印刷电路板（Printed-Circuit-Board, PCB）是电子产品的必要组成部分，特别是多层印制电路板的出现为电子产品向小型化、便捷化、智能化发展提供了基础。通孔电镀铜是实现多层PCB层与层之间导通的主要途径之一，也是当今PCB制造工艺中非常重要的一项技术。但是在直流电镀过程中，由于通孔内的电流密度分布不均匀，为了在孔内获得均匀镀层，使用有机添加剂是一个有效而且经济的方法，但完全通过实验筛选添加剂是一项非常费时费力的工作。在本文中，使用分子动力学（MD）模拟的方法对4种整平剂候选物进行预测，并设计了7种复合添加剂体系，对负载通孔的PCB板进行电镀，考察了添加剂体系的均镀能力，利用电化学测试、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）和量子化学计算手段对添加剂在阴极表面的行为和作用机理进行了探究。通过动态极化曲线对比实验，选定了促进剂噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠（SH110）和抑制剂聚乙二醇（PEG, MW=10000），认为SH110是一种促进剂和抑制剂或整平剂的结合体。使用分子动力学方法预测了两种新型整平剂：N-丁基-N-甲基溴化哌啶(PP₁₄Br)和氯化硝基四氮唑蓝（NTBC），并预测出与健那绿B（JGB）有类似结构的藏红T（ST）不是一种有效的整平剂。对SH110进行的分子动力学模拟和电化学测试表明其可以作为通孔电镀封孔的单一添加剂。使用SH110和PEG分别做促进剂和抑制剂，设计了4种促进剂-抑制剂-整平剂和3种促进剂-抑制剂-走位剂体系。利用预测和设计的添加剂体系，使用直流电镀的方法对不同厚径比和不同孔径的PCB通孔进行了电镀实验，验证了前文的分析和添加剂体系的性能，并探索了添加剂的较佳使用浓度范围。使用通孔剖孔的方法检测了孔内镀层的均匀程度，使用扫描电子显微镜（SEM）观察了镀层的微观结构。结果表明：当SH110浓度为10mg/L时，经过短时间电镀，就出现了“蝴蝶现象”，经过18h电镀，实现了超填充电镀封孔。对厚径比为10的通孔进行电镀，通过调节添加剂的使用浓度，得到了4种均镀能力超过90%的优良添加剂体系。这4种添加剂体系和最佳使用浓度为：SH110（1mg/L）-PEG （100mg/L）-PP₁₄Br （20mg/L），SH110（1mg/L）-PEG （200mg/L）-NTBC （3mg/L）， SH110（1mg/L）-PEG （200mg/L）-JGB（1mg/L），SH110（1mg/L）-PEG （100mg/L）-脂肪胺聚氧乙烯醚（AEO,10mg/L）。同时验证了ST不是一种有效整平剂的预测。对于厚径比为20的通孔电镀，使用SH110（50mg/L）-PEG （200mg/L）-PP₁₄Br （40mg/L）时，得到的均镀能力为76.1%，达到了对厚径比为20的通孔的电镀要求。使用旋转圆盘电极，结合动态极化曲线、恒电流E^t曲线对添加剂的电化学行为进行了测试，使用AFM、XPS对添加剂的吸附行为进行了表征，使用量子化学计算的方法获得并对比了一些添加剂的电子结构信息，系统研究了添加剂在通孔电镀过程中的作用机理。结果表明：SH110是一种促进剂和抑制剂或整平剂的结合体，它可以在铜表面形成一层吸附膜，体现出抑制剂的作用方式，这种抑制作用更容易出现在阴极的强对流区；其促进作用主要出现在阴极的弱对流区，这是在通孔电镀中出现“蝴蝶现象”和实现超填充完美封孔的原因。整平剂PP₁₄Br和NTBC的加入不仅增大了镀液的阴极极化，而且增大了不同强度对流下的阴极电势差值，这使得Cu²⁺在孔口等强对流区受到的抑制作用更强，有助于提升孔内镀层的均匀性。NTBC会在阴极铜表面形成一个吸附层，此吸附层导致了对Cu²⁺沉积过程的强烈抑制作用。JGB可以影响阴极电势和阴极极化，而ST对于阴极极化和阴极电势几乎没有影响。JGB分子的最高占据轨道（HOMO）值大于ST的HOMO值，表明JGB具有更强的电子供给能力，这使得JGB能够通过向铜原子的空d轨道贡献电子成键而形成吸附，这种吸附作用最终使得其可做为整平剂使用，而ST不具有这种作用。JGB在铜表面的化学吸附过程中，对氨基偶氮苯和N=N区域的作用比季铵化的N原子的作用强得多，而ST不具有这种结构，这很好地解释了ST不是有效整平剂的原因。