DE2759952C2 - Process for the operational control of a copper plating bath that works without an external power supply - Google Patents

Process for the operational control of a copper plating bath that works without an external power supply

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DE2759952C2
DE2759952C2 DE2759952A DE2759952A DE2759952C2 DE 2759952 C2 DE2759952 C2 DE 2759952C2 DE 2759952 A DE2759952 A DE 2759952A DE 2759952 A DE2759952 A DE 2759952A DE 2759952 C2 DE2759952 C2 DE 2759952C2
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Charles Rowland 11756 Levittown N.Y. Funk
John Paul 11762 Massapequa Park N.Y. Karas
Rudolph J. 11787 Hauppauge N.Y. Zeblisky
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines ohne äußere Stromzufuhr arbeilenden Verkupferungsbades unter Verwendung des beim Abscheidungsvorgang sich als Funktion der Oxidation und Reduktion ausbildenden und als Mischpotential gemessenen Badparameters.The invention relates to a method for Operational control of a person working without an external power supply Copper plating bath using the deposition process as a function of oxidation and reduction of forming bath parameters measured as mixed potential.

Die automatische Steuerung von stromlos arbeitenden Metallisierungsbädern über das Redox-M ischpotentIaI ist allgemein bekannt und für ein wirtschaftliches Arbeiten solcher Bäder unerläßlich. So ist beispielsweise für das Durni-Coat-Verfahren eine kontinuierlich arbeitende Anlage bekannt, die in Verbindung mit der stromlosen Vernickelung von Gegenständen sich verschiedenerThe automatic control of electroless metallization baths via the redox mixpotentIaI is generally known and indispensable for an economical operation of such baths. For example, for the Durni-Coat process a continuously working system known, which in connection with the currentless Nickel plating of objects is different

ίο Meßsonden bedient, die für eine Mehrzahl von Parametern eingesetzt werden, so für die Temperaturmessung, die Messung des pH-Wertes, die Nickelionenkonzentrat'Mn, d!e Stabilisator- und Reduktionsmittelkonzentration sewie die Trübung des Bades. Die von den Meßsonden kontinuierlich gelieferten elektrischen Signale werden über einen Prozeßrechner korreliert und zur Steuerung der entsprechenden Betriebsdaten benutzt (Stromloses Dickvemickeln nach dem Kanigen-Durnl-Coat- und Nibodurverfahren 1971, S. 9 bis 10).ίο measuring probes operated for a plurality of parameters are used, so for temperature measurement, measurement of the pH value, the nickel ion concentrate'Mn, The stabilizer and reducing agent concentration as well as the cloudiness of the bath. The ones from the probes continuously supplied electrical signals are correlated via a process computer and used for control the corresponding operating data is used (electroless thick nickel plating according to the Kanigen-Durnl-Coat and Nibodurverfahren 1971, pp. 9 to 10).

Auch !st ein Meßverfahren und deren rcgcltcchnische Anwendung für kontinuierliche, stromlose Metallisierungsanlagen vorbeschrieben worden, bei dem efne spezielle Einrichtung zum Messen des pH-Wertes verwendet wird, die derart arbeitet, daß aus dem Kreislauf, der zum Konstanthalten der Temperatur über ein iieizsystem verläuft, im Nebenstromkreis kontinuierlich Proben entnommen werden. Die Probe wird jeweils vor dem Einbringen in die Meßkammer über einen Kühler geleitel, der die Probentemperatur von 68" C auf ca. 20J C herabsetzt, wobei auch bei einem langfristigen Einsatz der Elektroden keine Verkupferung des Diaphragmas zu beobachten war, so daß hiermit eine kontinuierliche Messung des pH-Wertes von reduktiv arbeitenden Verkupferungsbädern gewährleistet ist. Diese Messung Ist die Voraussetzung für die kontinuierliche Regelung des pH-Wertes, wobei parallel auch die Metallionenkonzentration und die Baddichte zum automatischen Betreiben des Bades kontrolliert werden (Dissert&Uen 1972 von ü. Herrmann, TU Clausthal).A measuring method and its technical application for continuous, electroless metallization systems has also been described above, in which a special device is used for measuring the pH value, which works in such a way that the circuit, which runs via an heating system to keep the temperature constant, Samples are continuously taken in the bypass circuit. The sample is geleitel respectively before introduction into the measuring chamber via a cooler which lowers the sample temperature of 68 "C to about 20 J C, was said to be observed even in a long-term use of the electrodes no copper plating of the diaphragm, so that hereby a Continuous measurement of the pH value of reductive copper plating baths is guaranteed. This measurement is the prerequisite for the continuous regulation of the pH value, whereby the metal ion concentration and the bath density for the automatic operation of the bath are controlled in parallel (Dissert & Uen 1972 by ü. Herrmann, Clausthal University of Technology).

