Ophoping van koper-ionen in een oplossing in een model experiment en een analyse op basis van kwantitatieve metingen plating kopersulfaat worden hier beschreven. Dit experiment reproduceert het accumulatieproces van koper-ionen in de plating-bad.
Kennis van het gedrag van koper-ionen (monovalent koper ion: Cu(I)) in een bad van kopersulfaat plating is belangrijk voor de verbetering van de plating proces. We met succes een methode ontwikkeld om het kwantitatief en eenvoudig meten van Cu(I) in een oplossing van de beplating en gebruikt het voor evaluatie van de oplossing. In deze paper, een kwantitatieve absorptiespectrum meting en de meting van een time-resolved injectie van Cu(I) worden concentraties door de reactie van een kleur beschreven. Deze procedure is effectief als een methode om te reproduceren en verhelderen van het verschijnsel voordoet in het bad van de beplating in het laboratorium. Ten eerste, het proces van de vorming en accumulatie van Cu(I) in oplossing door elektrolyse van een oplossing van de beplating wordt weergegeven. Het bedrag van de Cu(I) in de oplossing wordt verhoogd door elektrolyse op hogere huidige waarden dan de gebruikelijke plating proces. Voor de bepaling van Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic zuur, Dinatrium zout), een reagens dat selectief met Cu(I) reageert, wordt gebruikt. De concentratie van Cu(I) kan worden berekend uit de extinctie van de Cu (I)-BCS complex. Vervolgens wordt de tijdmeting van de reactie van kleur beschreven. De kleur reactie curve van Cu(I) en BCS gemeten volgens de methode van de injectie kan worden ontleed in een momentane component en een component van de vertraging. De structuur van het bedrijf van Cu(I) kan worden verduidelijkt door de analyse van deze onderdelen, en deze informatie is belangrijk wanneer het voorspellen van de kwaliteit van de film van de beplating worden geproduceerd. Deze methode wordt gebruikt om de evaluatie van de beplating bad in de productielijn.
Naarmate printplaten dichtere en meerdere lagen, wordt beheer van plating oplossingen tijdens het productieproces steeds belangrijker productkwaliteit te behouden. In kopersulfaat galvaniseren, het monovalent koper ion (koper ion: Cu(I)) is vastgesteld als een van de belangrijkste oorzaken van de grote ruwheid en saaie afwerking van het oppervlak van de koperen platen. Het gedrag en de rol van Cu(I) in de plating proces1,2,3,4,5, het effect van elk additief, en het bedrijf structuur6,7, 8 zijn onderzocht. Het is noodzakelijk om te analyseren van Cu(I) in de plating-oplossing, maar het was moeilijk te kwantificeren zijn concentratie vanwege de instabiliteit van de Cu(I) in een waterige oplossing. Daarom is de on-site analyse van Cu(I) in het bad van de beplating een effectief hulpmiddel voor het beheersen van de plating-oplossing.
Wij uitgevoerd colorimetrische analyse met behulp van een waterige chelaatvormers reagens, BCS (bathocuproinedisulfonic zuur, Dinatrium zout), om vast te stellen ter plaatse kwantitatieve analyse van Cu(I) in een koper-sulfaat plating oplossing. Het BCP kan worden gebruikt voor het kwantificeren van de concentratie van de Cu(I) in de waterige oplossingen9,10,11. De cuproine type kleur reactie reagens, die conventioneel voor de bepaling van Cu(I) gebruikt is, is hydrofoob en extractie met alcohol is noodzakelijk. Het bleek dat BCS hydrofiele en rechtstreeks Cu(I) in een waterige oplossing meten kan. Twee moleculen van BCS coördineren om één Cu(I) te vormen van 1:2-complexen die absorberen van zichtbaar licht bij golflengten tussen 400 en 550 nm (Zie Figuur 1). Wij vastgesteld een methode om te bepalen van de concentratie van Cu(I) in de oplossing van de beplating van het meten van de extinctie van de Cu (I)-BCS complexe12,13. In het eerste deel van dit protocol, een methode voor het versnellen van de vorming van de Cu(I) in een oplossing in een experimenteel systeem van model en de kwantitatieve meting van de concentratie van de Cu(I) in een oplossing van de beplating plating kopersulfaat worden beschreven. Dit is essentieel om het proces van vorming en accumulatie van Cu(I) in het bad van de beplating te verduidelijken.
