Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Opmerking: Controleer alle gerelateerde veiligheidsinformatiebladen (MSDS). Gelieve draag beschermingsmiddelen bij het experimenteren met de beplating van kopersulfaat.
1. bereiding van de oplossing plating kopersulfaat
Opmerking: De koper sulfaat plating waterige oplossing is bereid door combineren zwavelzuur (0,5 mol/L), kopersulfaat (0.4 mol/L), chloor (Cl), 1,41 mmol/L, polyethyleenglycol (PEG; MW 4000: 0,025 mmol/L), bis(3-sulfopropyl)-disulfide (SPS, 0.003 mmol/L) en Janus groen B (JGB, 0,004 mmol/L) in zuiver water.
- Leg een roer-bar in een bekerglas van 1 L en giet in 600 mL zuiver water. Toevoegen van zwavelzuur (95.0%: 49.04 g) in kleine porties al roerend. Laat het totdat de oplossing afkoelen.
- Toevoegen van kopersulfaat (99,5%: 99.876 g) aan de oplossing beetje bij beetje. Roer gedurende 30 min.
- 23.7 mL zoutzuur (0,02 mol/L), 0,1 g van polyethyleenglycol, 1 mL van de oplossing van de SPS 1 mg/L en 1 mL 2 mg/L JGB oplossing toevoegen.
- Breng de oplossing kwantitatief over in een volumetrische maatkolf (1 L). Zuiver water toevoegen en aanpassen aan 1 L. overdracht de kopersulfaat plating oplossing voor een container van polyethyleen en sla het op kamertemperatuur in het donker.
2. vorming van de Cu(I) in de plating-oplossing
- Giet 150 mL van de oplossing in een bekerglas van 200 mL plating kopersulfaat. Zet de roer-balk in het bekerglas en roer bij 500 omwentelingen per minuut. Laat de plating-oplossing van tevoren bij kamertemperatuur (23 ° C ± 1 ° C) gedurende 1 uur.
- Invoegen van een buis in een bekerglas en laat stikstof stroom (ongeveer 85 mL/min). Deoxygenate de oplossing van de beplating met stikstofgas voor meer dan 30 min.
- Snij de 0.3 mm dikke koperen plaat met metalen schaar 9,5 x 2 cm afmetingen. Snij de platina plaat met een dikte van 0.1 mm op dezelfde manier.
- Wassen van de koperen plaat en de platina plaat met ethanol en spoel met zuiver water. Droog met stikstofgas.
- De koperen plaat en platina plaat aan de fixing mal koppelen, plaatst u deze in het bekerglas en repareren. Het ondergedompeld gebied van elke plaat aan de plating-oplossing is 4 x 2 cm2 (Zie Figuur 2).
Opmerking: De mal bestaat uit een acryl bekerglas vaststelling deel (Figuur 3 (1)) en metaalelektrode delen (Figuur 3 (2)). De elektrode deel bestaat uit de onderdelen om de plaat vast te stellen, en het deel verbindt met het snoer uit het stopcontact haalt. - Sluit de elektrode (anode) van de koperen plaat aan het positief einde van de voeding (Figuur 3 (3)) en de elektrode van de platina plaat (kathode) naar het negatieve einde van de voeding (Figuur 3 (4)).
- Inschakelen van de voedingseenheid aan een constante stroom van 1,0 A (stroomdichtheid: 62,5 mA/cm2). Cu(I) wordt gevormd in de oplossing van de beplating volgens de elektrolyse, en Cu(I) concentratie (gecumuleerde bedrag) wordt gemaximaliseerd in ongeveer 10 minuten.
Opmerking: Als de plaat wordt ingevoegd terwijl de roerder draait, de plating-oplossing kan verspreiden en het bekerglas kan omvallen. Installeer de mal voordat ik overga op de macht om gevaar te voorkomen. - Schakel de stroom na 10 min en stoppen van de roerder. Laat het ongeveer 10 minuten totdat de deeltjes regelen.
3. kwantitatieve meting van de Cu(I)
- Bereid de BCS-oplossing (10-2 mol/L) door ontbinding van 0,36 g van de molecule in 100 mL zuiver water. Roer de oplossing en de BCS in een overtollig bedrag ten opzichte van het monovalent koper te ontbinden. Bewaar de BCS-oplossing in een lichtdicht container en op te slaan van de container in het donker.
Opmerking: In de meting, de BCS-concentratie in de oplossing van het monster wordt ingesteld op 1000 maal of meer de concentratie van de Cu(I). - Meng 60 mL azijnzuur (1 mol/L) en 25.2 mL NaOH-oplossing (1 mol/L) 120 mL zuiver water te bereiden een neutraliserende oplossing (buffer).
