DE2757458A1

DE2757458A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewertung der qualitaet von elektroplattierungsbaedern

Info

Publication number: DE2757458A1
Application number: DE19772757458
Authority: DE
Inventors: Cameron A Ogden; Dennis M Tench
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2757458C2; US4132605A; GB1541335A; NL189146B; NL7714406A; CA1072632A; JPS6019455B2; JPS5393130A; US4132605B1

Description

76SC15 * >y rj r f-i ι r q

1A-233O S 23. Dezember 1977

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung der Qualität von Elektroplattierungsbädern

Zusammenfassung

Mun verwendet mindestens zwei Bäder bekannter Plattierqualität und ein Bad, dessen Qualität zu bewerten ist. Eine Arbeitselektrode wird in allen Bädern über einen voltametrischen Zyklus betrieben, welcher einen Metallplattierbereich und einen Metallösebereich umfaßt. Der während des Metallösebereichs verbrauchte Strom wird mit der Qualität der Bäder bekannter Qualität korreliert. Der zur Lösung des Metalls im Bad unbekannter Qualität verbrauchte Strom wird mit der Korrelation verglichen und bewertet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine inerte Arbeitselektrode mittels eines Funktionsgenerators über einen voltametrischen Zyklus betrieben. Eine in das Plattierbad eintauchende Gegenelektrode wird in Reihe mit dem Funktionsgenerator und einem Coulometer geschaltet, welches die Ladung während des Metallösebereichs des Arbeitszyklus mißt.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Plattierung und insbesondere das Gebiet der Qualitätskontrolle von Elektroplattierbädern.

8098 2^/0835

Elektroplattierverfahren sind komplexer Natur. Die verwendeten Plattierbäder enthalten eine Vielzahl von Bestandteilen. Die Konzentration einiger dieser Bestandteile muß innerhalb enger Tolereanzen gehalten werden, um Abscheidungen hoher Qualität zu erzielen. In einigen Fällen kann man die chemische Analyse der Einzelbestandteile regelmäßig durchführen (z. B. pH-Messung hinsichtlich des Säuregehaltes), so daß Zusätze möglich sind. Andere Bestandteile, z. B. Einebnungsmittel (Aufheller) sowie Verunreinigungen können in einer kommerziellen Plattierwerkstatt nicht wirtschaftlich und rasch einzeln analysiert werden. Ihre Konzentration ist gering und ihre quantitative Analyse ist kompliziert und für Fehlanalysen anfällig.

Ein herkömmliches Verfahren zur Regelung der Testandteile in einem Elektroplattierbad besteht einfach darin, daß man regelmäßig bestimmte Bestandteile zusetzt, und zwar gemäß Erfahrungsregeln. Die Verarmung des Bades an einzelnen Bestandteilen ist jedoch nicht unabhängig von der Zeit oder vom verwendeten Bad. Somit ist es unvermeidlich, daß die Konzentration einzelner Bestandteile des Bades unter den Toleranzbereich sinken oder über den Toleranzbereich erhöht werden.

Ein anderes Verfahren zur Regelung von Plattierbädern besteht darin, daß man Gegenstände oder Proben plattiert und die Plattierqualität visuell auswertet, um festzustellen, ob das Bad befriedigend ist. Hierzu verwendet man eine Standard-Hull-Zelle sowie den "Knochenmuster"-Test. Ein speziell geformter Testkörper wird plattiert und dann ausgewertet, wobei die Qualität der Abscheidung über die Form der Testkörpers untersucht wird. Dabei handelt es sich um zeitaufwendige Tests, welche nur grobe Näherungswerte der Konzentrationen der Badbestandteile liefern.

Bei einer Reihe von Elektroplattieraufgaben ist eine äußerst hohe Plattierqualität erforderlich. Dies gilt z. B. für die Elektroplattierung einer Durchgangsverbindung bei der Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schalttafeln.

