CH646732A5 - METHOD FOR PASSIVATING METAL SURFACES TO AVOID UNWANTED COPPER DEPOSITS FROM CURRENTLY WORKING COPPER BLADES. - Google Patents
METHOD FOR PASSIVATING METAL SURFACES TO AVOID UNWANTED COPPER DEPOSITS FROM CURRENTLY WORKING COPPER BLADES. Download PDFInfo
- Publication number
- CH646732A5 CH646732A5 CH327980A CH327980A CH646732A5 CH 646732 A5 CH646732 A5 CH 646732A5 CH 327980 A CH327980 A CH 327980A CH 327980 A CH327980 A CH 327980A CH 646732 A5 CH646732 A5 CH 646732A5
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- copper
- metal
- bath
- potential
- bath solution
- Prior art date
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 151
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims description 147
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims description 147
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 62
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 40
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 42
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 37
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 27
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 25
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 12
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- ZYDVNTYVDVZMKF-UHFFFAOYSA-N [Cl].[Ag] Chemical compound [Cl].[Ag] ZYDVNTYVDVZMKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000000454 electroless metal deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims 1
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 3
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical compound Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N Cu+ Chemical compound [Cu+] VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 amino acids Chemical compound 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229940075397 calomel Drugs 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- KXZJHVJKXJLBKO-UHFFFAOYSA-N chembl1408157 Chemical compound N=1C2=CC=CC=C2C(C(=O)O)=CC=1C1=CC=C(O)C=C1 KXZJHVJKXJLBKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- MNWBNISUBARLIT-UHFFFAOYSA-N sodium cyanide Chemical compound [Na+].N#[C-] MNWBNISUBARLIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/1601—Process or apparatus
- C23C18/1619—Apparatus for electroless plating
- C23C18/1621—Protection of inner surfaces of the apparatus
- C23C18/1623—Protection of inner surfaces of the apparatus through electrochemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/31—Coating with metals
- C23C18/38—Coating with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
- C23F13/005—Anodic protection
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/18—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material
- H05K3/181—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating
- H05K3/187—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating means therefor, e.g. baths, apparatus
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem die mit der Kupferbadlösung in Kontakt kommenden Metalloberflächen der Tanks, Haltegestelle und sonstigen Metallisierungseinrichtungen nicht nur zu Beginn des Verkupferungsprozesses, sondern über längere Zeiträume, also auch bei der Lagerung der Badlösung, widerstandsfähig gehen unerwünschte Kupferabscheidungen gemacht werden. The present invention is to provide a method of the type mentioned in the preamble of claim 1, in which the metal surfaces of the tanks, holding frames and other metallization devices coming into contact with the copper bath solution not only at the beginning of the copper-plating process, but also over longer periods of time, that is also When storing the bath solution, unwanted copper deposits are made resistant.
Erfindungsgemäss weist das Verfahren die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf. According to the invention, the method has the features stated in the characterizing part of patent claim 1.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass nach diesem Verfahren Kupferscheidungsbäder auf Massenproduktionsebene betrieben werden können, ohne dass unerwünschte Kupferschichten auf den mit der Badlösung in Berührung kommenden Metallisierungseinrichtungen abgeschieden werden und von diesen durch Ätzen entfernt werden müssen. It is an advantage of the method according to the invention that copper separation baths can be operated on a mass production level using this method without undesired copper layers being deposited on the metallization devices coming into contact with the bath solution and having to be removed from them by etching.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Kupferpräzipitate, soweit diese während des Abscheidungsvorganges entstehen, von den mit der Lösung in Berührung kommenden Vorrichtungsteilen leicht entfernt werden können, beispielsweise durch Abbürsten, Abwischen oder Absaugen oder dergleichen, ohne dass hierzu der Abscheidungsprozess unterbrochen werden müsste. Another advantage of the method according to the invention is that the copper precipitates, insofar as they are formed during the deposition process, can be easily removed from the device parts coming into contact with the solution, for example by brushing, wiping or vacuuming or the like, without interrupting the deposition process should be.
Schliesslich besteht noch ein weiterer Vorteil darin, dass bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen unerwünschte Abscheidungen von Kupfer an den Rändern der Trägerplatten vermieden werden können. Finally, there is a further advantage in that undesired deposition of copper on the edges of the carrier plates can be avoided in the production of printed circuits.
Die oben genannten Vorteile sowie noch weitere Vorzüge werden nachfolgend beschrieben. The advantages mentioned above and other advantages are described below.
Es sei noch erwähnt, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren die Kosten für die Herstellung von gedruckten Schaltungen um mindestens 30% reduziert werden, und zwar im wesentlichen durch die Einsparung an Badchemikalien It should also be mentioned that the method according to the invention reduces the costs for the production of printed circuits by at least 30%, essentially by saving bath chemicals
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
646 732 646 732
sowie Säuren und Alkalien zum Ätzen und nachträglichen Neutralisieren der Metallisierungsvorrichtungen, und schliesslich durch den Wegfall der Kosten für die Wiedergewinnung von Chemikalien aus den verbrauchten Ätzlösungen sowie deren Aufbereitung gemäss den Abwasserbestimmungen. as well as acids and alkalis for the etching and subsequent neutralization of the metallization devices, and finally through the elimination of the costs for the recovery of chemicals from the used etching solutions and their processing in accordance with the wastewater regulations.
Ausserdem wird der Arbeitsaufwand wesentlich geringer und der Produktionsausfall aufgrund der bisher erforderlichen Unterbrechungen für das Abätzen der Kupferschichten entfällt völlig. In addition, the workload is significantly reduced and the loss of production due to the previously required interruptions for etching the copper layers is completely eliminated.
Die Oxidation von im Bad befindlichen Reduktionsmitteln wie beispielsweise Formaldehyd an hierfür katalytisch wirkenden Oberflächen setzt Elektronen frei und lädt damit die entsprechenden Oberflächen negativ auf. Die ebenfalls im Bad befindlichen Kupferionen nehmen diese Elektronen auf und werden zu metallischem Kupfer reduziert. Kommen die durch geeignete Komplexbildner in Lösung gehaltenen Kupferionen mit derart negativ geladenen Oberflächen in Kontakt, so entsteht auf diesen ein metallischer Kupferniederschlag bei gleichzeitiger Verringerung des negativen Potentials der Oberfläche. Das sich aufgrund der beiden Reaktionen auf der Oberfläche ausbildende Potential wird auch als Mischpotential bezeichnet. The oxidation of reducing agents in the bath, such as formaldehyde, on surfaces that have a catalytic effect releases electrons and thus negatively charges the corresponding surfaces. The copper ions also in the bath absorb these electrons and are reduced to metallic copper. If the copper ions held in solution by suitable complexing agents come into contact with such negatively charged surfaces, a metallic copper precipitate is formed on them, while the negative potential of the surface is reduced at the same time. The potential that forms on the surface due to the two reactions is also referred to as the mixed potential.
Die Oberfläche von Stahl oder rostfreiem Stahl oder anderen, für die Herstellung von Tanks und Haltegestellen geeigneten Metallen ist ausreichend katalytisch, um einen solchen Oxidationsvorgang, beispielsweise von Formaldehyd, zu bewirken, so dass sich auf diesen Oberflächen Kupferniederschläge ausbilden können. The surface of steel or stainless steel or other metals suitable for the manufacture of tanks and holding frames is sufficiently catalytic to cause such an oxidation process, for example of formaldehyde, that copper deposits can form on these surfaces.
Schliesst man die in Frage kommenden Oberflächen an einen Stromkreis an, so ist es nicht nur möglich, die sich durch das Freiwerden der Elektronen ausbildende negative Ladung zu kompensieren, sondern auch eine Oberflächenschicht auszubilden, die weniger oder gar nicht katalytisch für die Oxidation des Reduktionsmittels ist. Als Folge dieser Massnahme findet keine Kupferabscheidung auf jenen Oberflächen statt. If the surfaces in question are connected to a circuit, it is not only possible to compensate for the negative charge which is formed by the release of the electrons, but also to form a surface layer which is less or not at all catalytic for the oxidation of the reducing agent . As a result of this measure, there is no copper deposition on those surfaces.
Bei der stromlosen Metallisierung in der Massenproduktion werden metallische Niederschläge auf allen katalytisch wirkenden Oberflächen, die mit dem Metallisierungsbad in Berührung kommen, abgeschieden. With electroless metallization in mass production, metallic deposits are deposited on all catalytically active surfaces that come into contact with the metallization bath.
Statistisch wird eine gewisse Anzahl von Kupferkeimen, die an der Oberfläche des zu metallisierenden Gegenstandes zu Kupfer(O) oder Kupfer(I) reduziert werden, nicht in das Gitter eingebaut, sondern gelangen zurück in die Badlösung. Aus der Zusammenballung solcher Kupferatome bilden sich Kupferpartikel, die selbst wiederum katalytisch wirksam sind und so bewirken, dass sich weitere Kupferionen an ihrer Oberfläche neutralisieren und metallisch niederschlagen. Zusätzlich verursachen Schmutzteilchen sowie erhöhte Konzentrationen, wie sie beim Auffrischen der Lösung eintreten können, die Bildung von Kupferkeimen in der Badlösung. Kupferkeime oder Partikel in der Badlösung neigen dazu, Statistically, a certain number of copper nuclei, which are reduced to copper (O) or copper (I) on the surface of the object to be metallized, are not built into the grid, but return to the bath solution. Copper particles form from the agglomeration of such copper atoms, which in turn are catalytically active and thus have the effect that further copper ions neutralize on their surface and have a metallic deposit. In addition, dirt particles and increased concentrations, which can occur when the solution is refreshed, cause the formation of copper nuclei in the bath solution. Copper nuclei or particles in the bath solution tend to
sich an metallischen Oberflächen anzusetzen, wie beispielsweise an den Wänden der Abscheidungstanks oder an den Haltevorrichtungen oder sie setzen sich in Form eines Präzi-pitats am Boden des Abscheidungstanks ab. to adhere to metallic surfaces, such as on the walls of the separation tanks or on the holding devices, or they settle in the form of a precisite on the bottom of the separation tanks.