Die Verwendung von Vergleichselektroden zur Messung des Melallelektrodenmischpotemials In stromlosen Vernickelungsbädern In Verbindung mit einem Verfahren zum Messen des Mischpotentials Ist gleichfalls nicht neu (vgl. US-PS 33 75 178), wobei dort die Messung des Mischpotentials jedoch ausschließlich zur Feststellung desjenigen Zeltpunktes dient, zu welchem die Metallabscheidung Im Bad einsetzen soll.The use of comparison electrodes for measurement of the mixed electrode potential in electroless nickel-plating baths In connection with a process for measuring the mixed potential is also not new (see. US-PS 33 75 178), where the measurement of the However, the mixed potential is used exclusively to determine the point at which the metal deposition occurs Should use in the bathroom.

Bei den vorstehend genannten bekannten Verfahren wird zwar zum Zwecke des Ergänzens einzelner Badkomponenten beim kontinuierlichen Betrieb von stromlos arbeitenden Metallisierungsbädern mit den Mitteln der bekannten Regeltechnik gearbeitet, wobei aber entweder das Mischpotential für den Regelvorgang keine Rolle spielt oder dem vorstehend genannten einzigen Zweck dient. Ganz allgemein ist in einer theoretischen Arbeit über Abscheldungserschelnungen beim stromlosen Verkupfern aus Kupfersulfatlösungen, die EDTA enthalten, davon gesprochen worden, daß unerklärliche Verhaltenswelsen beim Abscheiden des Kupfers aus Kupfersulfatlösungen und EDTA als Komplexbildner enthaltenden Lösungen das sich einstellende Mischpotential eine Rolle spielen kann (vgl. Plating 55, 1968, S. 1161 bis 1167).
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Badaktlvltät durch Messung des Mischpotentials erfaßt und zur Regelung bestimmter Badkomponenten benutzt werden kann, um die Abschel-
In the above-mentioned known methods, the means of known control technology are used for the purpose of supplementing individual bath components in the continuous operation of electroless metallization baths, but either the mixed potential for the control process does not play a role or serves the sole purpose mentioned above. Quite generally, in a theoretical work on shelling of copper plating with electroless copper from copper sulfate solutions containing EDTA, it has been said that inexplicable behavior when copper is deposited from copper sulfate solutions and solutions containing EDTA as a complexing agent, the resulting mixed potential can play a role (cf.Plating 55, 1968, pp. 1161 to 1167).
The present invention is now based on the task of developing a method of the type mentioned at the beginning in such a way that the bath activity is detected by measuring the mixed potential and can be used to regulate certain bath components in order to

ΐ dungsgeschwlndlgkelt und damit die Badaktivität in M optimalen Grenzen halten zu können.
ti Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
ΐ Swinging swirls and thus being able to keep the bath activity within M optimal limits.
ti This object is achieved according to

durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

K Vorteilhafte Ausgestaltungen und WeiterbildungenK Advantageous developments and further developments

y-.[. dieser Aufgabenlösung ergebsn sich aus den Unteran-ΐ Sprüchen. y -. [. This task solution results from the sub-ΐ sayings.