8098 2ψ 0835

Es ist bekannt, daß die Konzentration von Einebnungsmitteln / oder Aufhellern)in einem niedrigen ppm-Bereich gehalten werden muß, um befriedigende Abscheidungen auf gedruckten Schalttafeln zu erzielen. Die Konzentration des Aufhellers fluktuiert aufgrund von Oxydationsvorgängen an der Anode, von Reduktions- und Einschlußvorgängen an der Kathode und aufgrund von chemischem Abbau. Wenn die Aufhellerkonzentration unbefriedigend ist, so werden die Abscheidungen verbrannt und pulverig. Ein Überschuß des Aufhellers induziert die Brüchigkeit und die ungleichförmige Abscheidung (Fischaugen). Bisher waren der Hull-Zellen-Test, der "Knochenmuster"-Test und der Zug-Test im Verein mit einer periodischen Zugabe von frischem Aufheller die einzigen Verfahren zur Beibehaltung einer gesteuerten Aufhellerkonzentration. Da diese Verfahren unzuverlässig sind, ist die Qualität der hergestellten Schalttafeln unbefriedigend und der Anteil an fehlerhaften Schalttafeln hoch.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewertung der Qualität von Elektroplattierbädern zu schaffen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Konzentration von Zusätzen in Elektroplattierbädern zu schaffen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Konzentration der Einebnungsmittel in Elektroplattierbädern zu schaffen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Konzentration von Einebnungsmitteln in Kupfer-Elektroplattierbädern für die Plattierung von gedruckten Schalttafeln zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird eine Arbeitselektrode über einen voltametrischen Zyklus mit einem Metallplattierbereich und einem Netallauflösungsbereich betrieben, und zwar in mindestens zwei Bädern bekannter Plattierqualität und einem Bad, dessen Qualität ermittelt werden soll. Der während der Metallauflösung ermittelte verbrauchte integrierte Strom oder

Spitzenstrom wird mit der Qualität der Bäder bekannter Qualität korreliert. ^sr integrierte Wert oder der Spitzenwert des verbrauchten Stroms bei der Auflösung des Metalls im Bad unbekannter Qualität wird mit dem Korrelationsdiagramm verglichen und auf diese Weise wird die Qualität ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine inerte Arbeitselektrode mit Hilfe eines Funktionsgenerators über einen voltametrischen Zyklus betrieben. Eine Gegenelektrode wird in das Plattierbad eingetaucht und in Reihe mit dem Funktionsgenerator geschaltet, sowie mit einem Coulumeter, welches die Ladung während des Auflösungsbereichs des Arbeitszyklus mißt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausftihrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 zwei zyklische Voltamographien zur Veranschaulichung der Anwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Kurve der Korrelation der während des Ablösungsbereichs verbrauchten Coulomb'sehen Ladung (auf einen inneren Standard bezogen) und der Konzentration des Einebnungsmittels;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines partiellen Querschnitts eines Durchgangs in einer gedruckten Schalttafel, welche unter Plattierung mit einem Bad mit ungenügender Menge des Einebnungsmittels hergestellt wurde; und

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt ähnlich demjenigen gemäß Fig. 5, bei dem jedoch die Schalttafel in Gegenwart einer genügenden Menge des Einebnungsmittels plattiert wurde.

