铜离子浓度×硫酸含量，PCB孔壁粗糙度的交互

    作为 PCB 工程师，我们都知道孔壁粗糙度是影响孔铜附着力和电气性能的关键指标 —— 粗糙度太小，铜层和孔壁的结合力不足，容易出现剥离；粗糙度太大，铜层容易产生应力集中，甚至出现裂纹。而影响孔壁粗糙度的因素有很多，其中电镀液中铜离子浓度和硫酸含量的交互作用，是最容易被忽略但又至关重要的一个。今天就分享一个我们实验室做过的交互实验，带大家搞懂这两个参数如何联手影响孔壁粗糙度。

 

 

首先，我们要明确实验的核心目的：探究铜离子浓度（Cu²?）和硫酸含量（H?SO?）在不同配比下，对 PCB 孔壁铜层粗糙度的影响规律，找到最优的配比区间。

 

在实验开始前，我们需要确定实验的变量和常量。
变量：

 

常量：

实验的检测指标很明确：用粗糙度仪测量孔壁铜层的 Ra 值（轮廓算术平均偏差），Ra 值越小，说明孔壁越平整；同时观察铜层的微观形貌，用扫描电镜（SEM）拍摄晶粒结构。

 

接下来就是 9 组实验的具体操作和结果分析。我们把实验数据整理成了下表：

 

 

规律一：在相同铜离子浓度下，硫酸含量升高，孔壁 Ra 值先降低后升高
以铜离子浓度 80g/L 为例，硫酸含量从 180g/L 升高到 200g/L 时，Ra 值从 0.95μm 降到了 0.55μm；但当硫酸含量继续升高到 220g/L 时，Ra 值又升到了 0.62μm。这是因为硫酸在电镀液中起到两个作用：一是作为导电介质，提升溶液的导电性；二是作为络合剂，与铜离子形成络合物，调节铜离子的沉积速度。当硫酸含量过低时，溶液导电性差，电流分布不均，铜层沉积速度不一致，导致表面粗糙；当硫酸含量过高时，络合作用过强，铜离子沉积速度变慢，容易形成凹坑缺陷，反而让粗糙度略有上升。

 

规律二：在相同硫酸含量下，铜离子浓度升高，孔壁 Ra 值先降低后升高
以硫酸含量 200g/L 为例，铜离子浓度从 60g/L 升高到 80g/L 时，Ra 值从 0.82μm 降到 0.55μm；当铜离子浓度升高到 100g/L 时，Ra 值又升到 0.78μm。这是因为铜离子浓度过低时，铜离子供应不足，沉积速度慢，晶粒容易长大，导致表面粗糙；铜离子浓度适中时，沉积速度均匀，晶粒细密；铜离子浓度过高时，沉积速度过快，晶粒来不及有序排列，会形成凸起，导致粗糙度上升。

 

规律三：铜离子浓度 80g/L + 硫酸含量 200g/L，是本次实验的最优配比
这组配比下，孔壁铜层的 Ra 值最低，只有 0.55μm，而且微观形貌显示晶粒细密、表面光滑无缺陷。这个配比的本质是铜离子沉积速度和硫酸络合作用达到了最佳平衡—— 既保证了铜离子的充足供应，又通过硫酸的调节作用，让铜原子有序沉积，最终形成平整光滑的铜层。

 

    除了粗糙度，我们还发现一个有趣的现象：当铜离子浓度过高（100g/L）且硫酸含量过低（180g/L）时，孔壁铜层不仅粗糙，还容易出现 “瘤状凸起”；而当铜离子浓度过低（60g/L）且硫酸含量过高（220g/L）时，铜层容易出现针孔缺陷。这说明铜离子和硫酸的配比失衡，不仅影响粗糙度，还会引发其他质量问题。