V Wesentlich bei dem vorliegenden Verfahren ist, daßV It is essential in the present process that

'' die Ausnutzung des Meßwertes des Mischpotentials für ^ den vorliegenden Zweck nur dann in vorteilhafter Weise möglich ist, wenn das Mischpotential auf einem ;''- bestimmten vorgegebenen konstanten Wert gehalten {''■ wird, der von der Sollzusammensetzung der Badlösung '■:■■■ abhängt. Der Wert des Mischpot-entials ist somit ein für ;% die Badaktivität charakteristischer Wert, der keinesfalls si: mit der Badkonzentration gleichzusetzen Ist.
Ψ- Wird beispielsweise unter sonst konstant gehaltenen
'' The use of the measured value the present purpose only is the mixed potential for ^ advantageously possible when the mixed potential on a; '' - held certain predetermined constant value { '' ■ is that of the target composition of the bath solution '■: ■■■ depends. The value of the mixed potential is therefore a value that is characteristic of the bath activity, which is by no means to be equated with the bath concentration.
Ψ- Is, for example, kept constant under otherwise

i; Bedingungen das Mischpotential zur Messung der Badak- % tivität eines diese positiv bzw. eines diese negativ beeiniS flussenden Badbestandteils benutzt, so kann das Meß- :?j signal bzw. die Abweichung von einem Sollwert zur i; Rückführung der Aktivität auf den gewünschten Wert ft vermittels Zugabe des betreffenden Badbestandteils die- f', nen. Wird eine zweiwertige Schwefelverbindung als Badf. zusatz benutzt, so bedingt deren Konzentrationsabnahme ; f einen Anstieg der Badaktivität; eine zu hohe Konzen-" tration führt andererseits zu einer unerwünsch'en Ver- ; ringerung der Badaktivität, die bis zum Stillstand der Abscheidung führen kann. Die Messung derartiger Badzu-' Sätze mit analytischen Mitteln stößt wegen der außerordentlich geringen Konzentrationen, in denen jene Zusätze benutzt werden, auf große Schwierigkeiten. Beim vorliegenden Verfahren wird vorteilhafterweise die Aktivität des Bades vermittels Mischpoientla! bestimmt und dessen Abweichung vom Sollwert benutzt, um mittels üblicher automatischer Zugabeverfahren so viel an zweiwertiger Schwefelverbindung zuzuführen, daß das Mlschpotentlal wlecor auf den Sollwert zurückgeführt wird.i; Conditions, the mixed potential for measuring the Badak-% tivity of these positive or a negative beeiniS this flow ends Badbestandteils used, the measurement can be:? J signal or the deviation from a target value to i; Returning the activity to the desired value by means of the addition of the relevant ft Badbestandteils DIE f ', NEN. If a divalent sulfur compound is used as Badf. if used as an addition, it causes a decrease in concentration; f an increase in bath activity; too high concen- "tration other hand, leads to a comparison unerwünsch'en;. ringerung the bath activity, which can lead to a stop of the deposition, the measurement of such Badzu- 'sets of analytical means abuts due to the extremely low concentrations in which those With the present method, the activity of the bath is advantageously determined by means of a mixing poientla! And its deviation from the nominal value is used in order to add enough divalent sulfur compound by means of the usual automatic addition method that the Mlschpotentlal wlecor is returned to the nominal value.

Es Ist weiterhin auch möglich, unabhängig oder zugleich mit der Messung der Aktivität ah Funktion eines üblicherweise badstablllslersnden und die Aktivität verringernden Zusatzes einen zweiten Zusatz zugabemäßig mittels Mischpotential zu kontrollleren, der die BadaktlvitiU erhöht. Auch hierbei wird die Abweichung vom Sollwert dazu benutzt, in Zugaben vermittels vorzugsweise automatischer Einrichtungen zu bewerkstelligen, bis die durch das Mischpotential angezeigte Badaktivität wieder den Sollwert erreicht hat. Als typisches Beispiel hierfür kann die Formaldehydzugabe genannt werden, bei der, ähnlich wie bei dem zuvor angeführten Beispiel, die Konzentrationsbestimmung vermittels üblicher analytischer Methoden wegen der Kompliziertheit und Unzuverlässigkeit wenig zufriedenstellend Ist.It is also possible to function independently or simultaneously with the measurement of the activity ah an additive that is usually used to stabilize the bath and reduce the activity, a second additive can be added to be controlled by means of mixed potential, which increases the BadaktlvitiU. Here, too, the deviation used by the nominal value to accomplish in additions by means of preferably automatic devices, until the bath activity indicated by the mixed potential has reached the setpoint again. As a case in point for this, the addition of formaldehyde can be mentioned, in which, similar to the example given above, the concentration determination by means of usual analytical methods because of the complexity and Unreliability is unsatisfactory.