Ein solcher metallischer Kupferniederschlag auf den metallischen Oberflächen der Metallisierungsvorrichtungen hat zur Folge, dass sich diese wie die zu verkupfernden Gegenstände selbst verhalten; die zuvor beschriebenen, unerwünschten Kupferabscheidungen treten auf. Such a metallic copper deposit on the metallic surfaces of the metallization devices has the consequence that they behave like the objects to be coppered themselves; the undesirable copper deposits described above occur.
Die katalytische Aktivität und damit die Fähigkeit, oxidie-rend auf das im Bad vorhandene Reduktionsmittel zu wirken, ist auf den Kupferoberflächen wesentlich grösser als beispielsweise auf der Oberfläche von rostfreiem Stahl; so benötigen die vergleichsweise wenigen Elektronen, die auf den Kupferpartikeln - beispielsweise am Tankboden - entstehen, einen wesentlich höheren Kompensationsstrom, als er für die Passivierung einer Oberfläche aus rostfreiem Stahl erforderlich wäre. Wird die erfindungsgemässe Lehre nicht befolgt, so bewirkt dies ein wesentlich negativeres Potential der metallischen Oberflächen und damit die Abscheidung einer Kupferschicht auf diesen. Wird - in Übereinstimmung mit der Lehre nach der vorliegenden Erfindung - die Stromversorgung der metallischen Oberflächen so dimensioniert, dass diese die entstehende negative Ladung vollständig kompensieren und somit an ihnen ein entsprechend positives Potential aufrechterhalten wird, um die Kupferabscheidung auf den genannten Oberflächen zu unterbinden, so wird erreicht, dass die Oberflächen sowohl der Tankwandungen als auch der Haltevorrichtungen und der Kupferpartikel, die mit diesen Kontakt haben, katalytisch inaktiv sind, so dass sich kein Kupfer auf ihnen niederschlägt. Das Resultat des Verfahrens nach der Erfindung ist eine kupferfreie Oberfläche der Tanks und Haltegestelle; die Kupferpartikel haften nur lose an diesen, was die Entfernung dieses Kupferpräzipi-tats einfach und mühelos macht. The catalytic activity and thus the ability to have an oxidizing effect on the reducing agent present in the bath is considerably greater on the copper surfaces than, for example, on the surface of stainless steel; the comparatively few electrons that are generated on the copper particles - for example on the tank bottom - require a much higher compensation current than would be required for the passivation of a surface made of stainless steel. If the teaching according to the invention is not followed, this results in a significantly more negative potential of the metallic surfaces and thus the deposition of a copper layer thereon. If - in accordance with the teaching according to the present invention - the power supply of the metallic surfaces is dimensioned such that these completely compensate for the negative charge that arises and thus a corresponding positive potential is maintained on them in order to prevent copper deposition on the surfaces mentioned, so It is achieved that the surfaces of the tank walls as well as the holding devices and the copper particles that are in contact with them are catalytically inactive, so that no copper is deposited on them. The result of the method according to the invention is a copper-free surface of the tanks and holding frames; the copper particles only adhere loosely to them, which makes removal of this copper precipitate easy and effortless.
Die Stromquelle wird, entsprechend der vorliegenden Erfindung, so bemessen, dass sie ein Potential an den mit der Badlösung in Kontakt kommenden Tankwänden und Haltevorrichtungen bewirkt, das ausreichend positiver ist als das Misch- oder Abscheidungspotential, und so eine Kupferabscheidung auf diesen Oberflächen vermieden wird. Des weiteren soll die Stromquelle einen Strom liefern, der stark genug ist, nicht nur auf rostfreiem Stahl eine katalytisch inaktive Oberfläche aufrechtzuerhalten, sondern auch auf dem Kupferpräzipitat, das mit den Tank- und Haltegestell-Oberflächen in Kontakt ist. According to the present invention, the current source is dimensioned such that it causes a potential on the tank walls and holding devices that come into contact with the bath solution that is sufficiently positive than the mixing or deposition potential, and thus copper deposition on these surfaces is avoided. Furthermore, the power source is said to provide a current that is strong enough not only to maintain a catalytically inactive surface on stainless steel, but also on the copper precipitate that is in contact with the tank and support frame surfaces.
Nach der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren für stromlos arbeitende Verkupferungsbäder und für das Niederschlagen von Kupfer aus diesen Bädern auf Trägerplatten, die für die Abscheidung von Kupfer sensibilisiert sind, bei der Verwendung von metallischen Plattierungsvorrichtungen entwickelt, nach welchem die Badlösung mit mindestens einer Gegenelektrode in Kontakt gebracht wird; und die Oberflächen der metallischen Plattierungsvorrichtungen sowie die Gegenelektrode(n) mit einer Stromquelle verbunden werden, so dass an den Oberflächen der Vorrichtungen eine Spannung liegt, die entsprechend positiver ist als das Mischpotential des verwendeten Verkupferungsbades, um die genannten Oberflächen zum grössten Teil oder vollständig gegen eine unerwünschte Metallabscheidung widerstandsfähig zu machen. Die Stromquelle ist so ausgelegt, dass ihr regelbarer Spannungsbereich den erforderlichen Strom zur Kompensation der durch die Oxidation des Reduktionsmittels an den Metalloberflächen frei werdenden Elektronen und die dadurch entstehende negative Aufladung vor und nach der Ausbildung von Kupferpartikeln an diesen Oberflächen liefert. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Kupferpartikel und die der übrigen Metallteile der Vorrichtung annähernd oder vollständig inaktiv gegen die Ablagerung von metallischem Kupfer. According to the present invention, a method for electroless copper plating baths and for the deposition of copper from these baths on support plates which are sensitive to the deposition of copper using a metallic plating device was developed, according to which the bath solution is in contact with at least one counter electrode brought; and the surfaces of the metallic plating devices and the counterelectrode (s) are connected to a current source, so that there is a voltage on the surfaces of the devices which is correspondingly more positive than the mixed potential of the copper plating bath used, to a large extent or completely against said surfaces to make an unwanted metal deposit resistant. The current source is designed in such a way that its adjustable voltage range supplies the current required to compensate for the electrons released by the oxidation of the reducing agent on the metal surfaces and the resulting negative charge before and after the formation of copper particles on these surfaces. In this way, the surface of the copper particles and that of the other metal parts of the device become approximately or completely inactive against the deposition of metallic copper.
Eine Ausgestaltungsform der Erfindung stellt ein Verfahren für die stromlose Metallabscheidung dar, bei welchem die metallischen Oberflächen der Plattierungsvorrichtung mit der Kupferabscheidungslösung in Kontakt sind und das die nachfolgenden Verfahrensschritte beinhaltet: One embodiment of the invention is a method for electroless metal deposition, in which the metallic surfaces of the plating device are in contact with the copper deposition solution and which includes the following process steps:
(1) Zunächst wird an die metallischen Oberflächen der Vorrichtung ein Potential gelegt, das gegenüber dem Mischpotential der Abscheidungslösung ausreichend positiv ist, um so diese Oberflächen widerstandsfähig gegen die stromlose Verkupferung zu machen; (1) First, a potential is applied to the metallic surfaces of the device which is sufficiently positive compared to the mixed potential of the deposition solution so as to make these surfaces resistant to the electroless copper plating;
4 4th
5 5
10 10th
IS IS
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
646732 646732
(2) Dann wird aus der Badlösung stromlos Kupfer auf einem geeigneten Substrat abgeschieden, oder die Lösung wird im Tank aufbewahrt; (2) Then copper is electrolessly deposited from the bath solution on a suitable substrate, or the solution is stored in the tank;
(3) Während der Kupferabscheidung oder während der Lagerung der Lösung wird auf den metallischen Oberflächen ein Potential aufrechterhalten, das im Vergleich zum Mischpotential der Lösung ausreichend positiv ist, um so die metallischen Oberflächen gegen eine unerwünschte Kupferabscheidung auf diesen widerstandsfähig zu machen. (3) During the copper deposition or during the storage of the solution, a potential is maintained on the metallic surfaces which is sufficiently positive compared to the mixed potential of the solution, so as to make the metallic surfaces resistant to undesired copper deposition thereon.
Das beschriebene Verfahren ist für jede Art von metallischen Vorrichtungen zum stromlosen Verkupfern anzuwenden, unabhängig davon, ob diese beim Metallisierungs-prozess verwendet werden oder nur zur Lagerung der Badlösung dienen, und schliesst sowohl die Tankwände als auch die Träger- oder Haltevorrichtungen sowie sämtliche Installationen ein, die mit der Badlösung in Berührung kommen. The described method can be used for any type of metallic devices for electroless copper plating, regardless of whether they are used in the metallization process or only for storing the bath solution, and includes the tank walls as well as the support or holding devices and all installations that come into contact with the bath solution.
