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印制电路产业未来的发展方向是无人工厂和加成法。无人工厂让我们摆脱甲醛的使用限制,加成法则迫切需要提高化学镀铜的质量以满足工业化生产需求。而我们对铜在碱性溶液中催化甲醛氧化反应机理研究却依旧停留在上世纪90年代,它的滞后已经跟不上产业发展的脚步。因此,重新推动甲醛在铜表面氧化反应机理研究以指导化学镀铜配方研发具有重要意义。本文通过密度泛函理论和电化学方法研究了碱性溶液中铜催化甲醛氧化反应机理,并将其应用于印制电路制造中化学镀镍浸金、化学镀铜以及加成法制备导电图形等方面。具体结论如下:1)密度泛函理论计算表明氢氧根离子不参与碱性溶液中铜催化甲醛氧化反应决速步骤,计算得到该反应的活化能约为95 KJ/mol,并且确认该反应中开路电位附近超量析氢是由Heyrovsky Reaction引起。Heyrovsky Reaction是电解水制备氢气三步中的快速反应步骤,密度泛函计算表明该反应在铜表面能够自发进行,不需要活化能。2)在进行铜催化甲醛氧化电化学实验之前,我们首先考察了甲醛在碱性溶液中的水化、聚合、电离以及Cannizzaro反应,发现这些反应都能给实验带来误差,建议对实验结果进行校正或者采用暂态电化学方法测试。恒电位测试方法证实氢氧根离子不参与铜催化甲醛氧化反应的决速步骤,发现增大氢氧根离子浓度能够增大电流密度的原因是由于改变了溶液中亚甲基二醇离子（CH2OHO-）的浓度,它是参与反应的真正物种。采用电位阶跃方法研究了铜催化甲醛氧化的反应动力学,计算出了反应速率常数、反应速率、活化能以及电荷转移系数等电化学参数,发现在开路电位附近存在的反应速率异常降低是Heyrovsky Reaction导致的必然结果。同时,发现电荷转移系数随温度升高而降低其值在0.24至0.12之间,不同于文献中提到的0.5。电位阶跃测试计算得到反应的活化能为125 KJ/mol与密度泛函理论的计算结果存在较大差异,这是由于密度泛函计算过程中没有考虑各物种与水分子之间氢键作用。当溶液中亚甲基二醇离子（CH2OHO-）的浓度达到0.007 mol/L,铜电极在碱性甲醛溶液中的开路电位从-0.1 V（vs.Ag/AgCl）左右跃迁其至-0.8V左右,这也能够表明开路电位下铜电极在碱性甲醛溶液存在Heyrovsky Reaction。3)化学镀镍浸金是印制电路板表面处理的重要工艺之一,电路板厂通常采用氯化钯或硫酸钯作为化学镀镍前的活化剂,但是钯存在价格昂贵、镀液维护困难以及渗镀等缺点,业界一直在寻找替代金属钯的其他活化方法。实验证实甲醛在铜表面氧化反应所产生氢原子可以启动化学镀镍;拉曼光谱结果表明碱性甲醛溶液中的铜电极表面有氢原子吸附,振动模式为Cu-H伸缩振动,拉曼位移为2050 cm-1,同时,渗氢的电化学实验表明氢原子可以在铜晶格中扩散并储存于其中;在碱性甲醛溶液中活化后的铜电极,一旦曝露于空气中电极电位迅速上升,当电极电位升到-0.443 V（vs.Ag/AgCl）后氧化亚铜在铜表面生成,此时的铜电极彻底失去启动化学镀镍的能力。改变取样方式可以增加活化后的铜电极在空气中曝露的时间,实验结果表明水平取样铜表面的液膜最厚,其在空气中曝露的时间可达60 s以上;通过比较甲醛活化和钯活化两种方法,发现他们在表面形貌以及元素组成上完全一致,甲醛活化法的诱导期比钯活化法少20 s左右,甲醛活化法在启动铜线路表面的化学镀镍时完全不会发生渗镀,黑盘测试和腐蚀测试表明甲醛活化法所制备的镀层耐蚀性更好。综合价格等因素,我们认为对于化学镀镍浸金工艺,使用甲醛活化铜表面比钯类活化剂更具优势。4)孔金属化作为多层电路板生产的关键环节之一,对化学镀铜质量有着极高的要求,而镀层中的氢气泡严重影响镀层质量。提出了化学镀铜的过程中微孔引发氢气泡与镀层共沉积模型,具体分为三个阶段:第一阶段气泡吸附微孔底部和孔内侧;第二阶段形成梨形孔;第三阶段形成闭合孔,孔内高压由Heyrovsky Reaction造成。镍离子在化学镀铜中主要有三个作用:镍离子的加入能够抑制化学镀铜过程中氢气产生,特别是当溶液中缺乏铜离子时,它可以抑制超量析氢的发生;化学镀铜的过程中镍离子通过置换反应将氢原子电子转移给铜离子,从而加速镀铜;镍离子可以抑制氢气泡的长大。亚铁氰化钾在化学镀液中会电离出的氰根离子,DFT计算表明氰根离子更倾向吸附在没有负电荷分布的铜表面,据此判断氰根离子会更倾向吸附在微孔顶端;亚铁氰化钾可以抑制铜对甲醛的催化氧化反应,当浓度为10ppm抑制效果最佳。控制亚铁氰化钾浓度为10 ppm,改变Ni2+浓度,发现两者的联合使用可以抑制氢气泡与镀铜的共沉积,当化学镀液中Ni2+浓度为70 ppm时所制备的铜镀层分形维数最小,其值为2.51,铜层的延展率最高,其值为8%。5)提出了一种利用三维控制台和挤压出液系统构成的装置制备导电图形的方法。该方法主要分成三步:利用装置涂布活化液完成图形制作;将活化液用水冲刷掉;进行化学镀铜,完成导电图形制作。