Weiterhin Ist als besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens anzuführen, daß Aktivitätsvariationen, die durch Konzentrationsänderungen der sonstigen Bestandteile Innerhalb bestimmter Grenzen, wie sie an sich für d|e Badführung zulässig wären, jedoch wegen Ihrer Unkontrolllerthelt bisher außerordentlich störend waren, automatisch zu kompensieren sind. Wird beispielsweise durch Temperatur- bzw. pH-Wen-Schwankungen und dergleichen die Badaktivität innerhalb gewisser Grenzen erhöht, so wird diesem Umstand durch das vorliegende Verfahren automatisch dadurch Rechnung getragen, daß die Zugabe der mlschpo.cntlalabhänglgen Komponente oder Komponenten lediglich derart erfolgt, daß sich das vorgegebene Mlschpotentlal und damit die vorgegebeneFurthermore, is a particular advantage of the present Procedure to indicate that activity variations caused by changes in the concentration of the excipients Within certain limits, as would be permissible per se for bathing, but because of you Uncontrollers have been extremely annoying up to now and have to be automatically compensated. For example the bath activity within certain limits due to temperature or pH fluctuations and the like this fact is increased by the present Method automatically taken into account that the addition of the mlschpo.cntlalabhänglgen component or components is only done in such a way that the specified Mlschpotentlal and thus the specified

Badaktivität einstellt.Ceases bath activity.

Ein typisches, stromlos Kupfer abscheidendes Bad besteht aus einem Kupfersalz, einem Komplexbildner, einer Lauge, einer Komponente zur Verbesserung der Duktilität der abgeschiedenen Kupferschicht, einem Stabilisator und einem Netzmittel. Die Zusammensetzung kann beispielsweise folgende sein:A typical electroless copper-depositing bath consists of a copper salt, a complexing agent, a lye, a component to improve the ductility of the deposited copper layer, a stabilizer and a wetting agent. The composition can be, for example, the following:

(1) 0,02 bis 0,08 Mol/l CuSO4 oder CuCI2;(1) 0.02 to 0.08 mol / l CuSO 4 or CuCl 2 ;

(2) NaOH oder KOH In einer Menge, daß der pH-Wert '" der Lösung zwischen 11 und 14 liegt; ,?(2) NaOH or KOH in an amount that the pH value of the solution is between 11 and 14;

(3) 0,01 bis 3,0 Mol eines Reduktionsmittels, wie Formaldehyd oder ein Hydrid, wie Borhydrid oder Aminoboran; (3) 0.01 to 3.0 moles of a reducing agent such as formaldehyde or a hydride such as borohydride or aminoborane;

(4) 0,02 bis 0.4 Mol Komplexbildner, wie Na4EDTA, K- ]i Na-Tartrat, HPÄ [Tetrak!s-(2-hydroxypropyI)-äthylendiamin], ein Polyalkanolamirr oder eine Aminosäure; (4) 0.02 to 0.4 mol of complexing agents, such as Na 4 EDTA, K- ] i Na tartrate, HPE [tetrak (2-hydroxypropyl) ethylenediamine], a polyalkanolamine or an amino acid;

(5) 10-J Ws ΙΟ"1 g/l Duktllitätspromotor wie NaCN:(5) 10- J Ws ΙΟ " 1 g / l ductility promoter such as NaCN:

(6) 10-' bis 10"3 g/i eines Stabilisator, sowie(6) 10- 'to 10 " 3 g / i of a stabilizer, as well

(7) bis zu 5 g/i eines NeUmiiieis, wir Aikyiphenoxy- oder Polyäthoxyphosphatester.(7) up to 5 g / l of a new egg, such as aikyiphenoxy- or polyethoxyphosphate ester.

