Qui, l’accumulo di ioni rameosi in un solfato di rame placcatura soluzione in un modello sperimentale e un’analisi basata su misurazioni quantitative sono descritti. Questo esperimento riproduce il processo di accumulo di ioni rameosi nel bagno di placcatura.
Conoscenza del comportamento degli ioni rameosi (monovalenti ioni rame: Cu(I)) in un bagno di placcatura di solfato di rame è importante per migliorare il processo di placcatura. Con successo abbiamo sviluppato un metodo per misurare quantitativamente e facilmente in cu (i) in una soluzione di placcatura e usato per la valutazione della soluzione. In questa carta, una misura quantitativa dello spettro di assorbimento e una misura di iniezione risolta in tempo di Cu (i) le concentrazioni di una reazione al colore sono descritti. Questa procedura è efficace come un metodo per riprodurre e delucidare il fenomeno che si verifica nel bagno placcatura in laboratorio. In primo luogo, è mostrato il processo di formazione e accumulo di Cu (i) in soluzione mediante elettrolisi di una soluzione di placcatura. L’importo di Cu (i) nella soluzione viene aumentato mediante elettrolisi a più alti valori di correnti che il processo di placcatura usuale. Per la determinazione di Cu (i), BCS (bathocuproinedisulfonic acido, sale disodico), un reagente che reagisce selettivamente con cu (i), viene utilizzato. La concentrazione di Cu (i) può essere calcolata dall’assorbanza di Cu (I)-complesso BCS. Successivamente, la misurazione del tempo di reazione del colore è descritto. La curva di reazione di colore di Cu (i) e BCS misurata con il metodo di iniezione può essere scomposto in una componente istantanea e una componente di ritardo. Dall’analisi di questi componenti, la struttura di holding di Cu (i) può essere chiarita, e questa informazione è importante quando predire la qualità del film placcatura ad essere prodotta. Questo metodo viene utilizzato per facilitare la valutazione del bagno placcatura nella linea di produzione.
Come circuiti stampati diventano più dense e multistrato, gestione di soluzioni di placcatura durante il processo produttivo diventa più importante per mantenere la qualità del prodotto. Nel solfato di rame placcatura elettrolitica, lo ione rame monovalente (ione rameoso: Cu(I)) è stata determinata per essere una delle cause principali della grande rugosità e finitura opaca della superficie ramatura. Il comportamento e il ruolo di Cu (i) in placcatura processo1,2,3,4,5, l’effetto di ogni additivo e la tenuta di struttura6,7, 8 sono stati studiati. È necessario analizzare cu (i) della soluzione di placcatura, ma era difficile quantificare la sua concentrazione a causa dell’instabilità di Cu (i) in una soluzione acquosa. Di conseguenza, l’analisi in loco di Cu (i) nel bagno di placcatura è uno strumento efficace per controllare la soluzione di placcatura.
Abbiamo effettuato analisi colorimetrica utilizzando un reagente chelante acquoso, BCS (bathocuproinedisulfonic acido, sale disodico), per stabilire in loco analisi quantitativa di Cu (i) in un solfato di rame in soluzione di placcatura. Il BCS può essere utilizzato per quantificare la concentrazione di Cu (i) in soluzioni acquose9,10,11. Il reagente di reazione del colore di tipo cuproine, che è stato convenzionalmente utilizzato per la determinazione di Cu (i), è idrorepellente e l’estrazione con alcool è necessario. È stato dimostrato che BCS è idrofila e può direttamente misurare cu (i) in una soluzione acquosa. Due molecole di BCS coordinano a uno cu (i) per formare complessi di 1:2 che assorbono la luce visibile a lunghezze d’onda tra 400 e 550 nm (Vedi Figura 1). Abbiamo stabilito un metodo per determinare la concentrazione di Cu (i) della soluzione di placcatura dalla misurazione dell’assorbanza del Cu (I)-BCS complesso12,13. Nella prima parte del presente protocollo, sono descritto un metodo per accelerare la formazione di Cu (i) in un solfato di rame placcatura soluzione in un sistema sperimentale di modello e la determinazione quantitativa della concentrazione di Cu (i) in una soluzione di placcatura. Questo è fondamentale per chiarire il processo di formazione e accumulo di Cu (i) nel bagno di placcatura.
Inoltre, è stato dimostrato che la reazione al colore di Cu (i) e BCS possa essere suddivisi in componenti di reazione relativamente lenta e rapida reazione. Questo aumenta l’incertezza della misura di assorbanza. Per ovviare a questo problema, abbiamo sviluppato un metodo di misurazione di curve di reazione di un metodo di iniezione14,15. La seconda parte Mostra la misurazione di Cu (i) sulla base del metodo di iniezione. Analizzando i componenti ottenuti con il metodo di iniezione, è possibile approssimare la comprensione del meccanismo di formazione di Cu (i) e struttura portante in soluzione.
Convenzionalmente, è stato sostenuto che cu (i) in una soluzione di placcatura è ossidato istantaneamente agli ioni rameici (Cu(II)). Abbiamo confermato che ci sono parecchi millimoli (mmol/L) di Cu (i) nel bagno di placcatura della linea di produzione12. Secondo questo metodo di esperimento, l’accumulo di Cu (i) simile al bagno di placcatura può essere riprodotto anche nel becher del laboratorio. Si tratta di una tecnologia fondamentale per chiarire il processo di produzione e accumulo di Cu (i) in un solfato di rame placcatura elettrolitica di soluzione, che era sconosciuto14. Inoltre, controllando cu (i) della soluzione di placcatura, è anche possibile prevedere l’effetto di Cu (i) la qualità della placcatura pellicola15.