- Zet een roer-balk in de cel van de meting absorptie (optische weglengte: 1 cm) en giet in 2.5 mL neutralisatie oplossing en 219 μL van BCS oplossing.
- Meng in 22 μL van plating oplossing monster (stap 2.9). Roer gedurende 20 min.
Opmerking: Om ervoor te zorgen dat de functie van BCS normaal is, de pH van de oplossing van het monster te meten dienen niet te vallen onder de 4. BCS vormt selectief een overstapcomplex met Cu(I). De Cu (I)-BCS complex absorbeert in het zichtbare gebied (400 tot 550 nm), en de neutraliserende oplossing ontwikkelt een oranje kleur (Figuur 4). - De spectra van de absorptie van de monsteroplossing (3.4) meten met een spectrofotometer UV/vis (golflengtebereik: 400-600 nm) (figuur 5e).
Opmerking: Er zijn geen beperkte meting apparaat en voorwaarden, en het is wenselijk om ze te maken in één experiment serie identiek. - Bereken de concentratie van Cu(I) met behulp van de wet van Lambert-Beer:
A = εlc
waar A is absorptie, L is de optische weglengte, ε is de molaire d'absorption acoustique (BCS: 1,2 × 10-4 bij 485 nm), en c de molaire concentratie (mol/L) van de opgeloste stof.
Opmerking: Omdat de optische weglengte 1 cm is, de concentratie van de Cu(I) in de cel is gewoon de extinctie gedeeld door de molaire extinctie-coëfficiënt. De waarde verkregen door te vermenigvuldigen met de ratio 125 (de vouw verdunning met de neutraliserende oplossing) is de concentratie van de Cu(I) voor de plating-oplossing.
4. injectie meting van Cu(I) en BCS kleur reactie curven
- Gebruik een spectrofotometer UV/vis met tijd meetfunctie van meer dan 20 min voor het meten van de injectie. De spectrometer moet een steekproef vergaderzaal cover met een spuit-poort (Figuur 6 links) en een thermostaat cel houder met een roerder.
- Gebruik een vierkante cel van 1 x 1 cm voor de meting van de absorptie. Zet s roer balk in de cel absorptie.
- Giet 2,5 mL van de geneutraliseerde oplossing bereid in 3.2 en 219 μL van de BCS-oplossing bereid in 3.1 in de cel. Maximaliseer de draaisnelheid van de roerder.
- Stelt u de tijd van de meting op 1.270 s in de tijdweergave voor de meting aan 485 nm en begin. Één min na het starten, injecteren 22 μL van de beplating oplossing monster (2.9) met een pipet uit de haven spuit van de cover van de kamer. Reactie curven van Cu(I) en BCS zal worden verworven (Figuur 6 rechts).
Representative Results
De concentratie van Cu(I) in de plating-oplossing kan worden bepaald uit de absorptie bij 485 nm van Cu (I)-2BCS-chelaat. Figuur 5 toont de absorptiespectra voor de plating oplossingen die werden electrolyzed voor 0, 4, 6, 8 en 10 min. De concentratie van Cu(I) heeft de neiging te verhogen van 0 tot 10 min afhankelijk van de tijd van elektrolyse. Echter, als gevolg van de tijd-resolved meting, een onderdeel van de vertraging verscheen naast de momentane component in de reactie tussen BCS en Cu(I). Dit vermindert de signaal-ruisverhouding (S/N ratio) van de waarde van de absorptie en nauwkeurige bepaling van de concentratie van de Cu(I) voorkomt. Het is beter om de injectie-methode gebruiken om te bepalen van de concentratie van de Cu(I), omdat de verandering in de extinctie veroorzaakt door de injectie van plating oplossing wordt gemeten door tijd ontleding (Figuur 6).