Neben den oben beispielsweise erwähnten Bestandteilen, aus denen das Bad ursprünglich zusammengesetzt ist, entnält das Kupferabscheidungsbad im Betrieb noch eine Anzahl von während des Badbetriebes entstehenden Nebenprodukten.In addition to the components mentioned above, for example, from which the bath is originally composed, the copper deposition bath still draws during operation a number of by-products generated during bath operation.

Die Badparameter, wie beispielsweise pH-Wert, Kupferionenkonzentration. Reduktionsmittelkonzentration.The bath parameters, such as pH value, copper ion concentration. Reducing agent concentration.

jo Konzentration des Komplexbildners, Temperatur. Abscheidungsgeschwindigkeit, Badbeladung, Art und Intensität der Badbewegung, Geschwindigkeit der Entfernung des bei der Reduktion gebildeten Wasserstoffs. Konzentration der bei der Reduktion entstehenden Nebenprodukte, und die Menge an vergiftenden Stoffen, werden durch regelmäßige Analyse der Badbestandteile und entsprechende Chemikalien-Zusätze möglichst konstant gehalten.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen automatischen Kon-';ollverfahren wird über die Bestimmung des »Mischpotentials« eine weitere Kontrollmöglichkeit vorgegeben, wobei das Mischpotential zur Steuerung der Badbedingungen, Insbesondere als Meßgröße zur Steuerung der die Aktivität des Bades bzw. diu Konzentration der badstabilisierenden Zusätze, verwendet wird. Die Kontrolle bestimmter Badstablllslerungsmlttel durch chemische Analyse Ist bekanntlich wegen den In der Regel außerordentlich geringen Konzentrationen sehr schwierig, so daß bisherige Versuche, das Mischpotential zur Bestimmung der slabllisatorabhängigen Badaktivität zu benutzen, unbefriedigende Ergebnisse zeitigten, weil zu vieJe andere Komponenten das Mischpotential beeinflussen.
Das vorliegende Verfahren zur Betrlebssteuerung eines stromlos arbeitenden Verkupferungsbades überwindet die bisherigen Nachtelle und ermöglicht eine zuverlässige Badarbelt und die Verbindung des Spontanzerfalls der Badlösung.
Es ist vorteilhaft, bei dem vorliegenden Verfahren mit
jo concentration of the complexing agent, temperature. Deposition rate, bath loading, type and intensity of bath movement, rate of removal of the hydrogen formed during the reduction. The concentration of the by-products resulting from the reduction and the amount of poisoning substances are kept as constant as possible through regular analysis of the bath components and the corresponding chemical additives.
In addition to the automatic control methods already described, another control option is specified by determining the "mixed potential", the mixed potential being used to control the bath conditions, in particular as a measured variable for controlling the activity of the bath or the concentration of the bath-stabilizing additives, is used. The control of certain bath stabilizers by chemical analysis is known to be very difficult because of the usually extremely low concentrations, so that previous attempts to use the mixing potential to determine the slabllizer-dependent bath activity have produced unsatisfactory results because too many other components influence the mixing potential.
The present method for operating a currentless copper plating bath overcomes the previous drawbacks and enables a reliable bath belt and the connection of the spontaneous decay of the bath solution.
It is advantageous to use in the present method

so zwei Elektroden zu messen, wobei auf der einen Elektrode Metall abgeschieden wird, während JIe andere als Referenzelektrode dient. Das Mischpotential wird In einem bestimmten Tolerarizbereich konstant gehalten. Dieser Toleranzberelul bestimmt sich durch verschleiß dene Faktoren, beispielsweise durch die Zusammensetzung der Badlösung oder die Beschaffenheit der Vergleichselektrode.
Zur Bestimmung des Mlschpotentlals können sich
so to measure two electrodes, whereby metal is deposited on one electrode, while the other serves as a reference electrode. The mixed potential is kept constant within a certain tolerance range. This tolerance range is determined by factors that wear out, for example the composition of the bath solution or the nature of the reference electrode.
To determine the Mlschpotentlals