Genauer gesagt, wird das oben beschriebene Verfahren fol-gendermassen durchgeführt: More specifically, the method described above is carried out as follows:
Zunächst werden die nicht zu plattierenden Oberflächen, wie beispielsweise Tankwände, Haltegestelle usw., mit einer Stromquelle verbunden und mit einem Strom beaufschlagt, der ausreicht, um an ihrer Oberfläche ein positives Potential auszubilden, welches sie inaktiv gegen die Abscheidung von metallischem Kupfer macht. Dann wird auf den zu verkupfernden Bezirken stromlos Kupfer abgeschieden. Während des Abscheidungsvorganges wird der den nicht zu metallisierenden Oberflächen zugeführte Strom stets so eingestellt, First, the surfaces that are not to be plated, such as tank walls, holding frames, etc., are connected to a current source and supplied with a current which is sufficient to form a positive potential on their surface, which renders them inactive against the deposition of metallic copper. Then electroless copper is deposited on the areas to be copper-plated. During the deposition process, the current supplied to the surfaces not to be metallized is always set in such a way that
dass das sich auf diesen Oberflächen ausbildende Potential genügend gross ist, um eine Kupferabscheidung auf diesen Oberflächen zu verhindern. Vorzugsweise liegt die Stromdichte zwischen 1 (H und 4 Milliampere/cm2 nicht zu verkupfernder Oberfläche. that the potential developing on these surfaces is sufficiently large to prevent copper deposition on these surfaces. The current density is preferably between 1 (H and 4 milliamperes / cm 2 of surface not to be coppered.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die nicht zu verkupfernden Oberflächen über wenigstens eine in der Badlösung befindliche Kathode mit der Stromquelle verbunden. Wird der Strom eingeschaltet, so ist der Stromkreis durch die Badlösung geschlossen. Die Stromstärke wird so eingestellt, dass das sich auf den nicht zu verkupfernden Oberflächen ausbildende Potential grösser ist als das Mischpotential der Badlösung, was eine Verhinderung von Kupferabscheidungen auf jenen Oberflächen bewirkt. Die Stromversorgung wird während des Abscheidungsvorganges so geregelt, dass die Resistenz der mit der Stromquelle verbundenen Oberflächen gegen Metallabscheidungen gewahrt bleibt. To illustrate the method according to the invention, the surfaces not to be copper-plated are connected to the power source via at least one cathode in the bath solution. If the power is switched on, the circuit is closed by the bath solution. The current intensity is set so that the potential that forms on the surfaces that are not to be copper-coated is greater than the mixed potential of the bath solution, which prevents copper deposits on those surfaces. The power supply is regulated during the deposition process in such a way that the surfaces connected to the power source are resistant to metal deposits.
Der Ausdruck «Mischpotential», wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, bezeichnet das Potential, bei welchem sich aus stromlos arbeitenden Verkupferungsbädern auf katalytisch aktiven oder für die Metallabscheidung sensibilisierten Oberflächen Kupfer abzuscheiden beginnt. Anders ausgedrückt, bezeichnet er das Potential zwischen einem Metallträger, auf welchem stromlos Kupfer abgeschieden wird, und einer Standard-Referenz-Elektrode, die sich beide in der Badlösung befinden. Verfahren zum Messen des Mischpotentials sind in der Technik bekannt; eines davon wird nachfolgend unmittelbar vor den Beispielen beschrieben. The term “mixed potential”, as used in this description, denotes the potential at which copper begins to deposit from electroless copper plating baths on catalytically active or metal-sensitized surfaces. In other words, it denotes the potential between a metal support on which copper is electrolessly deposited and a standard reference electrode, both of which are in the bath solution. Methods for measuring the mixed potential are known in the art; one of them is described below immediately before the examples.
Allgemein weisen Kupferabscheidungsbäder, wie sie nach der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, ein Mischpotential zwischen -500 und -800 Millivolt auf, gemessen gegen eine Standard-Chlorsilber/Silber-Elektrode jeweils bei der Arbeitstemperatur der Abscheidungslösung. In general, copper plating baths as are useful in the present invention have a mixed potential between -500 and -800 millivolts as measured against a standard chlorine silver / silver electrode each at the working temperature of the plating solution.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden Spannungen zwischen höher als -500 und +500 Millivolt benötigt - gewöhnlich liegen sie zwischen -300 und When carrying out the method according to the invention, voltages between higher than -500 and +500 millivolts are required - usually they lie between -300 and
-100 Millivolt, gemessen gegen eine Referenz-Elektrode - um die nicht zu metallisierenden Oberflächen frei von unerwünschten Kupferniederschlägen zu halten. Diese Oberflächenpotentiale reichen aus, um alle in Kontakt mit der Badflüssigkeit stehenden Metalloberflächen gegen eine Kupferabscheidung zu passivieren, also auch eventuell vorhandenes Kupferpräzipitat sowie Kupfer, das sich bereits an den Rändern der Trägerplatten befindet. -100 millivolts, measured against a reference electrode - to keep the surfaces that are not to be metallized free of unwanted copper deposits. These surface potentials are sufficient to passivate all metal surfaces in contact with the bath liquid against copper deposition, i.e. any copper precipitate and copper that is already on the edges of the carrier plates.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird erfolgreich angewendet, um metallische Oberflächen annähernd oder vollständig frei von unerwünschten Kupferniederschlägen zu halten; insbesondere Haltegestelle für zu verkupfernde Platten, die in die Badlösung getaucht werden. Diese Haltegestelle sind mit einer Stromquelle, beispielsweise einem Gleichrichter, verbunden, der so bemessen ist, dass er das oben genannte Potential bei Strömen von beispielsweise bis zu 200 Ampere liefert, während der andere Ausgang der Stromquelle direkt mit einer Kathode verbunden ist, die sich in der Badflüssigkeit befindet. Der zugeführte Strom ist ausreichend, um ein passivierendes elektrisches Potential auf den Oberflächen der Haltevorrichtungen zu erzeugen. Dann wird stromlos Kupfer auf den in den Haltegestellen befestigten Trägerplatten abgeschieden, während die Gestelle mit einem Strom beaufschlagt werden, der ausreicht, um diese gegen die Kupferabscheidung zu passivieren. Obwohl es durchaus möglich ist, die gleiche Stromquelle auch für die Tankwandungen und weitere, nicht zu verkupfernde Oberflächen zu verwenden, empfiehlt sich für jedes Teil der Vorrichtung eine gesonderte Stromquelle, um sie gegen unerwünschte Kupferabscheidungen zu passivieren. The basic idea of the present invention is successfully applied in order to keep metallic surfaces almost or completely free of undesired copper deposits; in particular holding racks for plates to be copper-plated, which are immersed in the bath solution. These holding racks are connected to a current source, for example a rectifier, which is dimensioned in such a way that it supplies the above-mentioned potential at currents of, for example, up to 200 amperes, while the other output of the current source is connected directly to a cathode which is in of the bath liquid. The current supplied is sufficient to generate a passivating electrical potential on the surfaces of the holding devices. Then copper is electrolessly deposited on the carrier plates fastened in the holding racks, while the racks are supplied with a current which is sufficient to passivate them against the copper deposition. Although it is entirely possible to use the same power source for the tank walls and other surfaces that are not to be copper-plated, a separate power source is recommended for each part of the device in order to passivate it against unwanted copper deposits.
Das oben beschriebene Verfahren kann auch benutzt werden, um die Kupferabscheidung in den nicht zu verkupfernden Bezirken der Trägerplatte selbst zu verhindern. Dies ist insbesondere für gedruckte Schaltungen, die nach dem sogenannten «Additiv»-Verfahren hergestellt werden, von Bedeutung. Hierbei kann es vorkommen, dass die zugeschnittenen, mit einer Maske versehenen und für die stromlose Metallabscheidung sensibilisierten Trägerplatten an ihren Rändern ungeschützte Bezirke aufweisen. Bei der nachfolgenden Metallisierung kann sich auf diesen Rändern sowie auf den benachbarten Oberflächenbezirken ebenfalls Kupfer abscheiden und die gleiche Schichtdicke erreichen wie das auf den Leiterzügen niedergeschlagene Kupfer. Das Ergebnis ist eine vollständige Randmetallisierung. Normalerweise werden die verkupferten Ränder, die nicht dem Leiterzugmuster entsprechen, nach dem Metallisieren abgeschnitten und weggeworfen. Diese Randverkupferung kann aber nach dem erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden, wenn man einen elektrischen Kontakt zwischen dem Plattenrand und der Haltevorrichtung herstellt und einen entsprechenden Strom aufrechterhält, so dass sowohl die Halterung als auch der Plattenrand im wesentlichen oder vollständig von Kupfer frei bleiben. The method described above can also be used to prevent copper deposition in the regions of the carrier plate itself which are not to be copper-plated. This is particularly important for printed circuits that are manufactured using the so-called “additive” process. It can happen that the cut, masked and sensitized for the electroless metal deposition carrier plates have unprotected areas at their edges. In the subsequent metallization, copper can also deposit on these edges and on the adjacent surface areas and reach the same layer thickness as the copper deposited on the conductor tracks. The result is complete edge metallization. Usually, the copper-plated edges that do not correspond to the conductor pattern are cut off and discarded after the metallization. However, this edge copper plating can be avoided by the method according to the invention if an electrical contact is established between the plate edge and the holding device and a corresponding current is maintained, so that both the holder and the plate edge remain essentially or completely free of copper.
Für den Fall, dass sich ein Kupferpräzipitat ausbildet und sich beispielsweise am Boden des Tanks absetzt, kann dieses leicht entfernt werden, indem man den Abscheidungsvor-gang kurz unterbricht, den Tank entleert und das Präzipitat durch Bürsten, Wischen oder Absaugen oder ähnliche Verfahren entfernt. Eine solche Säuberung kann auch ohne Unterbrechung des Abscheidungsvorganges erfolgen, wenn man das Präzipitat absaugt. In the event that a copper precipitate forms and, for example, settles on the bottom of the tank, it can easily be removed by briefly interrupting the deposition process, emptying the tank and removing the precipitate by brushing, wiping or vacuuming or similar processes. Such cleaning can also be carried out without interrupting the deposition process if the precipitate is suctioned off.
