Här beskrivs ansamling av röd joner i en Kopparvitriol plätering lösning i en modell experiment och en analys baserad på kvantitativa mätningar. Detta experiment återger ackumulationsprocessen röd joner i plating badet.
Kunskap om uppförandet av röd joner (monovalent koppar ion: Cu(I)) i ett Kopparvitriol plätering bad är viktigt för att förbättra plätering. Vi har framgångsrikt utvecklat en metod att kvantitativt och enkelt mäta Cu(I) i en plätering lösning och använt det för utvärdering av lösningen. I detta papper, en kvantitativ absorptionsspektrum mätning och en tid-löst injektion mätning av Cu(I) beskrivs koncentrationer av en färgreaktion. Detta förfarande är effektiv som en metod för att reproducera och belysa fenomenet som inträffar i plating badet i laboratoriet. Först visas processen bildandet och ackumulering av Cu(I) i lösning genom elektrolys av en plätering lösning. Mängden Cu(I) i lösningen ökas genom elektrolys på högre värden än den vanliga plätering processen. För bestämning av Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic acid, dinatriumsalt), ett reagens som selektivt reagerar med Cu(I), används. Koncentrationen av Cu(I) kan beräknas från provlösningens absorbans Cu (jag)-BCS komplex. Nästa, tidmätningen av färg reaktionen beskrivs. Färg reaktion kurvan för Cu(I) och BCS mäts av metoden injektion kan delas upp i en momentan och en försening komponenten. Cu(I) innehav struktur kan klargöras genom analys av dessa komponenter, och denna information är viktig när förutspår kvaliteten på bordläggningen filmen ska produceras. Denna metod används för att underlätta utvärderingen av plating badet i produktionslinjen.
Som kretskort blir tätare och mångbottnad, blir hantering av plätering lösningar under tillverkningsprocessen viktigare att upprätthålla produktkvalitet. I kopparsulfat galvanisering, monovalenta koppar jonen (röd ion: Cu(I)) har fastställts vara en av de främsta orsakerna till den stora ojämnheten och matt yta av koppar bordläggningen ytan. Beteende och rollen som Cu(I) i bordläggningen process1,2,3,4,5, effekten av varje tillsats, och innehavet strukturera6,7, 8 har undersökts. Det är nödvändigt att analysera Cu(I) i bordläggningen lösningen, men det var svårt att kvantifiera dess koncentration på grund av instabiliteten i Cu(I) i vattenlösning. Cu(I) på plats analys i plating badet är därför ett effektivt verktyg för att styra plätering lösningen.
Vi genomförde kolorimetriska analys med hjälp av ett vattenhaltigt kelaterande reagens, BCS (bathocuproinedisulfonic acid, dinatriumsalt), för att upprätta Hotellets kvantitativ analys av Cu(I) i en Kopparvitriol plätering lösning. BCS kan användas för att kvantifiera Cu(I) koncentrationen i vattenlösningar9,10,11. Cuproine typ färg reaktion reagens, som konventionellt används för bestämning av Cu(I), är hydrofoba och extraktion med alkohol är nödvändig. Det visades att BCS är hydrofil och direkt kan mäta Cu(I) i en vattenlösning. Två molekyler av BCS samordna till en Cu(I) att bilda 1:2 komplex som absorberar synligt ljus med våglängder mellan 400 och 550 nm (se figur 1). Vi etablerade en metod för att bestämma koncentrationen av Cu(I) i bordläggningen lösningen från mätning av absorbans Cu (jag)-BCS komplexa12,13. I den första delen av detta protokoll beskrivs en metod för att påskynda Cu(I) bildning i en Kopparvitriol plätering lösning i experimentellt modellsystem och kvantitativ mätning av koncentrationen av Cu(I) i en plätering lösning. Detta är grundläggande att klargöra processen för bildandet och ansamling av Cu(I) i plating badet.
Vidare visade det sig att färgen reaktionen av Cu(I) och BCS kan delas in i snabba reaktion komponenter och relativt långsamma reaktion komponenter. Detta ökar osäkerheten i mätningen absorbans. För att lösa detta problem har vi utvecklat en metod att mäta reaktion kurvor med en injektion metod14,15. Den andra delen visar mätningen av Cu(I) utifrån metoden injektion. Genom att analysera de komponenter som erhållits genom metoden injektion, är det möjligt att tillnärma förståelsen av mekanismen för bildandet av Cu(I) och hålla struktur i lösning.
Konventionellt, har det hävdats att Cu(I) i en plätering lösning oxideras direkt till kopparförening joner (Cu(II)). Vi har bekräftat att det finns flera millimol (mmol/L) av Cu(I) i plating badet av produktionslinje12. Enligt detta experiment metod, kan ansamling av Cu(I) liknande det plating badet återges även i bägaren av laboratoriet. Detta är en grundläggande teknik för att belysa Cu(I) produktion och ackumulering processen i en Kopparvitriol galvanisering lösning som var okänd14. Dessutom genom att kontrollera Cu(I) i bordläggningen lösningen, är det också möjligt att förutsäga effekten av Cu(I) på kvaliteten på de plätering film15.
