由于氰化镀铜液具有剧毒性,严重污染环境,开发能够替代氰化镀铜的无氰碱性镀铜工艺一直是电镀研究者的目标。本课题的目的是研发出新的无氰碱性镀铜工艺,适应铁基体上直接镀打底或中等厚度铜层的需要,并对碱性镀铜添加剂的作用和电沉积行为进行理论探讨,为碱性镀铜的理论研究提供参考作用。确定了一种新的酒石酸盐单络合体系碱性镀铜工艺,其组成及工艺条件为:硫酸铜20~30g/L、酒石酸钾钠80~90g/L、三乙醇胺3~4mL/L、硝酸铵1.5g/L、hg01添加剂0.5g/L、hg02添加剂1mL/L、硫酸钠20g/L、pH 10~11、温度40~45℃、电流密度0.5~3.5A/dm2。采用SEM、AFM、XRD、电化学工作站和其它手段,检测表明该工艺的相关镀液及镀层性能良好,适合于打底镀层的需要。并探讨了三乙醇胺、硝酸铵、hg01添加剂和hg02添加剂等四种添加剂对铜沉积过程的作用机理。确定了一种新的柠檬酸盐双络合体系碱性镀铜工艺,其组成及工艺条件为:硫酸铜30g/L、柠檬酸钠147g/L、酒石酸钾钠45g/L、碳酸氢钠10g/L、聚乙二醇0.2g/L、2-疏基苯并咪唑1.2mg/L、hg01添加剂1g/L、hg02添加剂1mL/L、硝酸钾8g/L、pH=9、温度45~50℃,电流密度1~10A/dm2。检测表明该工艺的相关镀液及镀层性能优异,可满足打底或镀中等厚度的要求。SEM和AFM观察镀层的微观表面形貌表明铜结晶细致、成排均匀分布。XRD分析表明,铜镀层厚度较薄时服从(111)和(220)晶面择优取向协同生长的方式,而中等厚度镀层趋向于(111)晶面择优取向生长。利用线性扫描法和计时电流法分别研究聚乙二醇、2-疏基苯并咪唑、hg01添加剂、hg02添加剂和硝酸钾对电极过程和铜电沉积初期行为的影响,结果表明各种添加剂对阴极极化作用和峰电流走向不同,铜在电极表面沉积的初期行为受扩散控制,符合三维连续成核的生长机理。还通过SEM观察到,各种添加剂在不同电流密度处对镀层微观表面形貌的影响有很多区别。XRD进一步考察添加剂对镀层晶体结构的影响,分析表明五种添加剂对镀层的择优取向没有任何影响。