8 0 9 8 2*ψ/ 0 8 3 5

Eine Vielzahl von Zusätzen zu Elektroplattierbädern beeinflussen die Geschwindigkeit der elektrischen Abscheidung des Metalls bei gegebenem Elektrodenpotential in erheblichem Maße. Die vorliegende Erfindung macht von diesem Effekt zur Bestimmung der Konzentration bestimmter Zusätze in der Lösung Gebrauch. Einekleine Menge Metall wird elektrisch auf einer inerten Elektrode (z. B. Pt oder Au oder dgl.) abgeschieden, und zwar unter gesteuerten Bedingungen des Elektrodenpotentials und des Massentransports in der Lösung. Die Menge des abgeschiedenen Metalls wird durch Integrieren des Strom-Peaks ermittelt, welcher bei der Wiederauflösung des abgeschiedenen Metalls von der Elektrodenoberfläche entsteht, wobei das Elektrodenpotential mit einer bekannten Geschwindigkeit anodisch gemacht wird. Die Menge des abgeschiedenen und nachfolgend aufgelösten Metalls steht in Beziehung zur Konzentration von Zusatzstoffen, welche die Geschwindigkeit der Abscheidung beeinflussen. Der Kathodenstrom, welcher zur Abscheidung des Metalls erforderlich ist, dient ebenfalls als Maß für die Abscheidungsgeschwindigkoit, jedoch als weniger präzises Maß für die Geschwindigkeit, da während der kathodischen Phase des voltarnetrisehen Zyklus auch andere Reduktionsreaktionen auftreten können,(z. B. die Reduktion von Wasserstoff oder organischen Verbindungen im Bad).

Die vorliegende Erfindung ist besonders wertvoll zur Bestimmung der Konzentration von Einebnungsmitteln und Aufhellern im Bad, da diese Zusatzstoffe eine Einebnung der Abscheidung induzieren, und zwar durch Inhibierung der Absscheidung von Spitzen. Im Bereich der Spitzen ble bt nämlich ihre Konzentration hoch, während sie andererseits im Bereich der Vertiefungen verarmt, da sie in der Abscheidung eingeschlossen werden, so daß im Bereich der Vertiefungen die Abscheidung beschleunigt wird. Die Erfindung ist anwendbar auf die Bestimmung der Wirkung beliebiger variabler oder beliebiger Zusatzstoffe, deren Intensität oder Konzentration die Abscheidungsgeschwindigkeit des Bades entweder erhöht oder senkt.

8098 2$/0835

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von der herkömmlichen voltametrischen Analyse, bei der die zu bestimmende Substanz selbst absorbiert und dann von der Elektrodenoberfläche gelöst wird. Dies erfordert, daß der Elektrolyt frei von anderen Bestandteilen ist, welche zusammen mit der zu analysierenden Substanz absorbiert werden könnten. Dies ist kein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Menge von in geringer Konzentration im Plattierbad vorliegenden Zusatzstoffe, da die geringe Menge des Zusatzstoffes nicht von der großen Menge des abgeschiedenen Metalls getrennt werden kann.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Arbeitselektrode 1 und eine Gegenelektrode 3 tauchen in ein Bad, welches sich in einer Zelle 5 befindet. Die Gegenelektrode wird derart konstruiert und ausgewählt, daß sie in dem jeweiligen zu bewertenden Bad nicht leicht polarisiert wird. Dies erreicht man zum Teil dadurch, daß man die Gegenelektrode im Vergleich zur Arbeitselektrode relativ groß macht und nahe an die Arbeitselektrode heranbringt.

Ein Funktionsgenerator 7 treibt die Arbeitselektrode 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit über einen Spannungs-Zeit-Zyklus, während ein Coulometer 9 die zwischen der Gegenelektrode 3 und der Arbeitselektrode 1 während des Metallauflösungsbereichs des voltametrischen Zyklus fließende Ladung in Coulomb (Ampere-sec) mißt. Bei dem Coulometer kann es sich um ein Ampdre-Meter handeln, dessen Ausgangssignal einem x-y-Aufzeichnungsgerät zugeführt wird zur Bestimmung der während des Auflösungsteils des Zyklus verbrauchten Ladung. Andererseits kann man das Ausgangssignal auch direkt einem Mikroprozessor oder Minicomputer 8 zuführen, in dem eine direkte Korrelation und ein direkter Vergleich der verbrauchten Ladungen stattfindet.