Es muss ausdrücklich betont werden, dass - im Gegensatz zu den in der Technik bereits bekannten Verfahren - bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sich kein festhaftender Kupferniederschlag auf den passivierten Oberflächen ausbildet, auch dann nicht, wenn der Abscheidungsvorgang sehr lange dauert. Das im Verlauf des erfindungsgemässen Verfahrens entstehende metallische Kupfer haftet nicht fest s It must be expressly emphasized that - in contrast to the methods already known in the art - no adherent copper deposit forms on the passivated surfaces in the method according to the present invention, even if the deposition process takes a very long time. The metallic copper produced in the course of the process according to the invention does not adhere firmly
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
646732 646732
6 6
an den Oberflächen und kann deshalb, wie zuvor beschrieben, leicht entfernt werden, ohne dass hierzu Ätzmittel oder ähnliche, starke Reinigungsmittel erforderlich wären. on the surfaces and can therefore be easily removed, as described above, without the need for etching agents or similar, strong cleaning agents.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird in der Regel auf der oder den Kathoden ein dünner Kupferniederschlag entstehen, der vollständig oder wenigstens zum grössten Teil vermieden werden kann, wenn zwischen der Kathode und der Kupferabscheidungslösung eine Membran vorgesehen wird, die den Stromfluss erlaubt, für Kupferionen aber undurchlässig ist. Enthält das Bad einen Komplexbildner für Kupferionen wie beispielsweise Aminosäuren, mit denen das Kupfer negative Komplexe bildet, so wird eine Kation-Austauschmembran verwendet. Sind die mit Kupfer gebildeten Komplexe positiv, so wird eine Anion-Austauschmembran verwendet. Dienen Alkanolamine als Komplexbildner, so sind die mit Kupfer gebildeten Komplexe neutral; es kann also entweder eine Anion- oder eine Kation-Austauschmembran verwendet werden. When the method according to the invention is carried out, a thin copper deposit will generally form on the cathode (s), which can be avoided completely or at least for the most part if a membrane is provided between the cathode and the copper deposition solution, which allows the current to flow, for copper ions but is impermeable. If the bath contains a complexing agent for copper ions such as amino acids, with which the copper forms negative complexes, a cation exchange membrane is used. If the complexes formed with copper are positive, an anion exchange membrane is used. If alkanolamines serve as complexing agents, the complexes formed with copper are neutral; so either an anion or a cation exchange membrane can be used.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann ebenfalls für die die Badlösung enthaltenden Abscheidungs- bzw. Vorratsbehälter verwendet werden, deren Wände aus nicht-edlen Metallen bestehen, wie z.B. Stahl, Eisen, Nickel, Kobalt, Titan, Tantal, Chrom oder ähnliche und, falls erwünscht, auch aus Kupfer. Ähnlich kann das Verfahren auch bei anderen Plattierungsteilen, die aus solchen Metallen hergestellt sind, verwendet werden. The method according to the invention can also be used for the deposition or storage container containing the bath solution, the walls of which consist of non-noble metals, such as Steel, iron, nickel, cobalt, titanium, tantalum, chrome or the like and, if desired, also of copper. Similarly, the method can be used with other plating parts made from such metals.
Der pH-Wert der stromlos Kupfer abscheidenden Badlösung liegt gewöhnlich bei 10, und vorzugsweise bei 11 oder darüber. The pH of the electroless copper plating bath solution is usually 10, and preferably 11 or above.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Abschei-dungsvorrichtung, wie sie für das erfindungsgemässe Verfahren zu verwenden ist, bestehend aus dem Metallbehälter mit der Badlösung, der Stromquelle, den Elektroden, der zu metallisierenden Platte und den Haltevorrichtungen. 1 shows a simplified representation of a deposition device as it is to be used for the method according to the invention, consisting of the metal container with the bath solution, the power source, the electrodes, the plate to be metallized and the holding devices.
Fig. 2 stellt die Vorrichtung detailliert dar mit automatischer Badkontrolle, die sich als besonders günstig zusammen mit dem erfindungsgemässen Verfahren erwiesen hat. 2 shows the device in detail with automatic bath control, which has proven to be particularly favorable together with the method according to the invention.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung und zeigt die Abhängigkeit des Stroms vom Potential (Spannung) für Oberflächen aus rostfreiem Stahl und einer stromlos arbeitenden V erkupferungsl ösung. Fig. 3 is a graphical representation and shows the dependence of the current on the potential (voltage) for surfaces made of stainless steel and an electroless copper plating solution.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung und zeigt die Abhängigkeit des Stroms vom Potential (Spannung) für Oberflächen aus Kupfer in stromlos arbeitenden Verkupferungs-bädern. Die Kupferbadlösung hat die gleiche Zusammensetzung wie in Fig. 3. Fig. 4 is a graphical representation and shows the dependence of the current on the potential (voltage) for surfaces made of copper in electroless copper plating baths. The copper bath solution has the same composition as in FIG. 3.
In Fig. 1 enthält das Badgefäss 2, dessen Wandungen aus Stahl, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, oder aus einem anderen, geeigneten, leitfähigen Material bestehen, die stromlose Verkupferungslösung 4. Die Metallelektrode 6 wird in die Badlösung 4 getaucht und so eine elektrisch leitende Verbindung zum negativen Ausgang der Gleichstromquelle 10 hergestellt. Die Oberflächen 12 des Tanks 2 sind elektrisch über den variablen Widerstand 16 mit dem positiven Ausgang 18 der Gleichstromquelle 10 verbunden. Das Millivoltmeter 20 ist ebenfalls mit der Tankwand 12 und der Standard-Referenzelektrode 22 verbunden. Das Werkstück 24 wird im Gestell 26 gehaltert. Die Haltevorrichtung 26 ist in elektrischem Kontakt mit der Oberfläche 12a von Tank 2 und hängt in der Abscheidungsbadlösung 4. Das Werkstück 24 ist von der Haltevorrichtung 26 durch den Isolator 27 elektrisch isoliert. In Fig. 1, the bath vessel 2, the walls of which are made of steel, preferably stainless steel, or of another suitable conductive material, contains the electroless copper plating solution 4. The metal electrode 6 is immersed in the bath solution 4 and thus an electrically conductive connection made for the negative output of the DC power source 10. The surfaces 12 of the tank 2 are electrically connected via the variable resistor 16 to the positive output 18 of the direct current source 10. The millivolt meter 20 is also connected to the tank wall 12 and the standard reference electrode 22. The workpiece 24 is held in the frame 26. The holding device 26 is in electrical contact with the surface 12a of tank 2 and hangs in the deposition bath solution 4. The workpiece 24 is electrically insulated from the holding device 26 by the insulator 27.
Vorzugsweise vor Beginn der Badarbeit, die beispielsweise durch Zufügen des Reduktionsmittels oder durch Erhöhen des pH-Wertes oder der Temperatur eingeleitet werden kann, wird ein Potential, das positiver als das zu erwartende Mischpotential der Badlösung 4 ist, an die Oberflächen 12a und 12b von Tank 2 durch Einstellen des Widerstandes 16 gelegt. Diese Spannung kann nach einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung so stark positiv gewählt werden, dass sich gebildete Kupferpartikel wieder auflösen. Badzusammensetzung und Badbedingungen werden dann, z.B. durch Zugabe des Reduktionsmittels oder durch Erhöhen des pH-Wertes oder der Temperatur eingestellt und so die Metallabscheidung in Gang gesetzt. Das Werkstück 24 wird in die Badlösung 4 getaucht und der Abscheidungsvorgang beginnt. Das elektrische Potential der Oberfläche 12 gegenüber der Referenzelektrode 22 wird während des Abscheidungsvorganges vermittels des Millivoltmeters 20 kontrolliert und stets so geregelt, dass es positiver als das Mischpotential der Lösung 4 ist. Das Potential kann entweder von Hand (Fig. 1) oder automatisch (Fig. 2) geregelt werden. Preferably, before starting the bath work, which can be initiated, for example, by adding the reducing agent or by increasing the pH or the temperature, a potential which is more positive than the expected mixed potential of the bath solution 4 is applied to the surfaces 12a and 12b of the tank 2 placed by adjusting the resistor 16. According to a further embodiment of the invention, this voltage can be chosen to be so strongly positive that copper particles formed dissolve again. Bath composition and bath conditions are then e.g. adjusted by adding the reducing agent or by increasing the pH or the temperature and thus initiating the metal deposition. The workpiece 24 is immersed in the bath solution 4 and the deposition process begins. The electrical potential of the surface 12 with respect to the reference electrode 22 is checked during the deposition process by means of the millivolt meter 20 and is always regulated so that it is more positive than the mixed potential of the solution 4. The potential can be regulated either manually (Fig. 1) or automatically (Fig. 2).