Verder werd aangetoond dat de reactie van de kleur van Cu(I) en BCS kan worden onderverdeeld in snelle reactie onderdelen en onderdelen van de relatief trage reactie. Dit vergroot de onzekerheid in de meting van de absorptie. Om dit probleem te verhelpen, ontwikkelden we een methode voor het meten van reactie curven met een injectie methode14,15. Het tweede deel toont de meting van Cu(I) gebaseerd op de methode van de injectie. Door het analyseren van de onderdelen die zijn verkregen door de injectie-methode, is het mogelijk tot de onderlinge aanpassing van het begrip van het mechanisme voor de vorming van Cu(I) en houden van structuur in oplossing.
Conventioneel, is er beweerd dat de Cu(I) in een oplossing van de beplating direct is geoxideerd tot Cupri ionen (Cu(II)). Wij hebben bevestigd dat er verschillende millimol (mmol/L) van Cu(I) in het bad van de beplating van de productielijn12zijn. Volgens deze methode experiment, kan de accumulatie van Cu(I) vergelijkbaar met de plating-bad worden gereproduceerd zelfs in het bekerglas van het laboratorium. Dit is een fundamentele technologie ophelderen van de Cu(I) productie en accumulatie proces in een koper-sulfaat galvaniseren oplossing, die onbekende14was. Bovendien, door het beheersen van Cu(I) in de plating-oplossing, het is ook mogelijk om te voorspellen van het effect van Cu(I) op de kwaliteit van de beplating film15.
Figuur 2 toont schematisch een systeem voor elektrolyse experiment. De mal is een besteld artikel, die uit een acryl gedeelte vast te stellen voor bekers en metalen onderdelen bestaat voor de bevestiging van de platen en voor het verbinden met de voeding. Door dit mechanisme, het gebied van de onderdompeling van de platen wordt constant, en de relatie tussen de huidige waarde en de stroomdichtheid constant wordt gehouden. In onze voorwaarden, onderdompeling is 4 cm x 2 cm, en de stroomdichtheid zullen 62,5 mA/cm2 met een stroom van 1 A. In de procedure van de accumulatie van Cu(I), een koperen plaat is gekoppeld aan de anode en een platina plaat is gekoppeld naar de kathode. Teneinde de efficiëntie van de accumulatie van Cu(I), is het beter om deoxidize de plating-oplossing met stikstofgas vooraf.
Kwantitatieve meting van Cu(I) bestaat uit een eenvoudige procedure. Giet de neutralisatie oplossing en BCS oplossing in de cel en meng de plating-oplossing (Figuur 4). Het is noodzakelijk te roeren gedurende meer dan 20 minuten totdat Cu(I) en BCS voldoende reageren. Dit is om de juistheid van de meting door voldoende de reactie. Als Cu(I) is opgenomen in de plating-oplossing, de oplossing van het monster wordt oranje en een absorptiespectrum met een piek op 485 nm wordt verkregen. Wijzigingen in kleur van de oplossing te wijten aan de complexvorming waren dramatisch en verrast veel koper plating technici.
Het is bevestigd dat Cu(I) hoopt zich op in de oplossing wanneer een stroomsterkte wordt doorgegeven via de kopersulfaat plating oplossing (Figuur 5). Het absorptiespectrum toont de vorm van de Cu (I)-BCS complex, die geschikt is voor de berekening van de concentratie van de Cu(I) van de absorptie bij 485 nm. Hoewel de huidige waarde willekeurig is, Cu(I) nauwelijks op een huidige waarde van 0,2 A is opgebouwd, en een hogere huidige waarde is vereist. Hoewel het bedrag van de accumulatie van Cu(I) heeft de neiging om te verhogen met elektrolyse tijd, is het verzadigd door bovenmatige stroom (bijvoorbeeld elektrolyse voor meer dan 10 min op 1,0 A). Het bedrag van de accumulatie van Cu(I) stegen met elektrolyse gedurende 10 minuten, toen de huidige waarde 0.5 tot 1.0 A14. Wanneer een bovenmatige stroom stroomde (bijvoorbeeld op 1,0 A voor 20 min), daalde de concentratie van de Cu(I). Dit wordt verondersteld verband te houden met de vorming van koper deeltjes als gevolg van de voortgang van de onevenredige reactie.