8098 ϊψ0 8 3 5

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer aufwendigeren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Drei Elektroden, eine Arbeitselektrode 13, eine Gegenelektrode 15 und eine Referenzelektrode 17 tauchen in das Bad einer Zelle 19 ein. Zur Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen der Arbeitselektrode 13 und dem Bad, wird die Arbeitselektrode 13, welche mit einem Bürstenkontakt unter elektrischer Beaufschlagung gehalten wird, mittels eines Motors 21 in Drehung versetzt.

Bei einer Ausführungsform besteht die Arbeitselektrode 13 aus Platin und die Gegenelektrode 15 besteht aus Platin und 10 % Rhodium. Man kann natürlich jedes beliebige leitende Material verwenden, welches in dem jeweiligen Bad inert ist,

z. B. Gold. Die rotierende Arbeitselektrode 13 hat eine flache

ο polierte Oberfläche mit einer Fläche von 0,13 cm , welche eng auf dem Ende eines Kel-F-Zylinders mit einem Durchmesser von 1,27 cm aufsitzt. Ais Referenzelektrode 17 verwendet man eine gesättigte Kalomel-Referenz-Elektrode (SCE).

Ein Funktionsgenerator 23 und ei elektronischer Potentiostat 25 dienen dazu, das Potential relativ zur Referenzelektrode zu steuern. Ein digitales Coulometer 27 mißt die während des Ablösebereichs des voltametrischen Zyklus fließenden Coulombs. Bei der Laborausführung des Verfahrens wurde als Funktionsgenerator 23 ein Universal-Programmierer der Princeton Applied Research Corporation (PAR), Modell 175, verwendet. Als Potentiostat 25 wurde ein Potentiostat/Galvanostat der PAR, Modell 173, verwendet und als Coulometer 27 wurde ein Digital-Coulometer der PAR, Modell 179, verwendet oder ein x-y-Aufzeichnungsgerät zur Erstellung eines zyklischen Voltamogramms (Ampere gegen Volt aufgetragen).

Ein Mikroprozessor oder Minicomputer 29 kann mit dem digitalen Coulometer 27 verbunden sein und dient zum Vergleich der gemessenen Coulombs mit der zuvor erstellten Korrelation. Der Mikroprozessor oder Minicomputer 8 (Fig. 1) bzw. 29 (Fig. 2) kann jeweils derart mit der Schaltung verbunden sein, daß er entweder manuell getriggert werden kann oder

8098 2^/0835

durch ein geeignetes Signal des Funktionsgenerators 7, 23 oder durch ein geeignetes Signal der Arbeitselektrode 1,

Fig. 3 zeigt zwei zyklische Voltamographien, welche mit einem x-y-Aufzeichnungsgerät und der Vorrichtung gemäß Fig. 2 erhalten wurden. Das Potential der Arbeitselektrode 13 wird vom Funktionsgenerator 23 mit einer linearen Geschwindigkeit von 0,050 V/sec getrieben, so daß die Abszisse des Voltamographen entweder in Volt gelesen werden kann oder in Sekunden, wobei eine Skaleneinheit 31 entweder gleich 0,2 V ist oder gleich 4 see. Die Flächen 33, 35 unter den Kurven 37 bzw. 39 dienen als Maß für die Ampore-sec oder Coulombs. Die Kurve 37 wird, wie weiter unten näher erläutert, unter einer ersten Badbedingung erhalten, während die Kurve 39 unter einer anderen Badbedingung erhalten wird. Die Pfeile zeigen die Richtung, in der die Spannung getrieben wird. Die Positionen der Peaks sind gemäß Fig. 3 je nach der Badzusammensetzung gegeneinander verschoben. Die allgemeine Gestalt der Voltamographie ist jedoch bei Plattierbädern üblicher Metall, wie Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Zinn, Gold, Silber, Blei und Cadmium gleich.