Fig. 2 zeigt eine 200-V-Wechselstromleitung 28, die die Gleichstromquelle 30 versorgt; diese liefert beispielsweise bei 7 V einen Strom von 200 Ampere. Der negative Ausgang 32 der Stromquelle 30 ist elektrisch durch die Leitung 34 mit den Elektroden 36 verbunden, die im Metallbehälter 38 hängen. Der Tank 38 enthält die Badlösung 40 und ist vermittels einer Erdleitung 42 auf Erdpotential gelegt. Der positive Ausgang 44 der Stromquelle 30 ist elektrisch durch die Leitung 46 mit den Transistoren 48 verbunden, die parallel geschaltet sind und vom Darlington Starkstrom-Transistor 50 versorgt werden. Jeder Transistor 48 hat vorzugsweise eine Ausgangsleistung von 50 Ampere. Der Darlington Starkstrom-Transi-stor 50 ist vorzugsweise für einen Verstärkungsfaktor von 10000:1 ausgelegt. Fig. 2 shows a 200 V AC line 28 that powers DC source 30; at 7 V, for example, this supplies a current of 200 amperes. The negative output 32 of the current source 30 is electrically connected through the line 34 to the electrodes 36 which hang in the metal container 38. The tank 38 contains the bath solution 40 and is connected to earth potential by means of an earth line 42. The positive output 44 of the current source 30 is electrically connected through the line 46 to the transistors 48, which are connected in parallel and are supplied by the Darlington high-current transistor 50. Each transistor 48 preferably has an output of 50 amps. The Darlington high-current transistor 50 is preferably designed for a gain factor of 10,000: 1.
Die Transistoren 48 sind über die elektrische Leitung 52, den Nebenschlusswiderstand 54 und die Leitung 56 mit dem Tank 38 verbunden. Der Nebenschlusswiderstand 54 ist über die Leitung 58 mit dem Standard-Amperemeter 60 verbunden, das den Strom von den Transistoren 48 über den Nebenschlusswiderstand 54 misst. Die Kapazität 62 hat vorzugsweise 2 Mikrofarad und ist über die Leitung 34 mit dem Nebenschlusswiderstand 54 verbunden, um das elektrische Hintergrundgeräusch zu reduzieren. The transistors 48 are connected to the tank 38 via the electrical line 52, the shunt resistor 54 and the line 56. The shunt resistor 54 is connected via line 58 to the standard ammeter 60, which measures the current from the transistors 48 through the shunt resistor 54. Capacitance 62 is preferably 2 microfarads and is connected to shunt resistor 54 via line 34 to reduce background electrical noise.
Die elektrische Leitung 64 verbindet den Tank 38 mit dem positiven Ausgang 74 des Spannungsverstärkers 68. Die elektrische Leitung 70 verbindet die Standard-Referenzelektrode 72 mit dem negativen Ausgang 66 des Verstärkers 68. Der Verstärker 68 hat einen Verstärkungsfaktor von 10:1. Die Referenzelektrode 72 ist eine der üblichen Silber/Chlorsilber-Elektroden (oder eine gleichwertige Elektrode) und ist über eine Zwischenflüssigkeit in leitender Verbindung mit der Badlösung 40 im Tank 38. The electrical line 64 connects the tank 38 to the positive output 74 of the voltage amplifier 68. The electrical line 70 connects the standard reference electrode 72 to the negative output 66 of the amplifier 68. The amplifier 68 has a gain factor of 10: 1. The reference electrode 72 is one of the usual silver / chlorosilver electrodes (or an equivalent electrode) and is in conductive communication with the bath solution 40 in the tank 38 via an intermediate liquid.
Der Verstärker 68 ist über die elektrische Leitung 76 mit dem negativen Ausgang 78 des Kontrollverstärkers 80 verbunden. Die vom Verstärker 68 an den Verstärker 80 gelieferte Spannung wird vom Voltmeter 82 gemessen, der über die Leitung 84 mit der Leitung 74 verbunden ist. Der positive Ausgang 86 des Kontrollverstärkers 80 ist über die Leitung 88 mit dem Potentiometer 90 und dem FET-Schalter 92 verbunden. Das Potentiometer 90 hat vorzugsweise eine Skala von +3 Vbis -2 V. The amplifier 68 is connected to the negative output 78 of the control amplifier 80 via the electrical line 76. The voltage supplied by amplifier 68 to amplifier 80 is measured by voltmeter 82, which is connected to line 74 via line 84. The positive output 86 of the control amplifier 80 is connected via the line 88 to the potentiometer 90 and the FET switch 92. Potentiometer 90 preferably has a scale of +3 V to -2 V.
Die elektrischen Leitungen 94 und 96 verbinden die Ausgänge 98 und 100 des Nebenschlusswiderstandes 54 mit dem Verstärker 102. Die Leitung 94 ist mit dem positiven Eingang 104 des Verstärkers 102 verbunden. Die Leitung 96 verbindet den negativen Eingang 106 des Verstärkers 102. Die vom Verstärker 102 gelieferte Spannung wird durch die Leitung 108 auf den positiven Eingang 110 des Kontrollverstärkers 112 gegeben. Der Verstärker 112 hat einen Verstärkungsfaktor von 20:1. Der negative Eingang 114 des Kontrollverstärkers 112 ist mit dem Potentiometer 116 verbunden. Die elektrische Leitung 118 verläuft vom Verstärker 112 zum FET-Schalter 92. The electrical lines 94 and 96 connect the outputs 98 and 100 of the shunt resistor 54 to the amplifier 102. The line 94 is connected to the positive input 104 of the amplifier 102. Line 96 connects the negative input 106 of amplifier 102. The voltage supplied by amplifier 102 is fed through line 108 to positive input 110 of control amplifier 112. The amplifier 112 has a gain factor of 20: 1. The negative input 114 of the control amplifier 112 is connected to the potentiometer 116. The electrical line 118 runs from the amplifier 112 to the FET switch 92.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
646732 646732
Die Kapazität 120 mit vorzugsweise 1 Mikrofarad und der Widerstand 112 von etwa 1 Ohm sind in den Stromkreis einbezogen, um das Hintergrundgeräusch zu reduzieren. The capacitance 120, preferably 1 microfarad, and the resistor 112 of about 1 ohm are included in the circuit to reduce the background noise.
Um eine Überhitzung zu vermeiden, sind die Transistoren 48, der Starkstromverstärker 50, die Kapazitäten 120 und 62, der Widerstand 122 und das Amperemeter 60 in einem Kühlblock 124 untergebracht (als gestrichelte Linie dargestellt) und werden durch den Ventilator 126 (110 V Wechselstrom über die Leitung 128) gekühlt. Der Kühlblock ist vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen üblichen, Hitze absorbierenden Material. To avoid overheating, transistors 48, power amplifier 50, capacitors 120 and 62, resistor 122 and ammeter 60 are housed in a cooling block 124 (shown as a dashed line) and are driven by fan 126 (110 VAC) line 128) cooled. The cooling block is preferably made of aluminum or another common heat absorbing material.
In der Praxis wird das erfindungsgemässe Verfahren fol-gendermassen durchgeführt (Fig. 2): In practice, the method according to the invention is carried out as follows (FIG. 2):
Der 220-V-Wechselstrom aus der Leitung 28 wird der Gleichstromquelle 30 zugeführt und in Gleichstrom umgewandelt. Das negative Potential der Stromquelle 30 wird an die Elektroden 36 im Tank 38 gelegt; die Elektroden 36 sind also kathodisch. Das positive Potential der Stromquelle 30 wird über den Starkstromtransistor 50, die Transistoren 48, die Leitung 52 auf den Nebenschluss widerstand 54 und vermittels der Leitung 56 auf den Tank 38 gegeben; der Tank 38 ist also anodisch. Der Strom über den Nebenschlusswider-stand 54 wird unter Verwendung des Amperemeters 60 geregelt. The 220 VAC from line 28 is fed to DC source 30 and converted to DC. The negative potential of the current source 30 is applied to the electrodes 36 in the tank 38; the electrodes 36 are thus cathodic. The positive potential of the current source 30 is 54 through the power transistor 50, the transistors 48, the line 52 to the shunt resistor 54 and by means of the line 56 to the tank 38; the tank 38 is therefore anodic. The current across the shunt resistor 54 is controlled using the ammeter 60.
Die Silber/Chlorsilber-Referenzelektrode 72 wird in das Badgefäss 38 gehängt und mit der Badlösung 40 in Kontakt gebracht. Der Kontakt wird auf bekannte Weise unter Zwischenschaltung einer porösen Membran hergestellt. Durch Verbinden der Elektrode 72 und des Tanks 38 mit den entgegengesetzten Polen des Verstärkers 68, wie zuvor beschrieben, wird die Spannung an den Tankwänden ständig überwacht und wie folgt geregelt: Ist die Spannung vom Verstärker 68 zum Kontrollverstärker 80 vorherrschend positiv, wird der Verstärker 80 eine positive Spannung angeben. Ist andererseits die Spannung vom Verstärker zum Kontrollver-stärker 80 vorherrschend negativ, so wird der Verstärker 80 auch eine negative Spannung abgeben. Wird dem Transistor 50 eine positive Spannung zugeführt, so entsteht ein Stromfluss. Eine negative Spannung am Transistor 50 bewirkt, dass dieser abschaltet und praktisch gar kein Strom mehr fliesst. Wird während des Abscheidungsvorganges das Potential an der Gefässwand 38 weniger negativ im Vergleich zur Referenzelektrode 72, gibt der Verstärker 68 eine positive Spannung auf den Verstärker 80, der seinerseits eine negative Spannung an den Starkstromtransistor 50 abgibt. Durch Einstellen des Voltmeters 90 wird die abgegebene positive Spannung am Kontrollverstärker 80 entsprechend geregelt, um die gesamte Ausgangsleistung des Verstärkers 80 so einzustellen, dass der gewünschte Stromfluss zum Tank 38 erzielt wird und damit sich ein Potential auf der Tankwand 38 einstellt, das positiver als das Mischpotential der Badlösung 40 ist. The silver / chlorine silver reference electrode 72 is hung in the bath vessel 38 and brought into contact with the bath solution 40. The contact is established in a known manner with the interposition of a porous membrane. By connecting the electrode 72 and the tank 38 to the opposite poles of the amplifier 68, as previously described, the voltage on the tank walls is continuously monitored and regulated as follows: If the voltage from the amplifier 68 to the control amplifier 80 is predominantly positive, the amplifier 80 becomes specify a positive voltage. On the other hand, if the voltage from the amplifier to the control amplifier 80 is predominantly negative, the amplifier 80 will also deliver a negative voltage. If the transistor 50 is supplied with a positive voltage, a current flow occurs. A negative voltage at transistor 50 causes it to switch off and practically no current flows at all. If the potential at the vessel wall 38 becomes less negative in comparison with the reference electrode 72 during the deposition process, the amplifier 68 applies a positive voltage to the amplifier 80, which in turn outputs a negative voltage to the power current transistor 50. By setting the voltmeter 90, the output positive voltage at the control amplifier 80 is regulated accordingly in order to set the total output power of the amplifier 80 in such a way that the desired current flow to the tank 38 is achieved and thus a potential is established on the tank wall 38 which is more positive than that Mixed potential of the bath solution is 40.
