基于量子化学计算的电路板整孔液复配研究

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挠性印制电路板作为基础电子元器件,已广泛应用于电子信息技术产业,为了实现电路板各层电子元件互连,需要对板上导孔进行黑孔化电镀铜处理。目前黑孔化法存在整孔液对电路板基材改性效果差从而导致的电镀效果不佳等问题,且黑孔化技术基本被国外公司垄断。本文针对上述问题和现状,首次提出采用理论模拟结合实验的方式,对整孔液进行复配研究,以加强孔壁沉积碳黑颗粒吸附强度,提升导电层电镀效果。本文采用理论模拟结合实验的方式,研究整孔液关键组分与挠性印刷电路板基材之间相互作用,进而指导关键组分筛选,优化整孔液对基材表面整改效果。主要的研究内容和结论如下:(1)揭示了阳离子Gemini表面活性剂与聚酰亚胺基材的吸附作用机理。通过模拟确定了聚酰亚胺(PI)和三种阳离子Gemini表面活性剂(YANG1、YANG2、YANG3)的分子结构,并对聚酰亚胺重复单元和三种阳离子Gemini表面活性剂进行了结构优化和单点能量计算。列出了三种阳离子Gemini表面活性剂分子和聚酰亚胺重复单元的最高占据分子轨道(HOMO)、最低未占据分子轨道(LUMO)的轨道能量和轨道能量间隙(ΔE),分析得出三种阳离子Gemini表面活性剂的疏水碳链和聚酰亚胺单体结构中均苯四甲酸二酐区间存在反应位点,而疏水链上存在酰胺键的YANG2分子轨道能量间隙(ΔE)最小,体系软度最大,理论上反应活性最好。结合前线轨道能量和静电势能获得稳定的复合物结构,使用Shermo程序得到单体分子和复合物分子的热力学数据计算结合能和自由能,研究分子模型相互作用后的热力学参数变化。(2)确定了阳离子Gemini表面活性剂与聚酰亚胺基材相互作用的产生位置、类型和强度。对优化后的稳定复合物结构进行约化密度梯度分析,结合RDG-sign(λ2)ρ彩色散点图和RDG填色等值面图定性判断复合物分子间的弱相互作用类型、强度和作用位置;使用Multiwfn软件对稳定复合物原子之间相互作用区域的电子结构特征进行拓扑分析,通过可视化工具VMD直观显示,考察相应化学键的成键类型和强度。发现在聚酰亚胺和三种阳离子Gemini表面活性剂的物理吸附中,范德华作用力为主要推动力,氢键起到辅助促进作用。(3)整孔剂复配配方研究。结合表面活性剂自组装理论和黑孔化法整孔液作用机理筛选两种非离子表面活性剂和阳离子聚合物与所选的三种阳离子Gemini表面活性剂进行复配实验;利用DTV测试板测试电泳爬铜效果,筛选出性能较优的整孔液配比,改性处理后,DTV板仅电镀7 min就能达到高低电流密度区域满孔,高于现有行业孔导通率标准。复配药剂镀铜实验结果与模拟结果吻合良好,可用于指导电镀药剂的复配研究。
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