Die speziellen Voltammographien der Fig. 3 wurden erhalten unter Einsatz eines Kupfer-Pyrophosphat-Plattierbades der folgenden Zusammensetzung:

Kupfer, Cu⁺² 22 - 38 g/l

Pyrophosphat (P₃O₇)~⁴ 150 - 250 g/l

Orthophosphat (HPO₄)"² <110 g/l

Ammoniak, NH₃ 1-3 g/l

Nitrat, NO" 5-10 g/l

organische Additive je nach Erfordernis

pH 8,0-8,8

Temperatur 50 - 60 ⁰C.

8098 2^/0835

Als organisches Additiv verwendet man ein Einebnungsmittel oder Aufhellmittel der Bezeichnung PY61-H der M&T Chemical Corporation, dessen aktiver Bestandteil Dimercaptothiadiazol ist.

Im Bad der Kurve 37 beträgt die Konzentration des organischen Zusatzstoffes 1,0 ml/1, während die Konzentration im Bad der Kurve 39 2,0 ml/1 beträgt. Der Bereich der Voltammographie unter der Linie 41 ist der Metallplattierbereich (kathodisch). Bei dem Bereich unterhalb der Linie 43 handelt es sich um den Metallauflösungsbereich (anodisch) des voltammetrischen Zyklus. Der Bereich rechts von der Linie 43 ist eine Fortsetzung des Oxydationsbereichs des Zyklus,nach dem das gesamte Metall von der inerten Elektrode abgelöst wurde. Es kommt in diesem Bereich zu einem geringen Stromfluß aufgrund einer Oxydation der Elektrode und einer Oxydation der organischen Verbindungen im Bad. Die Kupferauflösung ist bei -0,050 V beendet. Die Elektrode wird jedoch bis zu 1,0 V getrieben, da dies zu reproduzierbareren Werten führt und schon nach nur etwa 5 Arbeitszyklen ein Fließgleichgewicht herbeiführt.

Bei Treibgeschwindigkeiten von mehr als 0,05 V/sec sind die Auflösepeaks breiter und weniger reproduzierbar. Andererseits sind geringere Treibgeschwindigkeiten unnötig zeitaufwendig. Wenn man die Elektrode über einen kathodischen Grenzwert von -0,7 V hinaus treibt, so erhält man breitere Auflösepeaks.

Zur Erzielung einer maximalen Empfindlichkeit muß man für eine ausreichende Relativgeschwindigkeit zwischen der Arbeitselektrode und dem Bad sorgen, so daß ein gleichförmiger Transport der Plattierbestandteile an die Elektrodenoberfläche heran gewährleistet ist. Ohne eine solche Bewegung verarmt das Bad im Bereich der Oberfläche und die Abscheidegeschwindigkeit ist kein korrektes Maß für die Qualität der Gesamtlösung. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die

8098 ΐψ 0835

Arbeitselektrode 13 durch einen Motor 21 gedreht, so daß man eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Elektrode 13 und dem Plattierbad erhält. Man kann natürlich auch andere Verfahren zur Herbeiführung einer Relativbewegung verwenden. Insbesondere kann man das Bad mit Hilfe einer Pumpe über die Stirnfläche der Elektrode führen.

Erfindungsgemäß werden die voltammetrischen Zyklen (Fig. 3) unter gesteuerten Bedingungen des Elektrodenpotentials und des Massentransports in der Lösung aufgenommen, und zwar einmal bei Bädern konstanter Qualität oder mit konstanter Konzentration der Zusätze. Dabei erhält man während des Auf-.lösebereichs 43 des Zyklus den Stromwert oder die Coulombs.

Die Qualität oder Konzentration wird sodann mit dem Spitzenauflösestrom oder mit den Auflösecoulombs korreliert.

Dabei erhält man eine Kurve der Abhängigkeit der Konzentration von dem Spitzenauflösestrom oder den Auflösecoulombs.