Figur 2 visar schematiskt ett system för elektrolys experiment. Jiggen är en beställda artikeln, som består av en akryl del att fästas bägare och metalldelar för att fästa plattorna och för att ansluta med strömförsörjningen. Genom denna mekanism, nedsänkning området av pläterar blir konstant, och förhållandet mellan det aktuella värdet och strömtäthet hålls konstant. I våra förhållanden, nedsänkning är 4 cm x 2 cm, och strömtäthet blir 62,5 mA/cm2 med en ström på 1 A. I förfarandet för ackumulering av Cu(I) en kopparplåt är kopplad till anoden och en platina pläterar fästas till katod. För att effektivisera Cu(I) ackumulering, är det bättre att deoxidize plätering lösningen med kvävgas i förväg.
Kvantitativ mätning av Cu(I) består av en enkel procedur. Häll neutralisering lösning och BCS lösning in i cellen och blanda plätering lösningen (figur 4). Det är nödvändigt att röra i mer än 20 min tills Cu(I) och BCS reagera tillräckligt. Detta är att säkerställa noggrannheten för mätning av tillräckligt framåt reaktionen. Om Cu(I) finns i bordläggningen lösningen, provlösningen visas orange och ett absorptionsspektrum som att ha en topp på 485 nm erhålls. Förändringar i lösning färg på grund av komplexa bildandet var dramatisk och överraskade många kopparplätering tekniker.
Det är bekräftat att Cu(I) ackumuleras i lösningen när en ström leds genom den Kopparvitriol plätering lösning (figur 5). Absorptionsspektrum visar formen på Cu (jag)-BCS komplex, som är lämplig för att beräkna Cu(I) koncentration från absorbansen vid 485 nm. Även om det aktuella värdet är godtyckliga, Cu(I) ackumuleras knappast på ett nuvarande värde av 0.2 A, och ett högre värde krävs. Även om ackumulering mängden Cu(I) tenderar att öka med elektrolys tid, är den mättad av överdriven ström (till exempel elektrolys för mer än 10 min vid 1.0 A). Ackumulation mängden Cu(I) ökade med elektrolys för 10 min när det aktuella värdet var 0,5 till 1,0 A14. När en överdriven strömmen flödade (till exempel på 1.0 A för 20 min), minskade Cu(I) koncentrationen. Detta tros vara relaterade till bildandet av koppar partiklar på grund av utvecklingen av den oproportionerliga reaktionen.
Reaktionen av Cu(I) och BCS i bordläggningen lösningen har flera komponenter, som ofta försvårar den noggrann bestämningen av koncentrationen. För att lösa detta problem, en injektion mätning är önskvärt (figur 6). I denna mätning, absorption intensiteten i Cu (jag)-BCS komplex förvärvas som ett ändrade belopp från baslinjen före injektion av plätering lösningen, så det kan fastställas mer exakt. Dessutom, eftersom kurvan reaktion kan analyseras enkelt numeriskt, kan koncentrationen vara känd med hög noggrannhet även om reaktionen inte är avslutad. Komponenterna i kurvan reaktion är tänkt att spegla lagring struktur Cu(I) plätering lösning14.
Det är viktigt att modellera innehav struktur Cu(I) i bordläggningen lösningen mot påståendet att Cu(I) i plating badet omedelbart oxiderar Cu(II). Vi föreslår följande modell från analys av egenskaperna hos den aktuella belopp, bildandet och ackumulering av Cu(I). En del av den Cu(I) som elueras från på kopparplåt behålls i lösning i form av en Cu (jag)-PEG komplex. I tidiga stadier av komplexa bildandet tros kloridjoner spela en roll som en tillfällig stabilisator för Cu(I)6,8. Cu(I) samordnas till PEG ingår inne i tredimensionella struktur, och det är i en miljö med hydrofoba. När bildandet av Cu(I) befordras, överskott Cu(I) samordnas på ytan av PEG och kan vara i närheten av vätskan. Eftersom Cu(I) på ytan reagerar snabbt med BCS, kommer det att avspegla komponenten A0 i kurvan reaktion. Eftersom Cu(I) släpper PINNEN är skyddad från BCS attack, har en långsam AL-komponent. Det har påpekats att komponenten A0 främst påverkar kvaliteten på de plätering film15. Denna information är viktig för hantering av plätering lösningen.
Genom att påskynda denaturering av plätering lösningen och verifiera den ackumulerade Cu(I) koncentrationen och holdingstruktur, är det möjligt att tydligt beskriva plätering lösningen. Detta är viktigt inte bara för att förstå plätering processen men också för att förutsäga kvaliteten på bordläggningen filmen ska produceras. Från kontrollen av de SEM-bilden visades det att den Cu(I) koncentrationen, särskilt komponenten A0, är starkt engagerade i generation av ojämnheter på bordläggningen filmen (figur 8). Egen mätning av Cu(I) ger nya indikationer för förvaltningen av pläteringsbad.
Denna forskning kan bidra till förvaltningen av plating badet baserat på optisk mätning. Vi strävar efter att utveckla ett system som kan utvärdera plating badet på produktionslinjen i tid och på plats.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Miss. Hirakawa för hennes fantastiska bidrag till denna forskning.
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 |