beide Elektroden Innerhalb des Abscheldungsbades befinden. Arbeitet das Bad jedoch bei hohen Temperaturen, so Ist es angebracht, die Referenzelektrode In einer gesonderten Kammer unterzubringen.Both electrodes are located within the separation bath. However, if the bath operates at high temperatures, so it is appropriate to put the reference electrode in a to accommodate a separate chamber.

Die Cu" Ionen-Konzentration kann kolorimetrisch durch Messen der Absorption Im roten Spektralbereich bestimmt werden. Dabei Ist zu beachten, daß diese Messung durch den pH-Wert, die Temperatur und einige Komplexbildner beeinflußt werdtn kann; entsprechende Korrekturen sind deshalb vorzunehmen.The Cu "ion concentration can be colorimetric by measuring the absorption in the red spectral range to be determined. It should be noted that this measurement by the pH value, the temperature and some Complexing agents can be influenced; Corresponding corrections must therefore be made.

Die Cyanld-Konzentratlon kann vermittels handelsüblicher Spiezlalelektroden durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß die Badnktlvltät soweit herabgesetzt wird, daß sich auf der Meß- bzw. Verglelchselektrode kein Metall niederschlügt. Auch bei dieser Messung sind Temperatur und pH-Wert zu berücksichtigen.The cyanide concentrate can be obtained by means of commercially available Special electrodes are carried out, provided that that the bath level is reduced to such an extent that there is no metal on the measuring or comparison electrode knocks down. Also with this measurement are temperature and pH value to be taken into account.

Die Formaldehyd-Konzentratlon kann ebenfalls kolori-• metrisch oder photometrisch bestimmt werden, indem man ein Reagenz zusetzt, das mil Formaldehyd farbige Verbindungen bildet. Eine weitere Methode besteht darin, den pH-Wert der Lösung soweit zu senken, daß Formaldehyd mit einem Überschuß von zugesetztem Natrlumsulfli reagiert. Die durch die Reaktion bedingte Erhöhung des pH-Wertes ist ein Maß für die Formaldehyd-Konzentration, wobei der Ausgangs-pH-Wert so gewählt wird, daß der nach der Reaktion entstehende pH-Wert in einem günstigen Meßbereich liegt.The formaldehyde concentrate can also be colored • be determined metrically or photometrically by adding a reagent which colored with formaldehyde Forms connections. Another method is to lower the pH of the solution to such an extent that Formaldehyde reacts with an excess of added sodium sulphide. The one caused by the reaction An increase in the pH value is a measure of the formaldehyde concentration, wherein the starting pH is chosen so that the resulting after the reaction pH value is in a favorable measuring range.

Die Konzentration der Reaktions-Nebenprodukte kann durch Dichtebestimmungen der Badlösung festgestellt werden.The concentration of the reaction by-products can be determined by determining the density of the bath solution will.

Das »Mlschpotenlial« der Badflüssigkelt Ist grundsatzlich die Summe der Halbreaktlonen, welche im wesentlichen aus der Oxidation des Reduktionsmittels und der Reduktion der Kupferionen zu metallischem Kupfer bestehen. Laufen auf der gleichen leitfähigen Oberfläche mehrere Oxidallon/Redukiions-Prozesse gleichzeitig ab, so hat jede Reaktion Ihre eigenes Gleichgewicht und Iht eigenes Elektroden-Potential. Da aber jeweils nur ein Potential auf einer leitenden Elektrodenoberfläche bestehen kann, bildet sich während des Reaktionsabiaufs ein stetiges Potential, dus »Mischpotential«, aus.The "Mlschpotenlial" of the bath liquid is fundamental the sum of the half-reactions, which essentially result from the oxidation of the reducing agent and the Reduction of the copper ions to metallic copper exist. Running on the same conductive surface several Oxidallon / Redukiions processes at the same time, so each reaction has its own equilibrium and ith own electrode potential. But since there is only one potential on a conductive electrode surface can, a constant potential, dus "mixed potential", develops during the course of the reaction.

