具体实施方式
本发明的电镀液中有机添加剂浓度的测定方法包括将待测电镀液中有机添加剂的峰电位与该有机添加剂的标准曲线比较,确定该待测电镀液中该有机添加剂的浓度,所述有机添加剂的标准曲线为反映该待测电镀液中该有机添加剂的浓度与峰电位关系的曲线,所述峰电位通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定得到。
本发明所述有机添加剂为抑制剂和/或光亮剂。所述抑制剂以及光亮剂的种类为本领域技术人员所公知。所述抑制剂例如可以是聚己烯己二醇、聚己二醇、聚丙烯二醇中的一种或几种。所述光亮剂例如可以是二硫代胺基甲酸酯、聚二硫二丙烷磺酸钠、硫脲及其衍生物中的一种或几种。
所述待测电镀液中的有机添加剂为抑制剂或光亮剂时,该方法可以直接采用循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定待测电镀液中有机添加剂的峰电位。
所述待测电镀液中的有机添加剂为抑制剂和光亮剂时,该方法包括分别测定抑制剂和光亮剂的浓度。但是,在所述有机添加剂为抑制剂和光亮剂的情况下,在测定抑制剂的峰电位时,光亮剂会对该抑制剂的峰电位造成影响,而在测定光亮剂的峰电位时,抑制剂会对该光亮剂的峰电位造成影响。因此,在这种情况下,需要将其中一种有机添加剂进行屏蔽,然后测定另一种有机添加剂。所述屏蔽的方法如下:测定所述待测电镀液中抑制剂浓度的方法包括用空白镀液稀释待测电镀液至所述待测电镀液中光亮剂浓度不超过50ppm,所述空白镀液为不含抑制剂和光亮剂的待测电镀液,然后采用循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定待测电镀液中抑制剂的峰电位;测定所述待测电镀液中光亮剂浓度的方法包括在所述待测电镀液中加入抑制剂,使得该待测电镀液中抑制剂浓度为20ml/L以上,然后采用循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定待测电镀液中光亮剂的峰电位。
具体地说,在测定含有抑制剂和光亮剂的待测电镀液中的抑制剂的峰电位时,通过用空白镀液对待测电镀液进行充分稀释,从而使得光亮剂对镀层金属的沉积速率造成的影响相比抑制剂要弱得多,使得沉积速率取决于抑制剂的浓度,从而通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法得到的剥离峰取决于抑制剂的浓度。因而,可以通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定得到待测电镀液的剥离峰,并根据该剥离峰的峰电位与标准曲线得到待测电镀液的抑制剂的浓度。所述待测电镀液中抑制剂的峰电位为光亮剂浓度一般不超过50ppm时的峰电位,也就是说,在待测电镀液中,光亮剂的浓度不超过50ppm时,通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测得的峰电位即为待测电镀液中抑制剂的峰电位。为了使得待测电镀液中光亮剂的浓度不超过50ppm,可以用空白镀液对该待测电镀液进行稀释来达到该浓度。需要说明的是,用空白镀液对待测电镀液进行稀释的倍数通常只要使得待测电镀液中光亮剂的浓度的估计值为50ppm以下即可,所述估计的方法例如可以是以待测电镀液中原始的光亮剂浓度为起始浓度,通过用空白镀液进行稀释的倍数只要使得该起始浓度降低至50ppm以下。
在测定含有抑制剂和光亮剂的待测电镀液中的光亮剂的浓度时,通常是在待测电镀液中加入足量的抑制剂,使得抑制剂对镀层金属的沉积速率显示最大的抑制,即使得镀层金属的沉积速率变得最小,从而使得沉积速率取决于光亮剂的浓度,从而通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法得到的剥离峰取决于光亮剂的浓度,因而,可以通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定得到待测电镀液的剥离峰,并根据该剥离峰的峰电位与标准曲线得到待测电镀液的光亮剂的浓度。所述待测电镀液中光亮剂的峰电位为该待测电镀液中抑制剂浓度为20ml/L以上时的峰电位。使得所述待测电镀液中抑制剂浓度为20ml/L以上的方法可以是直接在待测电镀液中添加抑制剂,也可以将规定量的所述待测镀液与规定量的含有浓度为20ml/L以上的抑制剂的空白镀液混合。
所述标准曲线的制作方法与常规的标准曲线的制作方法相似,本领域技术人员可以根据本发明的描述以及常识可以容易地得到。例如,所述有机添加剂的标准曲线的制作方法包括:通过循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定多个有机添加剂浓度不同的标准镀液的峰电位,建立标准镀液的峰电位与有机添加剂浓度的对应关系。另外,在所述待测电镀液中的有机添加剂为抑制剂和光亮剂时,在测定光亮剂时,为了减少偏差,优选在标准曲线的制作过程中,所述标准镀液中的抑制剂的浓度也在20ml/L以上。
所述循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法为本领域技术人员所公知。循环脉冲伏安剥离法只是循环伏安剥离法的变体,该方法在分析过程中采用了不连续的电压变化来控制电极以获得改进的测试精度。所述循环脉冲伏安剥离法测定剥离峰的条件与循环伏安剥离法测定峰电位的条件可以相同。
所述循环伏安剥离法或循环脉冲伏安剥离法测定峰电位的方法包括将作为工作电极的惰性电极和作为参比电极的银-氯化银电极置于待测液中,所述工作电极以-2V-2V的扫描电压进行扫描,扫描速率为1-100mv/S,从而得到待测液的剥离峰,然后从该剥离峰读取峰电位。