Überschüssiger Stromfluss zum Tank 38 wird durch den Spannungs-Verstärker 102 und den Kontrollverstärker 112 verhindert. Das Potential (Spannung) am Nebenschlusswiderstand 54 ist direkt proportional dem Stromfluss vom Starkstromverstärker 50 und den Transistoren 48. Diese Spannung wird im Verstärker 102 angehoben und vom Kontrollverstärker 112 weiter verstärkt. Wenn die verstärkte Spannung vom Verstärker 112 den Grenzwert überschreitet, öffnet sich der FET-Schalter 92, teilt die Ausgangsspannung am Potentiometer 90 und setzt den Einstellpunkt am Verstärker 80 zurück, wodurch das gesamte System wieder ins Gleichgewicht gebracht wird. Excess current flow to the tank 38 is prevented by the voltage amplifier 102 and the control amplifier 112. The potential (voltage) at the shunt resistor 54 is directly proportional to the current flow from the power amplifier 50 and the transistors 48. This voltage is raised in the amplifier 102 and further amplified by the control amplifier 112. When the amplified voltage from amplifier 112 exceeds the limit, FET switch 92 opens, divides the output voltage at potentiometer 90 and resets the set point at amplifier 80, bringing the entire system back into balance.
Die Ausgangsleistung des Verstärkers 102 wird durch die Ausgangsleistung des Potentiometers 116 ausgeglichen, das den Einstellpunkt am Verstärker 112 regelt. Durch die Regelung von 116 wird der Maximalstrom bestimmt, der fliessen darf, ehe der Einstellpunkt des Kontrollverstärkers 80 zurückgenommen werden muss. Die Funktion der Verstärker 102 und 112 besteht darin, den Maximalstrom, der auf die Gefässwände 38 und die Kathode gegeben werden darf, zu begrenzen, um so das gesamte System zu schützen. The output power of amplifier 102 is compensated for by the output power of potentiometer 116, which controls the set point on amplifier 112. The regulation of 116 determines the maximum current that is allowed to flow before the setting point of the control amplifier 80 has to be withdrawn. The function of amplifiers 102 and 112 is to limit the maximum current that may be applied to vessel walls 38 and the cathode so as to protect the entire system.
Wie zuvor beschrieben, wird die Spannung am Tank 38 auf einem Wert gehalten, der positiver ist als das Mischpotential der Badlösung 40; folglich setzt sich so gut wie kein Kupfer auf den Tankwänden ab. As previously described, the voltage across the tank 38 is maintained at a value that is more positive than the mixed potential of the bath solution 40; consequently almost no copper deposits on the tank walls.
In dem oben beschriebenen Verfahren können metallische Haltegestelle für die zu verkupfernden Platten verwendet werden. Diese Gestelle können ebenfalls nach dem zuvor beschriebenen Verfahren widerstandsfähig gegen unerwünschte Metallabscheidungen gemacht werden. In diesem Fall verwendet man vorzugsweise einen getrennten Stromkreis, um die Gestelle mit der erforderlichen positiven Spannung zu versorgen. Wenn die zum Verkupfern in den Gestellen befestigten Platten Kupferränder haben, so muss die Stromzufuhr grösser gewählt werden, um das Potential der Gestelloberflächen und der Plattenränder ausreichend positiv zu erhalten. Soll auf der anderen Seite die gesamte Plattenoberfläche verkupfert werden, oder sollen die Platten mit Kupferrändern versehen werden, so ist es erforderlich, die Platten durch Zwischenlegen eines isolierenden Materials gegen das Haltegestell zu isolieren (vgl. Fig. 1). In the process described above, metallic holding frames can be used for the plates to be copper-plated. These racks can also be made resistant to unwanted metal deposits using the previously described method. In this case, a separate circuit is preferably used to supply the racks with the required positive voltage. If the plates fastened for coppering in the frames have copper edges, the power supply must be chosen larger in order to maintain the potential of the frame surfaces and the plate edges sufficiently positive. If, on the other hand, the entire plate surface is to be copper-plated, or if the plates are to be provided with copper edges, it is necessary to isolate the plates from the holding frame by interposing an insulating material (cf. FIG. 1).
Die Fig. 3 und 4 zeigen den Strom in Abhängigkeit von der Spannung für Kupferoberflächen und solche aus rostfreiem Stahl in einem stromlos Kupfer abscheidenden Bad, das die in Beispiel 1 angegebene Zusammensetzung hat. Positive Ströme sind oxidierende Ströme, und negative Ströme sind reduzierende, beispielsweise Metall abscheidende Ströme. In Punkt «B» in Fig. 4 (Kupferelektrode) ist kein Stromfluss; dieses Potential wird als Mischpotential bezeichnet. Im Bereich «A» werden mehr Kupferionen reduziert als Reduktionsmittel in der Lösung vorhanden ist. Hier ist das Formaldehyd oxidiert, so dass ein negativer Abscheidungsstrom entsteht. Im Bereich «C» wird mehr Formaldehyd oxidiert als Kupferionen reduziert, so dass ein positiver oder oxidie-render Strom entsteht. Im Bereich «D» bildet sich auf der Oberfläche der Kupferelektrode ein für die Formaldehyd-Oxidation nicht katalytisch wirkender Film. Der Maximalstrom zum Passivieren der Oberfläche liegt, wie festgestellt wurde, bei 4 Milliampere/cm2. Die Reduktion von Kupferionen findet bei Spannungen über -450 mV, gemessen gegen die Referenz-Elektrode, nicht mehr statt. Dieser Wert ist gleichbedeutend mit Spannungen, die mehr als 250 mV über dem Mischpotential liegen. Der Bereich «E» zwischen -425 und -225 mV, gemessen gegen die Referenz-Elektrode, wird «Passivierungsbereich» genannt. In diesem Bereich ist das Oberflächenpotential zu anodisch, um Kupferionen zu reduzieren, und die Elektrodenoberfläche ist nicht katalytisch für die Oxidation von Formaldehyd, so dass nur sehr wenig Strom fliesst. Da der Stromfluss im Bereich «E» bei Badlösungen mit und ohne Formaldehydzusatz gleich ist, wird angenommen, dass der Stromfluss in diesem Bereich nicht durch die Oxidation des Formaldehyds hervorgerufen wird. Der Stromfluss im Bereich «F» beruht auf der Oxidation und teilweisen Auflösung der Elektrodenoberfläche. Der Bereich «G» ist der zweite «Passivierungsbereich». Danach werden verschiedene Badbestandteile wie OH -Ionen, EDTA, 3 and 4 show the current as a function of the voltage for copper surfaces and those made of stainless steel in an electroless copper plating bath which has the composition given in Example 1. Positive currents are oxidizing currents, and negative currents are reducing, for example metal-depositing currents. At point "B" in Fig. 4 (copper electrode) there is no current flow; this potential is called the mixed potential. In area “A”, more copper ions are reduced than there are reducing agents in the solution. Here the formaldehyde is oxidized, so that a negative deposition current is created. In the "C" area, more formaldehyde is oxidized than copper ions are reduced, so that a positive or oxidizing current is generated. In the “D” area, a film is formed on the surface of the copper electrode that is not catalytically active for the formaldehyde oxidation. The maximum current for passivating the surface has been found to be 4 milliamperes / cm2. The reduction of copper ions no longer takes place at voltages above -450 mV, measured against the reference electrode. This value is equivalent to voltages that are more than 250 mV above the mixed potential. The range “E” between -425 and -225 mV, measured against the reference electrode, is called the “passivation range”. In this area the surface potential is too anodic to reduce copper ions and the electrode surface is not catalytic for the oxidation of formaldehyde, so that very little current flows. Since the current flow in the "E" area is the same for bath solutions with and without the addition of formaldehyde, it is assumed that the current flow in this area is not caused by the oxidation of the formaldehyde. The current flow in the “F” area is based on the oxidation and partial dissolution of the electrode surface. Area «G» is the second «passivation area». Then various bath components such as OH ions, EDTA,
Kupfer oder Formaldehyd oxidiert. Oxidized copper or formaldehyde.
