构以及对其宏观机械性能的影响。从前人研究结果中发现电沉积条件和镀液组分对铜箔微观组织形貌及其宏观机械性能有重大影响,但电解铜箔的晶粒大小、织构等微观组织结构参数与其宏观机械性能间无法建立起有效的关联,这对以镀层的微观组织结构为桥梁来建立电沉积条件对铜箔宏观机械性能的理论框架带来极大的困扰。前人试图通过研究铜箔电沉积机理来解决这一难题。经典金属电沉积理论认为提高过电位能够增加瞬时成核数量并降低晶粒平均尺寸,但无法解释结晶中择优取向等问题。渡边辙发现电沉积与冶金的相似性,认为电沉积金属的微观组织结构与金属熔点相关,但其“微观结构控制”理论还存在一些缺陷,例如无法解释添加剂对晶粒的细化作用等。笔者建议可从价键及能带理论角度重塑电沉积机理与铜箔宏观性能间的关系,既通过建立铜箔电沉积过程中金属键形成与铜显微组织结构的理论联系,探讨其对铜箔宏观特性的影响。