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集成电路封装基板（简称封装基板）是芯片与外部电子电路、电子元器件等电气互连的桥梁,其性能直接影响到集成电路设计性能的实现。电沉积铜技术用于直接制作封装基板互连金属结构,该技术是半加成法制作电子线路的重要组成部分,且受到研究学者广泛关注。铜电沉积技术是封装基板互连结构制作过程中极其重要的环节,属于微区电沉积技术。互连结构电沉积机理与性能研究是目前国际研究热点和难点。基于溅射种子层的电沉积铜技术制作互连结构是无核（Coreless）封装基板制造的核心技术之一,其关键在于电沉积铜互连结构生长速率与沉积层质量控制。互连结构电沉积铜过程是电场、流场等多物理场耦合过程。本文采用数值模拟、电化学测试等手段,对封装基板电沉积铜机理展开研究,探讨了封装基板上微孔、微线路等电沉积铜的多物理场效应,重点研究了铜电沉积过程中加速剂的反应机理、整平剂的作用机理、互连结构（包括线路、通孔和铜柱）的电沉积均匀性等,获得了电沉积铜的速率和质量与电镀液添加剂、电流密度等之间的规律,提出相关理论模型。研究结果应用于合作企业,并获得较好的经济效益与社会效益。主要研究如下。（1）封装基板铜线路电沉积机理及应用研究。采用数值模拟技术,结合实际工厂生产设备和参数条件,建立图形线路电沉积铜模型。通过计算不同图形设计的电流密度分布和电沉积铜层厚度分布,提出了不同图形设计电沉积铜层厚度均匀性的优化方案,并通过实际电沉积实验进行验证。对比数值模拟和实际工厂的图形电沉积铜层厚度分布,探讨了铜线路电沉积中挡板和阴极辅助边条影响。结果表明:挡板和辅助阴极边条对图形电沉积均匀性的影响较大;数值模拟对预测图形电沉积结果的准确性和效率均较高;解决了工业生产中线宽/线距15?m/15?m精细线路均匀性电沉积难题,使该工序中间产品的合格率提升7.91%。（2）封装基板电沉积铜加速剂的作用机理研究。将氧化亚铜、聚二硫二丙烷磺酸钠（SPS）、3-巯基丙烷磺酸钠（MPS）等为原料,通过混合反应获得新型加速剂A和B。采用物质表征方法及数值模拟技术分析后,发现:A和B为同一种化合物,其分子式为MPS-2Cu（Ⅰ）;另一方面,证明了SPS与Cu（Ⅰ）反应过程中,SPS中的S-S键断裂生成MPS-2Cu（Ⅰ）。此外,采用恒电位测试（GM）、循环伏安法测试（CV）等电化学手段,研究Cu（Ⅰ）分别对含SPS、MPS和N,N-二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠（DPS）的电镀液体系的电沉积铜性能影响,获得了自制加速剂在铜电沉积过程的作用机理。结果表明:Cu（Ⅰ）对加速剂为SPS和MPS的电镀液的电化学性能和电沉积铜层表面形貌、铜晶面取向影响较大;Cu（Ⅰ）对加速剂为DPS的电镀液的电化学性能和电沉积铜层的表面形貌无明显影响,但对铜晶面取向有一定的影响。（3）封装基板电沉积铜整平剂的作用机理及应用研究。采用GM测试和计时电位流测试等电化学方法,探讨电沉积铜过程中整平剂引起的绝对电位差（△η）和相对电位差（△ηr）与电镀液塔菲尔曲线斜率的关系,并建立电沉积通孔的数值模型。借助多物理场耦合技术,研究整平剂的△η和△ηr与通孔电沉积均匀性（TP）的关系,分析△ηr和△η在电沉积通孔TP影响的权重。通过电沉积通孔实验验证多物理场耦合技术的正确性和可靠性。结果表明:随着△η或△ηr的负移,电沉积通孔TP值呈现先增加后不变的趋势。（4）封装基板中通孔电沉积铜机理及应用研究。采用GM测试、极化曲线测试等电化学测试方法,研究电沉积铜过程中不同电镀液的△η、△ηr变化规律。结合数值模拟技术,研究封装基板中不同厚径比通孔的镀液交换、电力线分布情况,探讨电镀液性能对不同厚径比通孔电沉积铜TP的影响,建立通孔电沉积TP值与电镀液性能的关系及相应理论模型。结果表明:铜沉积电位越负的电镀液适用于厚径比越大的通孔电沉积铜。（5）封装基板铜柱电沉积制作机理及应用研究。根据Coreless技术特点,采用O2-CF4等离子和大气等离子体对干膜实施性能重筑,并借用红外反射光谱分析（ATR-FTIR）、X射线光电子能谱分析（XPS）、X射线能谱分析（EDS）和轮廓仪等,表征干膜的表面形貌、浸润性、粗糙度、元素成分及结构。探讨了影响铜柱电沉积均匀性关键因素,获得Coreless技术途径封装基板铜柱电沉积机理。结果表明:大气等离子处理后的干膜表面浸润性好,且电沉积后的铜柱均匀性较好;解决了工业生产中直径为60?m、高度为45?m的铜柱均匀性电沉积难题,该工序中间产品的合格率上升了5.64%,获得较好的经济效益。