In einigen Fällen beobachtet man beträchtliche Variationen des Auflösestroms von Tag zu Tag bei speziellen Badzusammensetzungen. Diese sind wahrscheinlich auf ungesteuerte Variable zurückzuführen, z. B. auf Änderungen der Oberfläche der Arbeitselektrode. Solchen Änderungen trägt man dadurch Rechnung, daß man den verbrauchten Auflösestrom durch einen festen Standard unmittelbar vor oder nach der gewünschten Messung bestimmt und danach das Verhältnis der beiden Messungen zur Gewinnung der Korrelation zwischen dem Auflösestrom und der Konzentration der Zusätze verwendet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Änderungen des Auflösestroms aufgrund ungesteuerter Variabler dadurch in Rechnung gezogen, daß man einen internen Standard in Form einer statischen Arbeitselektrode im gleichen Bad verwendet. Wenn, wie oben erwähnt, keine Relativbewegung zwischen dem Bad und der Oberfläche der Arbeitselektrode stattfindet, so sinkt die Konzentration der Zusatzstoffe an der Oberfläche mit fortgesetzten Potentialzyklen bis

80 9 8 29^08 3 5

ein Fließgleichgewicht erreicht wird. Dieses Fließgleichgewicht wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Zusatzstoffe im Bad kontrolliert. Bei Verwendung von Dimercaptothiadiazol als Aufheller im vorerwähnten Kupfer-Pyrophosphat-Bad entspricht der Auflösestrom bei statischer Arbeitselektrode einem Bad mit einer Null-Konzentration des Aufhellers.

Fig. 4 zeigt ein Korrelationsdiagramm der Auflösecoulombs als Funktion der effektiven Konzentration des Einebnungsmittels des Kupfer-Pyrophosphat-Bads. Die Korrelation muß sich nicht auf eine absolute Menge des Einebnungsmittels beziehen. Die Korrelation kann z. B. auch für einen besonderen Qualitätspegel, wie bei Q- und Q₂ eingetragen, erstellt werden. Der Abstand 44 zwischen Q- und Q₂ entspricht einem Bad mit akzeptabler Qualität für einen speziellen Typ des Defekts (für die weiter unten diskutierten Einfaltungen), welcher zwischen den beiden Qualitätsextremen Q- und Q₂ besteht. Zur Vermeidung unkontrollierter Variabler verwendet man als inneren Standard eine stationäre Elektrode mit der man das auf der Ordinate aufgetragene Verhältnis erhält. Die Arbeitselektrode wird mit einer Geschwindigkeit von 2500 Umdrehungen/min gedreht. Wie bereits erwähnt, könnte man auch getrennte externe Standards zur Gewinnung der Verhältniswerte verwenden. In einigen Fällen erzielt man eine genügende Genauigkeit durch direkte Auftreibung der Auflösecoulombs oder durch direkte Auftragung des Spitzenauflösestroms. In jedem Falle wird die allgemeine Gestalt der Kurve derjenigen der Kurve der Fig. 4 ähneln.

Das Korrelationsdiagramm der Fig. 4 dient dazu, die Qualität oder Konzentration des Einebnungsmittels in einem unbekannten Bad zu bestimmen. Ein ähnliches Verhältnis der Auflösecoulombs wird bei dem unbekannten Bad bestimmt und dann mit dem Korrelationsdiagramm der Fig. 4 verglichen. Dabei erhält man die entsprechende Qualität oder Konzentration. Da dieses Verfahren auf einem Vergleich beruht, sollten die verwendeten

8 0 9 8 2φ/ 0 8 3 5

Standards zur Erstellung des Korrelationsdiagramms repräsentativ für den Zustand des unbekannten Bades sein, d. h. es sollte allen Änderungen des Bades Rechnung getragen werden. Ferner sollte das unbekannte Bad unter ähnlichen Bedingungen hinsichtlich des Elektrodenpotentials und des Massentransports (Temperatur, Druck, Bewegung usw.) wie die Standardbäder betrieben werden oder man sollte Änderungen der Betriebszustände Rechnung tragen.

