Aqui, o acúmulo de íons cuproso em um solução em um experimento de modelo e uma análise baseada em medições quantitativas de chapeamento de sulfato de cobre são descritos. Esta experiência reproduz o processo de acumulação de íons cuproso no chapeamento banho.
Conhecimento do comportamento de íons cuproso (íon monovalente de cobre: Cu(I)) em um banho de chapeamento de sulfato de cobre é importante para melhorar o processo de revestimento. Conseguimos desenvolveu um método para medir os quantitativamente e facilmente Cu(I) em uma solução do chapeamento e usado para avaliação da solução. Este papel, uma medida quantitativa de espectro de absorção e uma medição de tempo-resolvido injeção de Cu(I) concentrações por uma reação de cor são descritas. Este procedimento é eficaz como um método para reproduzir e elucidar o fenômeno ocorrendo no chapeamento banho no laboratório. Em primeiro lugar, o processo de formação e acumulação de Cu(I) em solução por eletrólise de uma solução do chapeamento é mostrado. A quantidade de Cu(I) na solução é aumentada por eletrólise em altos valores de corrente que o processo do chapeamento habitual. Para a determinação da Cu(I), BCS (sal dissódico ácido do bathocuproinedisulfonic), um reagente que reage seletivamente com Cu(I), é usado. A concentração de Cu(I) pode ser calculada valor da absorvância do Cu (I)-complexo BCS. Em seguida, a medição do tempo de reação a cor é descrita. A curva de reação de cor de Cu(I) e BCS, medido pelo método de injeção pode ser decomposta em um componente instantânea e um componente de atraso. Pela análise destes componentes, a estrutura de exploração de Cu(I) pode ser esclarecida, e esta informação é importante, ao prever a qualidade do chapeamento do filme a ser produzido. Este método é usado para facilitar a avaliação do chapeamento banho na linha de produção.
Como placas de circuito impresso tornam-se mais denso e em várias camadas, gestão do chapeamento soluções durante o processo de fabricação se torna mais importante para manter a qualidade do produto. Em galvanoplastia, o íon monovalente cobre de sulfato de cobre (íon cuproso: Cu(I)) foi determinada a ser uma das principais causas da grande rugosidade e maçante acabamento da superfície do chapeamento de cobre. O comportamento e o papel de Cu(I) no chapeamento processo1,2,3,4,5, o efeito de cada aditivo e exploração estruturam6,7, 8 foram investigados. É necessário analisar Cu(I) na solução do chapeamento, mas era difícil quantificar sua concentração devido a instabilidade do Cu(I) em solução aquosa. Portanto, a análise no local de Cu(I) no chapeamento banho é uma ferramenta eficaz para controlar a solução do chapeamento.
Realizamos a análise colorimétrica, usando um reagente quelante aquoso, BCS (sal dissódico ácido do bathocuproinedisulfonic), para estabelecer no local análise quantitativa de Cu(I) em um chapeamento de solução de sulfato de cobre. O BCS pode ser usado para quantificar a concentração de Cu(I) em soluções aquosas9,10,11. O cuproine tipo cor reagente de reação, que tem sido convencionalmente utilizado para a determinação da Cu(I), é hidrofóbico e extração com álcool é necessária. Foi demonstrado que a BCS é hidrofílico e pode medir diretamente a Cu(I) em solução aquosa. Duas moléculas de BCS coordenam para um Cu(I) para formar complexos de 1:2 que absorvem a luz visível em comprimentos de onda entre 400 e 550 nm (ver Figura 1). Nós estabelecemos um método para determinar a concentração de Cu(I) na solução do chapeamento da medição da absorvância do Cu (I)-BCS complexo12,13. Na primeira parte do presente protocolo, um método de acelerar a formação de Cu(I) em um sulfato de cobre, chapeamento de solução em um sistema experimental de modelo e a medida quantitativa da concentração de Cu(I) em uma solução do chapeamento são descritos. Isto é fundamental para esclarecer o processo de formação e acumulação de Cu(I) no banho do chapeamento.
Além disso, foi demonstrado que a reação de cor de Cu(I) e BCS pode ser dividida em componentes de reação rápida e relativamente lenta reação. Isso aumenta a incerteza na medição da absorvância. Para superar este problema, desenvolvemos um método de medir as curvas de reação por um método de injeção14,15. A segunda parte mostra a medição de Cu(I) baseado no método de injeção. Ao analisar os componentes obtidos pelo método de injeção, é possível aproximar-se o entendimento do mecanismo de formação de Cu(I) e mantendo a estrutura em solução.
Convencionalmente, alegou que o Cu(I) em uma solução do chapeamento instantaneamente é oxidado a íons cúpricos (Cu(II)). Confirmamos que há vários milimoles (mmol/L) de Cu(I) no chapeamento banho da linha de produção12. De acordo com este método de experimento, o acúmulo de Cu(I) semelhante ao chapeamento banho pode ser reproduzido nem no copo do laboratório. Esta é uma tecnologia fundamental para elucidar o processo de produção e acumulação de Cu(I) em um solução, que era desconhecido14de galvanização de sulfato de cobre. Além disso, controlando Cu(I) na solução do chapeamento, também é possível prever o efeito de Cu(I) sobre a qualidade do chapeamento filme15.