De reactie van Cu(I) en BCS in de plating-oplossing heeft meerdere onderdelen van de tijd, die vaak de nauwkeurige bepaling van de concentratie moeilijk maken. Teneinde dit probleem oplossen, een injectie meting gewenst is (Figuur 6). In deze meting, de intensiteit van de absorptie van de Cu (I)-BCS complex wordt verworven als een gewijzigde bedrag vanaf de basislijn vóór injectie van de beplating oplossing, zodat het kan nauwkeuriger worden bepaald. Bovendien, aangezien de curve van de reactie kan eenvoudig numeriek worden geanalyseerd, kan de concentratie gekend worden met hoge nauwkeurigheid zelfs als de reactie niet is voltooid. De onderdelen van de curve reactie worden verondersteld om de structuur van de retentie van Cu(I) in de beplating oplossing14weerspiegelen.
Het is belangrijk om de structuur van het bedrijf van Cu(I) in de plating-oplossing tegen de bewering dat Cu(I) in het bad plating ogenblikkelijk Cu(II) oxideert model. Wij stellen het volgende model uit de analyse van de kenmerken van het huidige bedrag, vorming en accumulatie van Cu(I). Een deel van de Cu(I) van de koperen plaat geëlueerd wordt bewaard in de oplossing in de vorm van een Cu (I)-PEG complex. In de vroege stadia van de complexvorming, worden chloride-ionen verondersteld om een rol als tijdelijke stabilisator voor Cu(I)6,8te spelen. Cu(I) afgestemd op PEG is opgenomen binnen de driedimensionale structuur, en het is in een hydrofobe omgeving. Bij de vorming van Cu(I) wordt bevorderd, kan overtollige Cu(I) is afgestemd op het oppervlak van de PEG en in de nabijheid van de vloeistof. Aangezien de Cu(I) op het oppervlak reageert onmiddellijk met BCS, zal zij nadenken de A0-component van de curve van de reactie. Aangezien de Cu(I) binnen de PEG is beveiligd tegen aanvallen van BCS, heeft zij een langzame AL onderdeel. Het is gezegd dat het onderdeel A0 voornamelijk invloed op de kwaliteit van de beplating film15. Deze informatie is belangrijk voor het beheer van de plating-oplossing.
Door te versnellen de denaturatie van de plating-oplossing en controleren van de geaccumuleerde Cu(I)-concentratie en de structuur van het bedrijf, is het mogelijk om te duidelijk karakteriseren de plating-oplossing. Dit is niet alleen belangrijk voor inzicht in het proces van de beplating maar ook voor het voorspellen van de kwaliteit van de film van de beplating worden geproduceerd. Uit de verificatie van het SEM-beeld, werd aangetoond dat de concentratie van Cu(I), met name de A0 component, nauw betrokken bij de generatie van de ruwheid van de beplating film (Figuur 8 is). On-site meting van Cu(I) geeft nieuwe indicaties voor het beheer van plating Baden.
Dit onderzoek kan bijdragen aan het beheer van de beplating Bad gebaseerd op optische meting. Wij streven naar het ontwikkelen van een systeem dat de status van de plating-bad op de productielijn op tijd en in situ kan evalueren.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Misser Hirakawa voor haar grote bijdrage aan dit onderzoek.
Acetic acid | Wako | 016-18835 | |
BCS | Dojindo | B002 | |
Copper plate | YAMAMOTO-MS | B-60-P05 | |
Copper sulfate | Wako | 033-04415 | |
Hydrochorinic acid | SIGMA-ALDRICH | 13-1750-5 | |
JGB | Wako | 106-00011 | |
Magnetic stirrer | Iuchi | HS-30D | |
NaOH | NACALAI TESQUTE | 31511-05 | |
PEG4000 | Wako | 162-09115 | |
Platinum plate | NILACO | PT-353326 | |
Power supply | TAKASAGO | LX018-28 | |
SPS | Wako | 327-87481 | |
Stir bar | AS ONE | 1-5409-01 | |
Sulfuric acid | Wako | 192-04696 | |
Syringe port | JASCO | CSP-749 | |
Thermostat cell holder with a stirrer | JASCO | STR-773 | |
UV/vis Spectrophotometer | JASCO | V-630 |