Bei Colulomb-Verhältnissen von größer als etwa 1,0 des unbekannten Bades werden zwei Konzentrationswerte dem Korrelationsdiagramm entnommen, da dieses gemäß Fig. 4 ein Maximum hat. Die korrekte Konzentration kann jedoch leicht ermittelt werden, da der voltammetrische Peak kathodisch um bis zu 0,2 V verschoben wird bei Konzentrationen unterhalb 0,5 ml/1. Ferner zeigt in praktischen Fällen ein Konzentrationswert des Einebnungsmittels von weniger als Q₁ = 1,2 ml/1 eine ungenügende Konzentration an (Konzentrationswert unterhalb der Konzentration bei der geringsten tragbaren Qualität). Somit erkennt man, daß zusätzliches Einebnungsmittel erforderlich ist.

Es wurde festgestellt, daß die Konzentration des Einebnungsmittels einen starken Einfluß auf die Anzahl der Einfaltungsdefekte bei der Kupferplattierung von Durchgängen in Schalttafeln hat. Fig. 5 zeigt einen Durchgang 45 in einer Schalttafel 47 mit einer Vielzahl von Einfaltungsdefekten 49 im Kupferniederschlag 51, wenn die effektive Konzentration des Einebnungsmittels (PY61-H) unterhalb 1,2 ml/1 im Bad liegt. Wenn man jedoch eine ähnliche Schalttafel 53 bei einer Konzentration des Einebnungsmittels von 1,2 bis 2,0 ml/1 mit Kupfer plattiert, so treten die Einfaltungsdefekte im Kupferüberzug 55 gemäß Fig. 6 nicht auf. Die Einfaltungsdefekte und andere Plattierungsprobleme, welche einen Bezug zur Plattiergeschwindigkeit haben, können somit auf einfache Weise durch Steuerung der Konzentration der Zusatzstoffe des Plattierbades vermieden werden, wobei man das

80982^/0835

- ie -

erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.

Es kommen eine Vielzahl verschiedenster Plattierbäder mit verschiedensten Metallen, z. B. Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Zinn, Blei, Gold, Silber und Cadmium in Frage. In allen Fällen gelten die oben beschriebenen Prinzipien. Einebnungsmittel, z. B. Dimercaptothiadiazol für Kupferphosphat-Plattierbäder und Pepton für Zinn- oder Zinn-Blei-Fluoborat-Plattierbäder beeinflussen die Metallabscheidegeschwindigkeit. Es ist somit klar, daß die vorliegende Erfindung zur Auswertung der Qualität verschiedenster Plattierbäder bzw. der Konzentration der Einebnungsmittel oder anderer Zusatzstoffe bei verschiedensten Plattierbädern verwendet werden kann, sowie zur Bestimmung der Konzentration aller anderen Zusatzstoffe und Variablen, welche einen Einfluß auf die Plattiergeschwindigkeit haben.

8098 2^/0835

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Bewertung der Qualität eines Elektroplattierbades, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Arbeitselektrode über mindestens einen voltammetrischen Zyklus mit einem Metallplattierbereich und einem Metallauflösebereich treibt, und zwar jeweils bei mindestens zwei verschiedenen Bädern bekannter Plattierqualität und einem Bad, dessen Plattierqualität ermittelt werden soll und daß man den während des Metallauflösebereichs des voltammetrischen Zyklus verbrauchten Strom bei jedem der Bäder bekannter Plattierqualität sowie bei dem Bad mit zu bestimmender Plattierqualität mißt und die Qualität der Bäder bekannter Plattierqualität mit dem während des Metallauflösebereichs verbrauchten Strom korreliert und den bei dem Bad mit zu ermittelnder Plattierqualität verbrauchten Strom mit der Korrelation vergleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom mißt und zur Ermittlung der Coulombs über die Zeit integriert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Stromspitzenwert miß.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Elektroplattierbad eines der Metalle Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Zinn, Blei, Gold, Silber oder Cadmium verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Arbeitselektrode sowohl ohne Relativbewegung zum Bad als auch unter Relativbewegung zwischen dem Bad und der Arbeitselektrode betreibt und daß man das Verhältnis des verbrauchten Stroms bei Relativbewegung