Informatie over de Cu(I) holding structuur in de plating-oplossing wordt verkregen door numerieke analyse van de curve van de reactie. In het algemeen, is Cu(I) snel geoxideerd tot Cu(II) in een waterige oplossing; maar in de plating-oplossing is het beschouwd als door de vorming van een complex met een toevoegingsmiddel (vooral PEG)14worden gestabiliseerd. De curve reactie weerspiegelt het proces van chelatie van Cu(I) en BCS. De curve van de reactie is samengesteld uit een component die onmiddellijk na de injectie van de beplating oplossing verhoogt en een component dat langzaam in enkele tientallen minuten toeneemt. Deze componenten suggereren dat er meerdere bedrijf structuren van Cu(I) in de plating-oplossing. Kenmerken van de beplating oplossing die betrokken zijn bij Cu(I) kunnen worden geëvalueerd door het analyseren van de reactie-curve. Ervan uitgaande dat de reactie van Cu(I) met BCS een eerste reactie van de orde met betrekking tot de concentratie van de Cu(I) is, verkregen we de volgende reactiekinetiek van de absorptie, op:
At = A0 + AL [1 – exp (−t/TL)]
t is de tijd vanaf het begin van de meting, A0 komt overeen met een onderdeel dat onmiddellijk reageert (absorptie bij t = 0) en AL komt overeen met een onderdeel dat langzaam (At - A0 reageert). TL is de tijdconstante van de AL-component. Om te simuleren de kleur reactie curve, we de formule toegepast op de oorspronkelijke analysesoftware (software commercieel beschikbaar kan zijn)13,15. Een curve simuleren van de verandering in de extinctie van de reactie van de kleur van de galvaniseren oplossing wordt weergegeven in Figuur 7. Uit de simulatie, zijn de parameters (A0, AL, TL) aan Cu(I) accumulatie gerelateerde gekwantificeerd. De simulatieresultaten in dit cijfer waren A0 = 0.053, AL = 0.098, TL = 13,6 min en r2 = 0.998. Figuur 8 (zie grafiek) percelen de simulatie waarde A0 in de plating-oplossing die was electrolyzed voor verschillende tijdstippen. Hoewel de waarde van A0 niet sterk tot 4 min van elektrolyse veranderde, werd een verhoging overeenkomt met elektrolyse tijd gezien van 6 min 10 min.
Beplating werd uitgevoerd op een koperen substraat voor 10 min met de elektrolyse oplossingen te onderzoeken van het effect van Cu(I) op de kwaliteit van de koperen platen zoals ruwheid en morfologie. Figuur 8 toont de SEM (Scannende Elektronen Microscoop) beelden van de film oppervlaktestructuur nedergelegd bij elektrolyse oplossingen. De structuur van de film op 0 min en op 4 min van elektrolyse beplating zijn bijna te onderscheiden. Er zijn fijne deeltjes geadsorbeerde dichtbevolkte met een grootte van enkele tientallen nanometer en een glad oppervlak morfologie. Na 6 min van elektrolyse plating is er een zwelling op het oppervlak. Na 10 min van elektrolyse plating is er een grote stevige ruwheid.
Figuur 1: Structuur en absorptiespectrum van Cu (I)-BCS complex. Verse kopersulfaat plating oplossing en elektrolyse oplossing. Aangezien Cu(I) wordt geaccumuleerd in de plating-oplossing door elektrolyse, het absorptiespectrum van Cu (I)-BCS complex wordt waargenomen in de elektrolyse steekproef voor de oplossing van de beplating. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: Schematisch diagram van de apparatuur voor elektrificatie experiment (links) en vertegenwoordiger voorwaarden van de elektrolyse experimenteren (rechts). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: Picture of een combinaties van onderdelen om te worden geactiveerd in de experiment. De mal met de elektrode plaat hechten aan het glas bekerglas en sluit deze aan op de voeding. (1) acryl bekerglas fixing deel, (2) metaalelektrode delen, (3) koperen plaat elektrode (anode) en (4) platina plaat elektrode (kathode). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: Meting van de absorptie van Cu(I). Absorptie meetprocedure (links) en foto's van de monsteroplossing (rechts). Verse kopersulfaat plating oplossing (blauw) en elektrolyse oplossing (oranje). Aangezien Cu(I) wordt geaccumuleerd in de plating-oplossing door elektrolyse, is het gekleurde oranje in de elektrolyse steekproef voor de oplossing van de beplating. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: Absorptiespectra van Cu (I)-BCS in elektrolyse oplossingen. Elektrolyse tijd: (een) 0, (b) 4, (c) 6, (d) 8, en (e) 10 min. Sinds de extinctie van Cu (I)-BCS neemt over het algemeen toe naarmate de elektrolyse tijd wordt langer, wordt geoordeeld dat het bedrag van Cu(I) opgebouwd in de plating-oplossing wordt verhoogd. Dit cijfer is een wijziging van figuur 2 van Koga et al. 201815. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: Injectie meting. Links: Foto van de dekking van de kamer. Er is een spuit-poort aan de bovenkant van de cel; invoegen van een pipet er en injecteren monsteroplossing. Rechts: Reactie curve van plating oplossing die was electrolyzed op 1,0 A voor 10 min. Een sterke stijging van de extinctie onmiddellijk na injectie en een zachte stijging duidelijk in acht worden genomen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: Simulatie van de extinctie van de oplossing (1.0 A, 10 min) plating. 