In Fig. 3 werden die Verhältnisse bei Verwendung einer Elektrode aus rostfreiem Stahl dargestellt, die relativ passiv von -500 bis +400 mV ist. Bei einem Potential, das negativer als -500 mV ist, beginnt sich Kupfer auf der Elektrodenoberfläche abzuscheiden, wodurch sich deren Oberflächeneigenschaften verändern. Bei -325 mV ist die Stromdichte bei rost5 3 shows the conditions when using a stainless steel electrode which is relatively passive from -500 to +400 mV. At a potential that is more negative than -500 mV, copper begins to deposit on the electrode surface, which changes its surface properties. At -325 mV the current density at rost5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
646 732 646 732
8 8th
freiem Stahl 40mal geringer als bei Kupfer (0,020 vs. 0,80 mA pro cm2). Bei Verwendung einer Elektrode aus rostfreiem Stahl wird die Kupferabscheidung sehr langsam eingeleitet, was an dessen mangelhafter, katalytischer Aktivität für die Oxidation von Formaldehyd liegt. Hat die Abscheidung allerdings erst einmal eingesetzt, schreitet sie sehr schnell voran, da die sich auf der Stahloberfläche bildenden Kupferabscheidungen eine sehr hohe katalytische Aktivität aufweisen, d.h., es werden sehr viele Elektronen frei. free steel 40 times less than copper (0.020 vs. 0.80 mA per cm2). When using an electrode made of stainless steel, the copper deposition is initiated very slowly, which is due to its poor catalytic activity for the oxidation of formaldehyde. However, once the deposition has started, it progresses very quickly because the copper deposits that form on the steel surface have a very high catalytic activity, i.e. a large number of electrons are released.
Ein Potential von -.325 mV, gemessen gegen eine Kalomel-Elektrode, wird vorzugsweise zur Passivierung von Oberflächen aus rostfreiem Stahl und Kupfer verwendet, da dieses in der Mitte der Passivierungszone für Kupfer liegt und die Stromdichte bei rostfreiem Stahl bei diesem Potential sehr gering ist. A potential of -.325 mV, measured against a calomel electrode, is preferably used for the passivation of surfaces made of stainless steel and copper, since this lies in the middle of the passivation zone for copper and the current density for stainless steel is very low at this potential .
Der Passivierungsbereich kann sich mit variierendem pH-Wert leicht verschieben, und zwar entsprechend der Verschiebung des Mischpotentials bei pH-Wert-Veränderungen und auch in ähnlicher Grössenordnung. In einer Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung wird deshalb als Referenzelektrode eine Mischpotentialsonde verwendet. The passivation area can shift slightly with a varying pH value, namely in accordance with the shift in the mixed potential in the event of pH value changes and also in a similar order of magnitude. In one embodiment of the present invention, a mixed potential probe is therefore used as the reference electrode.
Die in der Fig. 3 und 4 dargestellten Messwerte wurden mit Hilfe eines «Polarographic Analyzer, Model 174A» (Prince-town Applied Research) und einer gesättigten Kalomel-Elek-trode als Referenzelektrode für alle Messungen ermittelt. Der Strom wurde überwacht, während die Spannung in Luftatmosphäre abgetastet und in ein X/Y-Schema eingetragen wurde. The measured values shown in FIGS. 3 and 4 were determined with the aid of a “Polarographic Analyzer, Model 174A” (Prince-Town Applied Research) and a saturated calomel electrode as the reference electrode for all measurements. The current was monitored while the voltage was sampled in an air atmosphere and plotted on an X / Y scheme.
Um das Mischpotential zu messen, wird eine saubere Kup-feroberfläche in eine stromlos Kupfer abscheidende Badlösung getaucht; Kupfer beginnt, sich auf der Oberfläche abzuscheiden. Nach 3 bis 4 Minuten ist ein stabiler Zustand erreicht. Die Oberfläche wird mit einem Ausgang eines hoch-ohmigen Spannungs-Messgerätes verbunden, mit dem anderen Ausgang des Messgerätes wird eine Standard-Referenzelektrode verbunden, die sich ebenfalls in der Badlösung befindet. Die Differenz zwischen dem Potential der Kupferoberfläche und der Referenzelektrode wird gemessen, um das Mischpotential der Abscheidungslösung zu ermitteln. To measure the mixing potential, a clean copper surface is immersed in an electroless copper separating bath solution; Copper begins to deposit on the surface. A stable state is reached after 3 to 4 minutes. The surface is connected to an output of a high-ohmic voltage measuring device, to the other output of the measuring device a standard reference electrode is connected, which is also in the bath solution. The difference between the potential of the copper surface and the reference electrode is measured in order to determine the mixed potential of the deposition solution.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele noch weiter verdeutlicht. The following examples further illustrate the present invention.
Beispiel 1 example 1
Ein Epoxyglas-Laminat von 1,6 mm Dicke wird in bekannter Weise für die stromlose Metallabscheidung zur Herstellung einer gedruckten Schaltung vorbehandelt. An epoxy glass laminate 1.6 mm thick is pretreated in a known manner for electroless metal deposition to produce a printed circuit.
Die so vorbehandelte Platte wird in eine Kupferabschei-dungslösung der folgenden Zusammensetzung getaucht: The plate pretreated in this way is immersed in a copper deposition solution of the following composition:
CUS04-5H20 10g/l CUS04-5H20 10g / l
Formaldehyd 4 ml/1 Formaldehyde 4 ml / 1
Benetzer 0,2 g/1 Wetting agent 0.2 g / 1
Tetranatriumsalz von EDTA 35 g/1 EDTA tetrasodium salt 35 g / 1
Natriumhydroxid (NaOH) zum Einstellen des pH-Wertes auf 11,7 (bei 25°C) Sodium hydroxide (NaOH) to adjust the pH to 11.7 (at 25 ° C)
Natriumzyanid (NaCN) 0,005 g/1 Sodium cyanide (NaCN) 0.005 g / 1
mit Wasser auffüllen fill up with water
Betriebstemperatur 72°C Operating temperature 72 ° C
Die Kupferbadlösung nach diesem Beispiel hat ein Mischpotential von -630±20 mV, gemessen gegen eine Standard-Silber/Chlorsilber-Elektrode. The copper bath solution according to this example has a mixed potential of -630 ± 20 mV, measured against a standard silver / chlorine silver electrode.
Alle Badbestandteile der Lösung, ausser dem Formaldehyd, werden in einen Behälter aus rostfreiem Stahl gegeben und gemischt. Eine Kathode aus rostfreiem Stahl wird in die Badlösung getaucht und mit dem negativen Ausgang einer variablen Gleichstromquelle verbunden. Der Gleichrichter hat eine maximale Kapazität von 8 V und 200 Ampere. Eine Standard-Silber/Chlorsilber-Referenzelektrode wird ebenfalls in die Badlösung getaucht und mit dem einen Ausgang eines Millivoltmeters verbunden; der andere Ausgang wird mit der Tankwand aus rostfreiem Stahl verbunden. All bath components of the solution, except the formaldehyde, are placed in a stainless steel container and mixed. A stainless steel cathode is immersed in the bath solution and connected to the negative output of a variable DC power source. The rectifier has a maximum capacity of 8 V and 200 amps. A standard silver / chlorine silver reference electrode is also immersed in the bath solution and connected to the one output of a millivolt meter; the other exit is connected to the stainless steel tank wall.
Das elektrische Potential am Badbehälter wird, gemessen gegen eine Referenzelektrode, auf -200 mV durch Regulierung des Gleichrichters eingestellt. Die Kupferabscheidung wird durch Zugabe ds Formaldehyds in Gang gesetzt. Die wie oben beschrieben vorbereitete Platte wird in einem Gestell aus rostfreiem Stahl befestigt und mit diesem in die Badlösung getaucht. Die Kupferabscheidung auf der Platte setzt ein. Nach 10 Stunden, oder nachdem das Kupfer eine Schichtdicke von 20 (im erreicht hat, wird die Platte aus der Badlösung genommen. Es konnte keine wesentliche Kupferabscheidung auf den Tankwänden oder dem Haltegestell, beide aus rostfreiem Stahl, festgestellt werden. The electrical potential at the bath tank, measured against a reference electrode, is set to -200 mV by regulating the rectifier. The copper deposition is started by adding the formaldehyde. The plate prepared as described above is attached to a stainless steel frame and immersed in the bath solution. The copper deposition on the plate begins. After 10 hours, or after the copper has reached a layer thickness of 20 µm, the plate is removed from the bath solution. There was no significant copper deposition on the tank walls or the holding frame, both made of stainless steel.
Beispiel 2 Example 2
Dieses Beispiel beschreibt eine Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der zwei Elektroden, aber keine Referenzelektrode verwendet werden. This example describes an embodiment of the invention in which two electrodes but no reference electrode are used.
Eine stromlos Kupfer abscheidende Badlösung der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wird in einen Behälter aus rostfreiem Stahl gegeben. Der Behälter hat ein Fassungsvermögen von 8000 Litern und eine Innenoberfläche von 60 m2. An electroless copper plating bath solution of the same composition as in Example 1 is placed in a stainless steel container. The container has a capacity of 8000 liters and an inner surface of 60 m2.
Der Gleichrichter ist so eingestellt, dass ein Potential von 0,45 V zwischen der Kathode aus rostfreiem Stahl, die sich in der Badlösung befindet, und den Tankwänden besteht. Danach kann festgestellt werden, dass die Tankwände ein Potential von -300 bis -400 mV, gemessen gegen eine Silber/ Chlorsilber-Referenzelektrode, aufweisen. Nach dieser Messung wird die Referenzelektrode aus der Badlösung entfernt. Der erforderliche Strom zur Aufrechterhaltung des Potentials von 0,45 V zwischen Gefässwand und Kathode beträgt 0,5 Ampere, was einer Stromdichte von 10^ Milliampere/cm2 entspricht. The rectifier is set so that there is a potential of 0.45 V between the stainless steel cathode, which is in the bath solution, and the tank walls. It can then be determined that the tank walls have a potential of -300 to -400 mV, measured against a silver / chlorine-silver reference electrode. After this measurement, the reference electrode is removed from the bath solution. The current required to maintain the potential of 0.45 V between the vessel wall and the cathode is 0.5 ampere, which corresponds to a current density of 10 ^ milliampere / cm2.
