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在印刷线路板生产过程中，为了获得外观光亮、整平性能良好同时具有优良物理性能的镀层，镀液中必需加入各种有机添加剂。本文主要对三种用于酸性硫酸盐镀铜的季铵盐类化合物做了研究。主要研究内容包括： ⑴根据常见的酸性硫酸盐镀铜整平剂的结构特点，本文以吡咯并吡咯二酮(DPP)为母体设计开发出了一系列具有不同碳链长度和不同取代基的DPP衍生物，将其用于酸性硫酸盐镀铜中，拓展了DPP类化合物的应用范围。采用电化学方法分别对所设计合成的这些DPP衍生物进行了筛查，结果表明碳链长度为10个碳且含有CF3取代基DPP衍生物2-4ec对铜沉积的抑制作用最强。利用恒电流测试和场发射扫描电镜(FE-SEM)对DPP衍生物与铜表面间的作用机理做了研究，同时利用量子化学计算的方法从理论上解释了各衍生物抑制能力的差异，并推断DPP衍生物是通过吡咯环上的羰基官能团吸附在铜表面的。动态表面张力测试研究表明对于含有不同碳链长度的4种DPP衍生物来说，碳链长度为10的DPP衍生物4ac在界面的吸附速度最快，从而解释了量子化学理论计算结果与循环伏安测试结果的差异。选取DPP衍生物2-4ec为代表，对其在电镀过程中的电化学行为及其对镀层物理性能的影响做了研究。循环伏安、极化曲线表明DPP衍生物2-4ec可增大阴极极化并抑制铜的沉积。其抑制作用的强弱与DPP衍生物2-4ec在溶液中的浓度有关。浓度越高其在阴极表面的覆盖度越大抑制作用越强。但由于DPP衍生物2-4ec在阴极表面的吸附、脱附、溶入之间存在着一平衡关系，使得DPP衍生物2-4ec不可能完全抑制铜的沉积，即使溶液中DPP衍生物2-4ec浓度达20 ppm，也可观察到铜的沉积电流的存在。交流阻抗测试表明DPP衍生物2-4ec对铜沉积反应过程中Cu+(aq)+e-(→)Cu这一反应步骤的影响更大。利用FE-SEM和XRD研究了DPP衍生物2-4ec对铜沉积层物理性能的影响。同时采用恒电位阶跃测试方法研究了DPP衍生物2-4ec对电结晶初期铜成核机理的影响，结果表明在DPP衍生物2-4ec存在的情况下，在电结晶初期铜的沉积依然遵从瞬时成核和三维生长方式。小槽电镀实验和恒电流计时添加测试能表明DPP衍生物2-4ec可作为整平剂与其他添加剂发生协同作用，实际应用于高厚径比（板厚/孔径）的通孔电镀时可得到厚度分布均匀且无缺陷的镀层。同时恒电流计时添加结果表明镀液中DPP衍生物2-4ec的吸附行为是对流依赖控制的。 ⑵通过对组内前期开发的树枝状季铵化合物结构进行筛选，发现结构中含两个Beheras铵和季铵氮中心的化合物对铜沉积有抑制作用。基于电化学测试结果，组内现有的该类化合物3-5a，3-5b，3-5c应可在酸性硫酸铜镀铜液中用作整平剂。循环伏安测试表明化合物3-5b和3-5c对铜电沉积过程有较强的抑制作用，化合物3-5a的抑制作用较弱。结合表面张力测定结果，发现化合物对铜沉积的抑制作用与其CMC值之间存在着一定的关系，CMC值越低，其对铜沉积的抑制作用越强。文中选取化合物3-5b为代表做了进一步研究。运用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对化合物3-5b与铜表面的作用机理做了研究。实验证实了其在铜表面具有吸附作用，从而起到了对铜沉积的抑制作用。量子化学计算结果表明化合物3-5b是通过结构中的季铵氮官能团吸附在阴极表面的。与DPP衍生物2-4ee类似，采用恒电位阶跃测试方法对化合物3-5b对电结晶初期铜成核机理的影响做了研究。电镀试验结果表明化合物3-5b在镀液中可与其他添加剂协同得到厚度分布均匀的铜镀层。恒电流计时添加试验表明化合物3-5b的吸附行为同样是受对流依赖控制的，是一种有效的整平剂。 ⑶将在皮肤和头发护理液中广泛使用的低毒、环保型化合物聚季铵盐-2用于酸性硫酸盐通孔电镀上。采用恒电流计时添加法对聚季铵盐-2的电化学行为及其与其他添加的相互作用做了研究。聚季铵盐-2可吸附在阴极表面形成吸附层抑制铜的沉积并增加阴极极化。结果表明聚季铵盐-2是有效地通孔电镀整平剂并与SPS，PEG及氯离子有着良好的协同作用。利用均匀法对DPP衍生物2-4ec镀铜进行了工艺优化，得到了一可实际应用的配方。各种性能测试结果表明DPP衍生物2-4ec、SPS、PEG10000的浓度分别为30 ppm、30ppm、300 ppm时，得到的铜层具有良好的整平性和物理性能，可耐受1000循环的IST测试。FE-SEM、XRD、延展性测试表明槽液中加入的各种添加剂可改变铜的晶粒大小和择优取向进而影响铜的延展性，但恒电位阶跃测试表明，如同DPP衍生物2-4ec一样，SPS和PEG10000可改变铜沉积速度和晶粒大小但不会影响电结晶初期铜的成核机理。通过与商业上常用的整平剂JGB相比，可知DPP衍生物2-4ec较JGB有更强的抑制作用，尤其是在低电位时，DPP衍生物2-4ec的吸附作用较强。利用极化曲线测试，估算出在电镀过程中的DPP衍生物2-4ec消耗量约为0.33 mg/Ah，JGB的消耗量约为0.50mg/Ah。