. הנה, מתוארים הצטברות cuprous יונים בסולפט נחושת ציפוי פתרון ניסוי מודל וניתוח המבוסס על מדידות כמותיים. ניסוי זה מתרבה תהליך הצטברות של יונים cuprous באמבטיה ציפוי.
הידע של ההתנהגות של יונים cuprous (יון הנחושת monovalent: Cu(I)) באמבט ציפוי נחושת גופרתית חשוב לשיפור תהליך ציפוי. אנו בהצלחה פיתחו שיטה למדוד באופן כמותי ובקלות Cu(I) בפתרון יופיצ, השתמשו בו על הערכה של הפתרון. הנייר הזה, מדידה כמותית ספקטרום הבליעה, יחידת מידה זמן לפתור הזרקת Cu(I) מתוארים ריכוזים של תגובת צבע. ההליך זה יעיל כמו שיטה כדי להתרבות, להסבר התופעה המתרחשת באמבטיה ציפוי במעבדה. ראשית, תהליך היווצרות והצטברות של Cu(I) פתרון על ידי אלקטרוליזה של פתרון ציפוי מוצג. כמות Cu(I) בפתרון הוא גדל על ידי אלקטרוליזה על הערכים הנוכחיים גבוה יותר מאשר תהליך ציפוי הרגיל. מצפני Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic, ניתרן מלח חומצה), ריאגנט היוצר מגיב באופן סלקטיבי Cu(I), משמש. הריכוז של Cu(I) ניתן לחשב את ספיגת של Cu (I)-מתחם BCS. בשלב הבא, מדידת זמן התגובה צבע מתואר. יכול להיות מפורקת עקומת תגובת צבע של Cu(I) ושל BCS נמדדת בשיטת הזרקה לתוך רכיב מיידי של רכיב עיכוב. על-ידי ניתוח רכיבים אלה, מבנה האחזקות של Cu(I) יכול להיות מובהר, מידע זה חשוב כאשר חיזוי האיכות של הסרט ציפוי להיות מיוצר. שיטה זו משמשת כדי להקל על ההערכה של ציפוי אמבטיה קו הייצור.
מעגלים מודפסים להיות צפופה, מרובה שכבות, ניהול של ציפוי פתרונות במהלך תהליך הייצור הופך להיות חשוב יותר לשמור על איכות המוצר. בנחושת גופרתית electroplating, את יון הנחושת monovalent (יון cuprous: Cu(I)) נקבע להיות אחד הגורמים העיקריים החספוס גדול וסיום עמום של המשטח ציפוי נחושת. ההתנהגות ואת התפקיד של Cu(I) ציפוי תהליך1,2,3,4,5, ההשפעה של כל תוסף, והחזקת מבנה6,7, 8 נחקרו. יש צורך לנתח Cu(I) בפתרון יופיצ, אבל זה היה קשה לכמת את הריכוז שלו בשל חוסר היציבות של Cu(I) בתמיסה המימית. לכן, ניתוח באתר של Cu(I) באמבטיה ציפוי הוא כלי יעיל לשליטה הפתרון ציפוי.
אנו לבצע ניתוח ערכי צבע מוחלטים באמצעות של ריאגנט chelating מימית, BCS (bathocuproinedisulfonic, ניתרן מלח חומצה), להקים באתר אנליזה כמותית של Cu(I) סולפט נחושת ציפוי פתרון. BCS ניתן לכמת את הריכוז Cu(I)10,9,פתרונות מימית11. Cuproine סוג צבע התגובה הכימית, שבו נעשה שימוש כמקובל מצפני Cu(I), הוא הידרופובי, מיצוי באלכוהול יש צורך. זה הוצג כי BCS הינה הידרופילית, יכול למדוד ישירות Cu(I) בתמיסה המימית. שתי מולקולות של BCS לתאם על אחד Cu(I) כדי ליצור 1:2 מתחמי סופגים אור גלוי באורכי גל בין 400 ל 550 ננומטר (ראה איור 1). הקמנו שיטה לקביעת ריכוז Cu(I) בפתרון ציפוי מן המידה של ספיגת של Cu (I)-BCS מורכבים12,13. בחלק הראשון של פרוטוקול זה, מתוארים שיטה של האצת היווצרות Cu(I) ב סולפט נחושת ציפוי פתרון מערכת מודל ניסיוני, את המדידה כמותית של ריכוז Cu(I) בפתרון ציפוי. זהו יסוד כדי להבהיר את תהליך היווצרות והצטברות של Cu(I) באמבטיה ציפוי.