另外,优选情况下,在开始电位扫描前,先将惰性电极极化100-600秒,极化的方法为本领域技术人员所公知,例如可以在反应前在惰性电极上施加一个1.00-1.60V的电位,从而使得有机添加剂能在惰性电极表面充分吸附。
所述惰性电极可以是常规循环伏安剥离法中使用的惰性电极。例如可以是铂电极、钛电极中的任意一种。优选为铂电极,更优选为多孔网状铂电极。所述多孔网状铂电极可以提高峰电位测试的灵敏度,减小测试偏差。所述多孔网状铂电极可以制备得到,例如,可以通过水热法或电镀法将铂沉积到钛片上,在钛片表面形成多孔网状结构而得到。
所述水热法为本领域技术人员所公知。例如,可以在加热条件下将钛片与含H2PtCl6和甲醛的溶液接触,将铂沉积到所述钛片上。所述溶液中,H2PtCl6的浓度可以是0.1-1.5g/L,所述甲醛的浓度可以是30-60g/L,所述接触的温度可以是160-200℃,接触的时间可以是5-15小时,所述含H2PtCl6和甲醛的溶液的用量可以是所述钛片的重量的10-100倍。另外,优选情况下,所述钛片在沉积铂之前先用酸液洗涤,所述酸可以是盐酸,所述盐酸的浓度可以是0.5-1.5mol/L,所述洗涤的温度可以是75-90℃;然后用超声波清洗5-15分钟,再冷却干燥。
所述电镀法为本领域技术人员所公知,例如,所述电镀法包括以钛片为阴极,以铂为阳极,在铂镀液中进行电镀,所述电镀的温度可以是20-35℃,时间可以是4-15分钟,电流密度可以是0.005-0.01A/dm2。所述铂镀液可以是任意的用于电镀铂的镀液。例如,所述铂镀液可以含5-20g/L的Pt(NH3)2(NO2)2·2H2O和0.1-0.2g/L的H2PtCl4的水溶液。
另外,本发明所述惰性电极的结构优选为旋转圆盘电极的结构,该结构的惰性电极可以商购得到。利用该旋转圆盘结构的电极可以提高测试的灵敏度和重现性。
此外,本发明所述电镀液可以是常规使用的各种使用抑制剂和/或光亮剂的电镀液。例如可以是酸铜镀液。
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
本实施例说明本发明的电镀液中有机添加剂浓度的测定方法。
(1)待测电镀液为水溶液,其含有6.00ml/L的抑制剂(麦得美产的19280)、70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(2)空白镀液A为水溶液,其含有70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(3)除了分别含有2ml/L、4ml/L、6ml/L、8ml/L、10ml/L、12ml/L、14ml/L的抑制剂外,7种标准镀液A的其它成分及其浓度均与空白镀液A的组成相同。
2)多孔网状铂电极的制备方法
将钛片浸渍在1mol/L的盐酸中,在85℃反应10min,清洁表面。在超声波下在水中清洗10min,然后将该钛片浸没在含0.8g/L的H2PtCl6和的30g/L甲醛溶液中,在180℃下反应10h,冷却至室温,干燥。
3)待测电镀液中抑制剂浓度的测定
以多孔网状铂电极为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极在1.00V下极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,测定标准镀液A的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。以标准镀液A的峰电位为纵坐标,标准镀液A的抑制剂的浓度为横坐标,根据各标准镀液A的峰电位与标准镀液A的抑制剂浓度制作标准曲线,结果如图1所示。所述标准曲线的线性方程为Y=0.13238+0.01052X(Y为峰电位,X为浓度)。
按照上述测定标准镀液A的剥离峰的方法测定待测电镀液的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。按照如上方法对待测电镀液连续测定5次,结果如表1所示。然后对该5次峰电位求得峰电位平均值,将该峰电位平均值代入到标准曲线A中,得到待测电镀液的抑制剂浓度为5.74ml/L,由于待测电镀液中实际含有6.00ml/L的抑制剂,因此,本测定方法的偏差为(5.74-6.00)/6.00×100%=-4.28%。
表1
次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
峰电位(V) |
0.191 |
0.192 |
0.192 |
0.195 |
0.194 |
实施例2
本实施例说明本发明的电镀液中有机添加剂浓度的测定方法。
(1)待测电镀液为水溶液,其含有2.50ml/L的光亮剂(麦得美产的19241)、70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(2)空白镀液A为水溶液,其含有70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(3)除了分别含有0.6ml/L、1.2ml/L、1.8ml/L、2.4ml/L、3.0ml/L、3.6ml/L的光亮剂之外,6种标准镀液B的其它成分及其浓度均与空白镀液A的组成相同。
2)多孔网状铂电极的制备方法
将钛片浸渍在1mol/L的盐酸中,在85℃反应10min,清洁表面。在超声波下在水中清洗10min,然后以钛片为阴极,以铂为阳极,在铂镀液(含10g/L的Pt(NH3)2(NO2)2·2H2O和0.16g/L的H2PtCl4的水溶液)中进行电镀,所述电镀的温度为25℃,时间为10分钟,电流密度为0.01A/dm2。
3)待测电镀液中光亮剂浓度的测定