: gemeten punt, ononderbroken lijn: montage curve. Dit cijfer is een wijziging van afbeelding 4 van Koga et al. 201815. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: Afzetting versus elektrolyse tijd. (Zie grafiek) Genormaliseerde extinctie montage parameters worden afgeplot tegen de elektrolyse tijd, A0. (Foto's) SEM beelden van de oppervlakte van de beplating film die werden afgezet in elke elektrolyse-oplossing (tijden boven afbeeldingen zijn elektrolyse keer). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Discussion
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.
Disclosures
Wij hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Wij danken Misser Hirakawa voor haar grote bijdrage aan dit onderzoek.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Kondo, K., Akolkar, R. N., Barkey, D., Yokoi, M. Chap 1. Copper Electrodeposition for Nanofabrication of Electronics Devices. , Springer. New York. (2014).
- Kondo, K., Nakamura, T., Okamoto, N. Correlation between Cu (I)-complexes and filling of via cross section by copper electrodeposition. Journal of Applied Electrochemistry. 39, 1789-1795 (2009).
- Healy, J. P., Pletcher, D., Goodenough, M. The Chemistry of the additives in an acid copper electroplating bath, Part II. The instability of 4,5-dithiaoctance-1,8-disulphonic acid in the bath on open circuit. Journal of Electroanalytical Chemistry. 338, 167-177 (1992).
- Frandon, E. E., Walsh, F. C., Campbell, S. A. Effect of thiourea, benzotriazole and 4,5-dithiaoctane-1,8-disulphonic acid on the Kinetics of Copper Deposition from Dilute Acid Sulphate Solution. Journal of Applied Electrochemistry. 25, 574-583 (1995).
- Gabrielli, C., Mocoteguy, P., Perrot, H., Zdunek, A., Sanz, D. N. A Model for Copper Deposition in the Damascene Process Application to the Aging of the Deposition Bath. Journal of The Electrochemical Society. 154 (1), D13-D20 (2007).
- Yokoi, M., Konishi, S., Hayashi, T. Adsorption Behavior of Polyoxyethyleneglycole on the Copper Surface in an Acid Copper Sulfate Bath. Denki Kagaku. 52, 218-223 (1984).
- Pan, S. Z., Song, L. X., Chen, J., Du, F. Y., Yang, J., Xia, J. Noncovalent Interaction of Polyethylene Glycol with Copper Complex of Ethylenediaminetetraacetic Acid and Its Application in Constructing Inorganic Nanomaterials. Dalton Transactions. 40, 10117-10124 (2011).
- Feng, Z. V., Li, X., Gewirth, A. A. Inhibition Due to the Interaction of Polyethylene Glycol, and Copper in Plating Bath: A Surfce-Enhanced Raman Study. The Journal of Physical Chemistry. B. 107, 9415-9423 (2003).
- Palmer, J. Determination of Copper Species in Atmospheric Waters. The Plymouth Student Scientist. 7 (2), 151-184 (2014).
- Faizullah, A., Townshend, A. Spectrophotometric Determination of Copper by Flow Injection Analysis with an On-Line Reduction Column. Analytica Chimica Acta. 172, 291-296 (1985).
- Koga, T., Hirakawa, C., Takeshita, M., Terasaki, N. Quenching Characteristics of Bathocuproinedisulfonic Acid, Disodium Salt in Aqueous Solution and Copper sulfate plating solution. Japanese Journal of Applied Physics. 57, 04FL04-1-5 (2018).
- Noma, H., et al. Analysis of Cu(I) in Copper Sulfate Electroplating Solution. Journal of The Surface Finishing Society of Japan. 63, 124-128 (2012).
- Noma, H., et al. Analysis of Cu(I) Complexes in Copper Sulfate Electroplating Solution by Using Reaction Kinetics with a Chelate Regent. ECS Transactions. 58 (17), 77-88 (2014).
- Koga, T., Nonaka, K., Sakata, Y., Terasaki, N. Electrochemical Formation and Accumulation of Cu(I) in Copper Sulfate Electroplating Solution. Journal of The Electrochemical Society. 165 (10), D423-D426 (2018).
- Koga, T., Nonaka, K., Sakata, Y., Terasaki, N. Spectroscopic and Electrochemical Analysis of Cu(I) in Electroplating Solution and Evaluation of Plated Films. Journal of The Electrochemical Society. 165 (10), 467-471 (2018).