80982*0836

und des verbrauchten Stroms ohne Relativbewegung bei den Bädern bekannter Qualität mit der Plattierqualität der Bäder korreliert und daß man das Verhältnis des verbrauchten Stroms bei Relativbewegung und des verbrauchten Stroms ohne Relativbewegung des zu analysierenden Bades mit der Korrelation vergleicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Relativbewegung zwischen Bad und Arbeitselektrode arbeitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arbeitselektrode über mindestens einen voltammetrischen Zyklus mit einem Metallplattierbereich und einem Metallauflösebereich bei einem Standardbad bekannter Zusammensetzung treibt und den während des Metallauflösebereichs im Standardbad verbrauchten Strom mißt und eine Korrelation zwischen der Konzentration und dem Verhältnis der Stromwe-te bei den Bädern bekannter Qualität und dem Standardbad ermittelt und schließlich den verbrauchten Strom bei dem Bad, dessen Qualität bestimmt werden soll, durch den bei dem Standardbad verbrauchten Strom dividiert und das Verhältnis mit der Korrelation vergleicht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Relativbewegung durch Rotation der Arbeitselektrode herbeiführt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arbeitselektrode durch eine Vielzahl von Arbeitszyklen treibt, bis ein Fließgleichgewicht erhalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der voltrammetrische Zyklus über den Metallauflösebereich hinaus erstreckt.

8 0 9 8 2φ/ 0 8 3 5

11. Vorrichtung zur Bewertung der Qualität von Elektroplattierbädern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7,23) zum Treiben einer Arbeitselektrode (1,13) über mindestens einen voltammetrisehen Zyklus mit einem Metallplattierbereich und einem Metallauflösebereich in mindestens zwei Bädern bekannter Plattierqualität und einem Bad, dessen Plattierqualität ermittelt werden soll; durch eine Einrichtung (9,27) zur Messung des während des Metallauflösebereichs des Zyklus verbrauchten Stroms bei jedem der Bäder bekannter Plattierqualität und bei dem Bad, dessen Plattierqualität ermittelt werden soll; durch eine Einrichtung (8,29) zur Korrelierung der Qualität der Bäder bekannter Plattierqualität mit dem während des Metallauflösebereichs verbrauchten Strom und eine Einrichtung (8,29) zum Vergleich des bei dem Bad mit zu ermittelnder Qualität verbrauchten Stroms mit der Korrelation.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Funktionsgenerator (7,23) zum Treiben der Arbeitselektrode (1,13).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtung eine Gegenelektrode (3,15) umfaßt, welche in das Plattierbad (5,19) neben der inerten Arbeitselektrode (1,13) eintaucht sowie ein in Reihe mit der Gegenelektrode (3,15) und dem Funktionsgenerator (7,23) geschaltetes Strommeßgerät (9,27).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch einen Motor (21) zur Rotation der Arbeitselektrode (13).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch einen Minicomputer (8,29) zur Durchführung der Korrelation und des Vergleichs.

0835

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor (8,29) zur Durchführung der Korrelation und des Vergleichs.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine inerte Arbeitselektrode (13), eine Referenzelektrode (27), eine Gegenelektrode (15), welche in das Elektroplattierbad (19) eintauchen, sowie durch einen elektronischen Potentiostaten (25), welcher mit der Referenzelektrode (17) und der Gegenelektrode (15) verbunden ist, sowie einen Funktionsgenerator (23), welcher in Reihe mit der Arbeitselektrode (13), der Strommeßeinrichtung (27) und dem Potentiostaten (25) liegt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommeßgerät (27) ein Coulometer umfaßt.

8098 2^/08