עוד, זה הראו כי ניתן לחלק את תגובת צבע Cu(I) ו- BCS רכיבי התגובה המהירה ורכיבים מגיבים לאט יחסית. פעולה זו מגדילה את אי-וודאות במדידה ספיגת. כדי להתגבר על בעיה זו, פיתחנו שיטה של מדידת תגובת עיקולים על ידי מטוס14,בשיטת הזרקת15. החלק השני מציג את המדידה של Cu(I) המבוסס על שיטת ההזרקה. על ידי ניתוח הרכיבים מתקבל על ידי שיטת ההזרקה, זה אפשרי לאמוד את ההבנה של מנגנון היווצרות Cu(I) והוא אוחז מבנה הפתרון.
כמקובל, זה כבר טען כי Cu(I) בפתרון ציפוי באופן מיידי תחמוצת cupric יונים (Cu(II)) כדי. יש לנו אישר כי ישנם מספר millimoles (mmol/L) של Cu(I) באמבטיה ציפוי קו הייצור של12. לפי שיטה זו הניסוי, ההצטברות של Cu(I) דומה לאמבטיה ציפוי מגורמיה אפילו במיכל של המעבדה. זוהי טכנולוגיה הבסיסית להבהיר Cu(I) ייצור והצטברות תהליך סולפט נחושת electroplating פתרון, אשר היה לא ידוע14. יתר על כן, על ידי שליטה Cu(I) בפתרון יופיצ, זה גם אפשרי לחזות את השפעת Cu(I) על איכות הסרט ציפוי ה15.
איור 2 מציג סכמטי מערכת לניסוי אלקטרוליזה. ג ‘ יג הוא מוצר שהוזמן, אשר מורכב של חלק אקרילי יש לתקן כדי בקבוקונים וחלקי מתכת עבור צירוף צלחות, התחברות עם הזרם. באמצעות מנגנון זה, האזור טבילה של הלוחות הופכת מתמדת, הקשר בין הערך הנוכחי צפיפות הזרם נשמר קבוע. בתנאים שלנו, טבילה 4 ס”מ x 2 ס”מ, ויהיה צפיפות הזרם mA/cm 62.52 עם זרם של 1 א בהליך הצטברות של Cu(I), צלחת נחושת מצורף האנודה, צלחת הפלטינה מצורפת הקתודה. על מנת להגביר את היעילות הצטברות של Cu(I), עדיף deoxidize את הפתרון ציפוי עם גז חנקן מראש.
מדידה כמותית של Cu(I) מורכב הליך פשוט. שופכים את פתרון ניטרול והפתרון BCS לתוך התא ומערבבים את הפתרון ציפוי (איור 4). יש צורך ומערבבים במשך יותר מ 20 דקות עד Cu(I) ו- BCS להגיב במידה מספקת. הדבר נועד להבטיח את הדיוק של המדידה על-ידי מספיק לקדם את התגובה. אם Cu(I) נכלל בפתרון יופיצ, הפתרון מדגם מופיע ספקטרום הבליעה של נתקל לשיא ב 485 וכתום nm מתקבל. שינויים בצבע פתרון בשל היווצרות מורכבות היו דרמטיות, הפתיעה רבים נחושת ציפוי טכנאים.