Figura 2 illustra schematicamente un sistema per l’esperimento di elettrolisi. Il jig è un articolo ordinato, che consiste di una parte acrilica da fissare a bicchieri e parti metalliche per il fissaggio di piastre e per il collegamento con l’alimentazione. Da questo meccanismo, la zona di immersione delle piastre diventa costante e il rapporto tra il valore corrente e la densità di corrente è mantenuto costante. Nelle nostre condizioni, immersione è 4 cm x 2 cm, e la densità di corrente sarà 62,5 mA/cm2 con una corrente di 1 A. Nella procedura di accumulo di Cu (i), una lastra di rame è collegata all’anodo e una piastra di platino è collegata al catodo. Al fine di aumentare l’efficienza di accumulo di Cu (i), è preferibile di deoxidize la soluzione di placcatura con gas azoto in anticipo.
Misurazione quantitativa di Cu (i) è costituito da una semplice procedura. Versare la soluzione di neutralizzazione e soluzione BCS in cella e miscelare la soluzione di placcatura (Figura 4). È necessario mescolare per più di 20 minuti fino a Cu (i) e BCS reagire sufficientemente. Questo è per assicurare l’accuratezza della misurazione sufficientemente avanzando la reazione. Se cu (i) è contenuta la soluzione di placcatura, la soluzione di esempio appare arancione e uno spettro di assorbimento con un picco a 485 nm è ottenuta. Cambiamenti nel colore della soluzione a causa della formazione di complessa erano drammatici e sorpreso molti tecnici di ramatura.
È confermato che cu (i) si accumula nella soluzione quando una corrente è passata attraverso il solfato di rame placcatura soluzione (Figura 5). Lo spettro di assorbimento Mostra la forma del Cu (I)-complesso BCS, che è adatto per il calcolo della concentrazione di Cu (i) dall’assorbanza a 485 nm. Anche se il valore corrente è arbitrario, cu (i) difficilmente si accumula ad un valore attuale di 0,2 A, e un valore di corrente superiore è richiesto. Anche se la quantità di accumulo di Cu (i) tende ad aumentare con il tempo di elettrolisi, è saturo di corrente eccessiva (ad esempio, elettrolisi per più di 10 min a 1.0 A). La quantità di accumulo di Cu (i) aumentato di elettrolisi per 10 min quando il valore corrente è 0,5-1,0 A14. Quando una corrente eccessiva ha fluito (ad esempio, a 1.0 A per 20 min), la concentrazione di Cu (i) è diminuito. Questo è pensato per essere collegato con la formazione di particelle di rame dovuto il progresso della reazione sproporzionata.
La reazione di Cu (i) e BCS della soluzione di placcatura ha più componenti di tempo, che spesso rendono difficile la determinazione accurata della concentrazione. Per risolvere questo problema, è auspicabile una misurazione di iniezione (Figura 6). In questa misura, l’intensità di assorbimento di Cu (I)-complesso BCS è acquisito come un importo modificato dalla linea di base prima dell’iniezione della soluzione di placcatura, quindi è possibile determinare con maggiore precisione. Inoltre, poiché la curva di reazione può essere analizzata semplicemente numericamente, la concentrazione può essere conosciuta con elevata precisione anche se la reazione non è stata completata. I componenti della curva di reazione sono pensati per riflettere la struttura di ritegno di Cu (i) della soluzione di placcatura14.
È importante modellare la struttura di detenzione di Cu (i) della soluzione di placcatura contro l’asserzione che cu (i) nel bagno di placcatura si ossida istantaneamente cu (II). Vi proponiamo il seguente modello dall’analisi delle caratteristiche della quantità di corrente, la formazione e l’accumulo di Cu (i). Una parte dell’eluito dalla piastra di rame Cu (i) viene mantenuta in soluzione sotto forma di un Cu (I)-complesso di PEG. Nelle prime fasi della formazione del complessa, gli ioni cloruro sono pensati per svolgere un ruolo come stabilizzatore temporaneo per cu (i)6,8. Cu (i) coordinato al PEG è incorporato all’interno della struttura tridimensionale, ed è in un ambiente idrofobico. Quando viene promosso la formazione di Cu (i), cu (i) in eccesso è coordinato per la superficie del perno e può essere in prossimità del liquido. Poiché Cu (i) sulla superficie reagisce prontamente con BCS, rifletterà il componente A0 della curva di reazione. Poiché il Cu (i) all’interno del PEG è protetto dagli attacchi BCS, ha un lento AL componente. È stato sottolineato che il componente di A0 influenza principalmente la qualità della placcatura pellicola15. Questa informazione è importante per la gestione della soluzione di placcatura.
Accelerando la denaturazione della soluzione di placcatura e verificando la concentrazione di Cu (i) accumulata e la struttura di holding, è possibile caratterizzare chiaramente la soluzione di placcatura. Questo è importante non solo per comprendere il processo di placcatura ma anche per predire la qualità del film placcatura ad essere prodotta. Dalla verifica dell’immagine SEM, è stato indicato che la concentrazione di Cu (i), soprattutto la componente di A0, è fortemente coinvolta nella generazione della rugosità del film placcatura (Figura 8). Misurazione in loco di Cu (i) fornisce nuove indicazioni per la gestione dei bagni di placcatura.
Questa ricerca può contribuire alla gestione del bagno placcatura basato su misura ottica. Puntiamo a sviluppare un sistema che consentono di valutare lo stato del bagno placcatura sulla linea di produzione in tempo ed in situ.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo Hirakawa Miss per il suo grande contributo a questa ricerca.
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 |