A Figura 2 mostra esquematicamente um sistema para o experimento de eletrólise. O gabarito é um item ordenado, que consiste de uma parte acrílica deve ser fixado copos e peças de metal para fixação de placas e de conexão com a fonte de alimentação. Por este mecanismo, a área de imersão das placas se torna constante, e a relação entre o valor atual e a densidade de corrente é mantida constante. Em nossas condições, imersão é 4 cm x 2 cm, e a densidade de corrente será 62,5 mA/cm2 com uma corrente de 1 A. No processo de acumulação de Cu(I), uma placa de cobre é ligada ao ânodo e uma placa de platina é anexada para o cátodo. A fim de aumentar a eficiência de acumulação de Cu(I), é preferível para desoxidar a solução do chapeamento com gás nitrogênio de antemão.
Medida quantitativa de Cu(I) consiste em um procedimento simples. Despeje a solução de neutralização e solução BCS na célula e misturar a solução do chapeamento (Figura 4). É necessário a mexer por mais de 20 min até Cu(I) e BCS reagir suficientemente. Isso é para garantir a precisão da medição, avançando-se suficientemente a reação. Se Cu(I) está contido na solução do chapeamento, a solução de amostra aparece laranja e um espectro de absorção, tendo um pico no 485 nm é obtido. Mudanças na cor da solução devido à formação de complexa foram dramáticas e surpreendeu muitos técnicos de chapeamento de cobre.
Confirma-se que Cu(I) se acumula na solução, quando uma corrente passa através do sulfato de cobre, chapeamento de solução (Figura 5). O espectro de absorção mostra a forma do Cu (I)-complexo BCS, que é apropriada para calcular a concentração de Cu(I) valor da absorvância no 485 nm. Embora o atual valor é arbitrário, Cu(I) dificilmente é acumulado no valor atual de 0,2 A, e um valor mais alto de corrente é necessário. Embora a quantidade de acumulação de Cu(I) tende a aumentar com o tempo de eletrólise, ele está saturado por corrente excessiva (por exemplo, a eletrólise para mais de 10 min a 1.0 um). A quantidade de acumulação de Cu(I) aumentada de eletrólise por 10 min, quando o valor atual foi de 0,5 a 1,0 A14. Quando uma corrente excessiva fluiu (por exemplo, no 1.0 um por 20 min), a concentração de Cu(I) diminuída. Isto é pensado para ser relacionado à formação de partículas de cobre devido o progresso da reação desproporcional.
A reação de Cu(I) e BCS na solução do chapeamento tem vários componentes de tempo, que muitas vezes dificultam a determinação precisa da concentração. Para resolver este problema, uma medida de injeção é desejável (Figura 6). Esta medida, a intensidade de absorção do Cu (I)-complexo BCS é adquirido como uma quantidade diferente da linha de base antes da injeção da solução do chapeamento, então determinar com mais precisão. Além disso, uma vez que a curva de reação pode ser analisada simplesmente numericamente, a concentração pode ser conhecida com alta precisão mesmo quando a reação não é concluída. Os componentes da curva de reação são pensados para refletir a estrutura de retenção de Cu(I) na solução do chapeamento14.
É importante modelar a estrutura de exploração de Cu(I) na solução do chapeamento contra a afirmação de que Cu(I) no chapeamento banho oxida instantaneamente Cu(II). Propomos o seguinte modelo de análise das características da atual quantidade, formação e acúmulo de Cu(I). Uma parte da Cu(I) eluída da placa de cobre é mantida em solução sob a forma de um Cu (I)-complexo de PEG. Nas fases iniciais da formação complexa, íons cloreto são pensados para jogar um papel como um estabilizador temporário para Cu(I)6,8. Cu(I) coordenado para PEG é incorporado dentro da estrutura tridimensional, e é em um ambiente hidrofóbico. Quando é promovida a formação de Cu(I), Cu(I) em excesso é coordenado à superfície da cavilha e pode ser nas proximidades do líquido. Desde que Cu(I) na superfície reage prontamente com BCS, ele vai refletir o componente A0 da curva de reação. Desde que o Cu(I) dentro do PEG é protegido contra ataques BCS, tem um componente lento do AL. Foi salientado que o componente de A0 influencia principalmente a qualidade do chapeamento filme15. Esta informação é importante para gestão da solução do chapeamento.
Acelerando a desnaturação da solução do chapeamento e verificar a concentração de Cu(I) acumulada e a estrutura de exploração, é possível caracterizar claramente a solução do chapeamento. Isto é importante não só para compreender o processo de revestimento, mas também para prever a qualidade do chapeamento do filme a ser produzido. Partir da verificação da imagem SEM, foi demonstrado que a concentração de Cu(I), especialmente o componente A0, é fortemente envolvida na geração da rugosidade do filme chapeamento (Figura 8). Medição no local de Cu(I) dá novas indicações para a gestão do chapeamento banhos.
Esta pesquisa pode contribuir para a gestão do chapeamento banho baseado na medição óptica. Nosso objetivo é desenvolver um sistema que pode avaliar o estado do chapeamento banho na linha de produção do tempo e in situ.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos Hirakawa percas por sua grande contribuição a esta pesquisa.
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 |