以所述多孔网状铂电极为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极在1.00V下极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,测定标准镀液B的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。以标准镀液B的峰电位为纵坐标,标准镀液B的光亮剂的浓度为横坐标,根据各标准镀液B的峰电位与标准镀液B的光亮剂浓度制作标准曲线,结果如图2所示。所述标准曲线的线性方程为Y=0.1876-0.01627X(Y为峰电位,X为浓度)。
按照上述测定标准镀液B的剥离峰的方法测定待测电镀液的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。按照如上方法对待测电镀液连续测定5次,结果如表2所示。然后对该5次峰电位求得峰电位平均值,将该峰电位平均值代入到标准曲线B中,得到待测电镀液的光亮剂浓度为2.57ml/L,由于待测电镀液中实际含有2.50ml/L的抑制剂,因此,本测定方法的偏差为(2.57-2.50)/2.50×100%=2.76%。
表2
次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
峰电位(V) |
0.148 |
0.145 |
0.147 |
0.144 |
0.145 |
实施例3
本实施例说明本发明的电镀液中有机添加剂浓度的测定方法。
1)试剂:
(1)待测电镀液为水溶液,其含有6.00ml/L的抑制剂(麦得美产的19280)、2.50ml/L的光亮剂(麦得美产的19241)、70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(2)空白镀液A为水溶液,其含有70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(3)除了分别含有2ml/L、4ml/L、6ml/L、8ml/L、10ml/L、12ml/L、14ml/L的抑制剂外,7种标准镀液A的其它成分及其浓度均与空白镀液A的组成相同。
(4)空白镀液B为水溶液,其含有35ml/L的抑制剂、70g/L的CuSO4·5H2O、100g/L的H2SO4、50ppm的盐酸。
(5)除了分别含有0.6ml/L、1.2ml/L、1.8ml/L、2.4ml/L、3.0ml/L、3.6ml/L的光亮剂之外,6种标准镀液B的其它成分及其浓度均与空白镀液B的组成相同。
2)待测电镀液中抑制剂浓度的测定
将各标准镀液A分别用空白镀液A稀释100倍得到多个混合溶液,以所述多孔网状铂电极(实施例1中制得的多孔网状铂电极)为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极在1.00V下极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,从而得到剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。以标准镀液A的峰电位为纵坐标,标准镀液A的抑制剂的浓度为横坐标,根据各标准镀液A的峰电位与标准镀液A的抑制剂浓度制作标准曲线A,结果如图3所示。所述标准曲线A的线性方程为Y=0.08014+0.00929X(Y为峰电位,X为浓度)。
将待测电镀液用空白镀液A稀释100倍得到混合溶液,以所述多孔网状铂电极为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,从而得到剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。按照如上方法对待测电镀液连续测定5次,结果如表3所示。然后对该5次峰电位求得峰电位平均值,将该峰电位平均值代入到标准曲线A中,得到待测电镀液的抑制剂浓度为6.08ml/L,由于待测电镀液中实际含有6.00ml/L的抑制剂,因此,本测定方法的偏差为(6.08-6.00)/6.00×100%=1.33%。
表3
次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
峰电位(V) |
0.137 |
0.134 |
0.139 |
0.136 |
0.137 |
3)待测电镀液中光亮剂浓度的测定
以多孔网状铂电极为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,从而得到标准镀液B的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。以标准镀液B的峰电位为纵坐标,标准镀液B的光亮剂的浓度为横坐标,根据各标准镀液B的峰电位与标准镀液B的光亮剂浓度制作标准曲线B,结果如图4所示。所述标准曲线B的线性方程为Y=0.1984-0.01543X(Y为峰电位,X为浓度)。
在待测电镀液中加入35ml/L的抑制剂,以多孔网状铂电极(实施例1中制得的多孔网状铂电极)为工作电极,以银-氯化银电极(SSCE)为参比电极,先将惰性电极在1.00V下极化600秒,然后以50mv/S的电位扫描速率进行扫描,扫描电压的范围为-2V-2V,从而得到待测电镀液的剥离峰,从该剥离峰直接读出峰电位。按照如上方法对待测电镀液连续测定5次,结果如表4所示。然后对该5次峰电位求得峰电位平均值,将该峰电位平均值代入到标准曲线B中,得到待测电镀液的光亮剂浓度为2.62ml/L,由于待测电镀液中实际含有2.50ml/L的抑制剂,因此,本测定方法的偏差为(2.62-2.50)/2.50×100%=4.80%。
表4
次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
峰电位(V) |
0.154 |
0.157 |
0.162 |
0.160 |
0.159 |