הוא אישר כי Cu(I) שמצטבר הפתרון כאשר זרם מועבר דרך נחושת גופרתית יופיצ פתרון (איור 5). ספקטרום הבליעה מראה את צורת Cu (I)-מתחם BCS, אשר מתאימה לחישוב ריכוז Cu(I) מ ספיגת-485 ננומטר. למרות הערך הנוכחי הוא שרירותי, Cu(I) בקושי שנצבר בערך נוכחי של 0.2 א, נדרש ערך נוכחי גבוה יותר. למרות הצטברות כמות Cu(I) נוטה לגדול עם הזמן אלקטרוליזה, זה ספוג על ידי זרם יתר (לדוגמה, אלקטרוליזה יותר מ 10 דקות ב- 1.0 A). הצטברות כמות Cu(I) גדל על ידי אלקטרוליזה 10 דקות כאשר הערך הנוכחי היה 0.5 ל 1.0 A14. זרם יתר זרמו (לדוגמה, ב- 1.0 A עבור 20 דקות), ירד ריכוז Cu(I). זה נחשב להיות קשורה היווצרות של חלקיקים נחושת עקב התקדמות התגובה מידתי.
התגובה של Cu(I) ו- BCS בפתרון ציפוי יש רכיבים זמן מרובים, אשר לעיתים קרובות להקשות הקביעה מדויקת של הריכוז. על מנת לפתור בעיה זו, מדידה הזרקת רצוי (איור 6). במדידה זו, עוצמת הקליטה Cu (I)-מתחם BCS נרכשת כסכום שונה מקו הבסיס לפני הזרקה של הפתרון יופיצ, אז ניתן לקבוע באופן מדויק יותר. בנוסף, מאז עקומת התגובה יכולה להיות מנותח פשוט מספרית, הריכוז יכול להיות ידוע עם רמת דיוק גבוהה גם אם התגובה לא הושלמה. הרכיבים של עקומת התגובה נחשבים כדי לשקף המבנה השמירה של Cu(I) ב פתרון ציפוי14.
חשוב ליצור מודל מבנה האחזקות Cu(I) בפתרון ציפוי נגד הטענה כי Cu(I) באמבטיה ציפוי מתחמצן באופן מיידי Cu(II). אנו מציעים את המודל הבא של ניתוח של המאפיינים של סכום נוכחי, היווצרות, הצטברות של Cu(I). חלק Cu(I) eluted של הציפוי נשמר בפתרון בדמות Cu (I)-מתחם פג. בשלבים המוקדמים של היווצרות מורכבות, כלורידים נחשבים לשחק תפקיד כמייצב זמניים עבור6,Cu(I)8. Cu(I) מתואמת כדי פג מעוגנת בתוך מבנה תלת מימדי, וזה בסביבה הידרופובי. בעת היווצרות של Cu(I) הוא קידם, עודף Cu(I) מתואמת על פני השטח של יתדות וייתכן בקרבת הנוזל. מאז Cu(I) על המשטח מגיב מיד BCS, שהוא ישקף את הרכיב A0 של העקומה התגובה. מאז Cu(I) בתוך יתדות מוגן מפני התקפה BCS, יש לו רכיב AL איטי. זה היה ציין כי הרכיב A0 בעיקר משפיע על האיכות של הסרט ציפוי15. מידע זה חשוב עבור ניהול של הפתרון ציפוי.
על ידי מאיץ את דנטורציה של הפתרון ציפוי ואימות הריכוז Cu(I) שהצטברו ומבנה אחזקות, זה אפשרי לאפיין בצורה ברורה את הפתרון ציפוי. זה חשוב לא רק להבנת תהליך ציפוי אלא גם לחיזוי איכות הסרט ציפוי להיות מיוצר. מהאימות של תמונת SEM, זה היה מראה כי הריכוז Cu(I), במיוחד הרכיב A0, מעורב בחוזקה הדור החספוס של הסרט ציפוי (איור 8). מדידה באתר של Cu(I) נותן סימנים חדשים לניהול של ציפוי אמבטיות.
מחקר זה יכול לתרום הניהול של בית המרחץ ציפוי המבוסס על מדידה אופטית. אנו שואפים לפתח מערכת יכולים להעריך את מצב האמבטיה ציפוי על קו הייצור במועד או באתרו.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים הרב Hirakawa על תרומתה הגדולה מחקר זה.
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 |