Das Mischpotential eines stromlos Metall abscheidenden Bades wird vermittels von zwei Elektroden gemessen, wobei sich die Metallabscheldungselektrode in der Arbeitsbadflüssigkeit befindet und eine Vergleichselek- « trade In deren unmittelbarer Nähe. Das Mischpotential entsteht durch die Abscheidungsreaktion und wird zwischen Abscheidungs- und Vergleichselektrode gemessen.The mixed potential of an electroless metal-depositing bath is measured by means of two electrodes, the metal isolation electrode is in the working bath liquid and a comparison electrode trade In their immediate vicinity. The mixed potential arises from the deposition reaction and is measured between the deposition and comparison electrodes.

Die Abscheidungselektrode besteht aus einer Metall-, beispielsweise Platinunterlage mit einem Kupferüberzug, so auf denn sich ständig Kupfer aus der Badflüssigkelt abscheidet. Nahezu jede Metallelektrode ist nach dem Einbringen in ein stromlos Kupfer abscheidendes Bad sofort mit einer Kupferschicht überzogen.The deposition electrode consists of a metal, for example platinum, backing with a copper coating, see above because copper is constantly separating out of the bath liquid. Almost every metal electrode is after the When placed in an electroless copper plating bath, immediately coated with a copper layer.

AsI Vergleichselektrode kann entweder eine Kalomel- oder eine Silber/Chlorsilber-Elektrode verwendet werden. AsI comparison electrode can either be a calomel or a silver / chlorosilver electrode can be used.

Die Bestimmung des Mischpotentials in der aktiven Badflüssiigkeit weist gewisse Schwierigkeiten auf. Beispielsweise beträgt die Temperatur des Arbeitsbades zwlsehen 40 und 95° C. Wird unter diesen Bedingungen die Vergleichselektrode neben der Abscheidungselektrode angebracht, so wird sich in der Regel Kupfer auch auf der Vergleichselektrode niederschlagen und diese dadurch unbrauchbar machen; wird die Vergleichselektrode weiter entfernt von der Abscheidungselektrode angeordnet, so sind die Meßbedingungen instabil. Zufriedenstellenden Ergebnisse kann man erzielen, wenn man die Verglelchselektrode In einer getrennten Kammer bei reduzierter Temperatur und Badbewegung anbringt, welche über ein Flüssigkeilsbrücke mit der aktiven Badflüssigkelt und der darin angebrachten Abscheidungselektrode verbunden Ist, wobei die Flüssigkeitsbrücke möglichst kurz (S bis 10 cm) gehalten werden sollte.The determination of the mixing potential in the active bath liquid presents certain difficulties. For example the temperature of the working bath is between 40 and 95 ° C. Under these conditions the If the comparison electrode is placed next to the deposition electrode, then copper will usually also appear on the Knock down the reference electrode and thereby render it unusable; the comparison electrode will continue If it is located away from the deposition electrode, the measurement conditions are unstable. Satisfactory Results can be achieved if the comparison electrode is placed in a separate chamber at reduced Temperature and bath movement applies, which over a liquid wedge bridge with the active bath liquid and the deposition electrode mounted therein is connected, the liquid bridge as possible should be kept short (S to 10 cm).

Die Kammer mit der Verglelchselektrode kann gegen die der Abscheidungselektrode wärmeisoliert sein. Der Kontakt zwischen der Verglelchselektrode und der aktiven Badflüssigkelt wird vorzugsweise über ein Verbindung hergestellt, die eine Inerte Salzlösung enthalt und die einerseits mit der Kammer der Verglelchselektrode und andererseits mit der aktiven Badflüssigkelt durch je eine poröse Membran In Verbindung steht. Die Aktivität der Badflüssigkelt in der Vergleichselektrodenkammer wird durch Reduzierung von Badtemperatur und -bewegung herabgesetzt.The chamber with the comparison electrode can be used against that of the deposition electrode must be thermally insulated. Of the Contact between the comparison electrode and the active bath liquid is preferably via a connection produced, which contains an inert salt solution and which on the one hand with the chamber of the comparison electrode and on the other hand with the active bath liquid through each a porous membrane is in communication. The activity the bath liquid in the comparison electrode chamber is reduced by reducing the bath temperature and movement degraded.