1800 Trägerplatten mit je 0,2 m2 Oberfläche werden in 6 Gestellen aus rostfreiem Stahl zu je 300 Stück befestigt und in ein stromlos Kupfer abscheidendes Bad getaucht. Nachdem sich auf dem Leiterzugmuster eine Kupferschicht der gewünschten Dicke abgeschieden hat (ca. 18-22 Stunden), werden die fertigen Platten aus dem Bad genommen und eine gleiche Anzahl Trägerplatten auf den 6 Gestellen befestigt und in die Badlösung getaucht. Nach den ersten 24 Stunden Badarbeit wird ein Präzipitat von metallischen Kupferteilchen beobachtet, von denen einige mit den Gefässwänden in Kontakt kommen. Der zur Aufrechterhaltung der Spannung von 0,45 V zwischen Gefässwand und Gegenelektrode erforderliche Strom steigt an. Während der folgenden Tage der Badarbeit wird beobachtet, dass dieser Strom in einem Bereich zwischen 2 bis 100 Ampere steigt und fällt, bedingt durch weitere Kupferpartikel, die mit den Gefässwänden in Berührung kommen und passiviert werden. 1800 support plates, each with a surface area of 0.2 m2, are fastened in 6 stainless steel frames, each with 300 pieces, and immersed in an electroless copper separating bath. After a copper layer of the desired thickness has deposited on the conductor pattern (approx. 18-22 hours), the finished plates are removed from the bath and an equal number of carrier plates are attached to the 6 racks and immersed in the bath solution. After the first 24 hours of bath work, a precipitate of metallic copper particles is observed, some of which come into contact with the vessel walls. The current required to maintain the voltage of 0.45 V between the wall of the vessel and the counter electrode increases. During the following days of bath work, it is observed that this current rises and falls in a range between 2 to 100 amperes, due to further copper particles that come into contact with the vessel walls and are passivated.
Nach z.B. einer Woche wird der Abscheidevorgang unterbrochen. Das auf der Innenwand des Tanks befindliche Kupferpräzipitat besteht aus passivierten, nicht festhaftenden Kupferpartikeln und kann leicht durch Bürsten oder Absaugen entfernt werden. After e.g. The separation process is interrupted for one week. The copper precipitate on the inner wall of the tank consists of passivated, non-adherent copper particles and can be easily removed by brushing or vacuuming.
Beispiel 3 Example 3
In diesem Beispiel wird das gleiche Verfahren wie in den Beispielen 1 und 2 angewendet, mit dem Unterschied, dass auch die Haltegestelle aus rostfreiem Stahl mit einer zweiten Stromquelle und einem zweiten geeigneten Gleichrichter ver5 In this example, the same procedure is used as in Examples 1 and 2, with the difference that the stainless steel holding frames also use a second power source and a second suitable rectifier
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
bunden werden, dass eine zweite Gegenelektrode in die Badlösung getaucht wird und das Potential auf 0,4 bis 0,5 V eingestellt und auf diesem Wert gehalten wird (gemessen zwischen den Haltegestellen und der zweiten Elektrode). So be bound so that a second counter electrode is immersed in the bath solution and the potential is set to 0.4 to 0.5 V and held at this value (measured between the holding frames and the second electrode). So
646 732 646 732
werden die Oberflächen der Haltegestelle und, in manchen Fällen, auch die Ränder der Trägerplatten gegen eine unerwünschte Metallabscheidung passiviert. the surfaces of the holding frames and, in some cases, the edges of the carrier plates are passivated against unwanted metal deposition.
9 9
B B
4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US3481279A | 1979-04-30 | 1979-04-30 | |
US13045180A | 1980-03-28 | 1980-03-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH646732A5 true CH646732A5 (en) | 1984-12-14 |
Family
ID=26711403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH327980A CH646732A5 (en) | 1979-04-30 | 1980-04-28 | METHOD FOR PASSIVATING METAL SURFACES TO AVOID UNWANTED COPPER DEPOSITS FROM CURRENTLY WORKING COPPER BLADES. |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT369037B (en) |
AU (1) | AU5767780A (en) |
CA (1) | CA1183101A (en) |
CH (1) | CH646732A5 (en) |
DE (1) | DE3016994C2 (en) |
DK (1) | DK151233C (en) |
FR (1) | FR2455641B1 (en) |
GB (1) | GB2052560B (en) |
IT (1) | IT1128151B (en) |
NL (1) | NL189769B (en) |
SE (1) | SE453925B (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1277642B (en) * | 1964-01-14 | 1968-09-12 | Bayer Ag | Process for the protection of metallic surfaces against metal deposition in chemical metallization baths |
DE1521246B2 (en) * | 1965-12-30 | 1976-06-16 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | PROCESS AND CIRCUIT FOR THE PROTECTION OF METALLIC SURFACES AGAINST CHEMICAL METALLIZATION |
GB1224047A (en) * | 1968-12-10 | 1971-03-03 | Tsniitmash | Method of inhibiting the formation of a coating on chemical equipment |
CH613475A5 (en) * | 1976-07-28 | 1979-09-28 | Bbc Brown Boveri & Cie | Appliance for the electroless metal coating of objects |
US4125642A (en) * | 1977-08-25 | 1978-11-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for conducting electroless metal-plating processes |
-
1980
- 1980-04-22 AU AU57677/80A patent/AU5767780A/en not_active Abandoned
- 1980-04-28 GB GB8013922A patent/GB2052560B/en not_active Expired
- 1980-04-28 CH CH327980A patent/CH646732A5/en not_active IP Right Cessation
- 1980-04-28 SE SE8003204A patent/SE453925B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-04-29 DK DK185080A patent/DK151233C/en not_active IP Right Cessation
- 1980-04-29 CA CA000350888A patent/CA1183101A/en not_active Expired
- 1980-04-29 NL NLAANVRAGE8002515,A patent/NL189769B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-04-29 IT IT48537/80A patent/IT1128151B/en active
- 1980-04-30 AT AT0230980A patent/AT369037B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-04-30 FR FR808009782A patent/FR2455641B1/en not_active Expired
- 1980-04-30 DE DE3016994A patent/DE3016994C2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT8048537A0 (en) | 1980-04-29 |
FR2455641B1 (en) | 1985-07-26 |
DE3016994C2 (en) | 1983-09-08 |
FR2455641A1 (en) | 1980-11-28 |
IT1128151B (en) | 1986-05-28 |
CA1183101A (en) | 1985-02-26 |
DK151233C (en) | 1988-12-12 |
AT369037B (en) | 1982-11-25 |
SE453925B (en) | 1988-03-14 |
DK185080A (en) | 1980-10-31 |
DK151233B (en) | 1987-11-16 |
AU5767780A (en) | 1980-11-06 |
ATA230980A (en) | 1982-04-15 |
DE3016994A1 (en) | 1980-11-06 |
SE8003204L (en) | 1980-10-31 |
GB2052560B (en) | 1982-11-10 |
NL189769B (en) | 1993-02-16 |
NL8002515A (en) | 1980-11-03 |
GB2052560A (en) | 1981-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2061225A1 (en) | Process for the electrolytic deposition of alloyed thin layers | |
DE2757458A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR EVALUATING THE QUALITY OF ELECTRIC CLADDING CABLES | |
DE1621046B2 (en) | Process for the electrolytic production of tinplate | |
EP0878561A2 (en) | Process and apparatus for the regeneration of tin plating solutions | |
DE2541896A1 (en) | METHOD OF TREATMENT OF A SUBSTRATE MADE OF PLASTIC MATERIAL AND MATERIAL FOR CONDUCTING THE SAME | |
EP0288853B1 (en) | Process for the preparation of work pieces from titanium or titanium alloys | |
DE2845736C2 (en) | ||
WO2007088008A2 (en) | Method and device for coating substrate surfaces | |
DD112145B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING WIPE-RESISTANT COATINGS ON METAL FOILS, IN PARTICULAR ON COPPER FOILS | |
EP0240589B1 (en) | Process and apparatus for regenerating an electroless copper-plating bath | |
WO2002034964A1 (en) | Leadfree chemical nickel alloy | |
DE3016994C2 (en) | Process for storing bath solutions for the electroless deposition of copper on carrier plates | |
DE3343052A1 (en) | AQUEOUS BATH FOR IMMEDIATE ELECTRICITY DEPOSITION OF GOLD ON METALLIZED CERAMICS AND A METHOD FOR ELECTRICALLY GOLD PLATING GEMALLIZED CERAMICS | |
EP0054695B1 (en) | Method for the galvanic manufacture of whiskers and apparatus for carrying out this method | |
DE2363462C3 (en) | Process for the galvanic deposition of soft gold layers | |
CH674020A5 (en) | ||
DE3914180C2 (en) | ||
DE3018511C2 (en) | Process for the chemical nickel plating of metal bodies | |
EP0079032B1 (en) | Apparatus for electroplating a metallic workpiece | |
DE4011683C1 (en) | Measuring electrode for monitoring electroless metal deposition baths - has small surface curvature or area and gives clear deposition assessment | |
EP1433879B1 (en) | Process for metal surface coating with an alkali phosphate solution, aqueous concentrate and use of such coated metal surfaces | |
DE1962249B2 (en) | Process for cooling treatment baths | |
DE2404558C3 (en) | Process for the regeneration of exhausted, dissolved iron containing galvanic chromium baths by two-stage diaphragm electrolysis | |
DE1806489A1 (en) | Electrodeposition of metals | |
DE1621046C3 (en) | Process for the electrolytic production of tinplate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUE | Assignment |
Owner name: KOLLMORGEN CORPORATION |
|
PUE | Assignment |
Owner name: AMP-AKZO CORPORATION |
|
PL | Patent ceased |