Zwischen der Konzentration der einzelnen Badkomponenten und dem Mischpotential besteht kein einfacher Zusammenhang; so hat z. B. eine Konzentrationsänderung der Badkomponenten keinen linearen Anstieg des Mischpotentials zur Folge. Wird beispielsweise die Konzentration des Formaldehyds soweit erhöht, daß nicht mehr genügend Kupferionen zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Verfügung stehen, so steigt das Mischpotential nicht welter an.Between the concentration of the individual bath components and the mixed potential there is no simple relationship; so has z. B. a change in concentration of the bath components does not result in a linear increase in the mixed potential. For example, the concentration of formaldehyde is increased to such an extent that there are no longer enough copper ions to increase the rate of reaction are available, the mixed potential does not increase any longer.

Entsprechend der vorliegenden Verfahrenswelse Ist das Mischpotential der Badflüssigkelt innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen zu halten. Für kommerzielle Verkupferungsbsder ergab sich ein Bereich zwischen -200 mV und -1,5 V, gemessen gegen eine Standard-Kalomel-Elektrode, und -115 mV und 1,455 V, gemessen gegen eine Silber/Chlorsllber-Elektrode, als günstigster Wert. Vorteilhafterweise wird das Mischpotential auf Werte zwischen -600 bis -850 mV, gemessen gegen eine Kalomelelektrode, und auf -555 bis -805 mV, gemessen gegen eine Silber/Chlorsllber-Elektrode, eingestellt.This is in accordance with the present procedural system Mixing potential of the bath liquid within certain Maintain tolerance limits. For commercial copper plating the result was a range between -200 mV and -1.5 V, measured against a standard calomel electrode, and -115 mV and 1.455 V, measured against a silver / chlorine-silver electrode, as the most favorable value. Advantageously the mixed potential is set to values between -600 to -850 mV, measured against a calomel electrode, and to -555 to -805 mV, measured against a silver / chlorine silver electrode.

Die besten Ergebnisse werden bei Werten zwischen -630 bis -760 mV (Standard-Kalomel-Elektrode) und -585 bis 715 mV (Silber/Chlorsllber-Elektrode) erzielt. Bei Verwendung einer Standard-Kalomel-Elektrode welchen die Meßwerte gegenüber anderen Elektroden, beispielsweise Sllber/Chlorsllber-Elektroden, um etwa 45 mV ab. In der Praxis kann eine Abweichung des Mischpotentials gegen den festgelegten Sollwert von ±5 mV bis ±50 mV in Kauf genommen werden; vorzugsweise wird der Wert aber In Grenzen zwischen ±10 bis 2.25 mV gehalten. Beispielsweise liegt der Sollwert für ein spezifisches Verkupferungsbad auf EDTA-Basis bei -675 mV ±10 mV oder ±25 mV.The best results are obtained with values between -630 to -760 mV (standard calomel electrode) and -585 to 715 mV (silver / chlorine silver electrode) achieved. If using a standard calomel electrode, which one the measured values compared to other electrodes, for example silver / chlorine-silver electrodes, by about 45 mV. In practice, there may be a deviation in the mixed potential can be accepted against the specified target value of ± 5 mV to ± 50 mV; preferably However, the value will be within a range of ± 10 to 2.25 mV held. For example, the target value for a specific copper plating bath based on EDTA is -675 mV ± 10 mV or ± 25 mV.

Die für das vorliegende Verfahren benutzte Vorrichtung bestimmt die einzelnen Badparameter und stellt diese auf die gewünschten Werte ein. Nachdem sich praktisch alle Parameter bestimmend auf das Mischpotential auswirken, wird man praktischerweise nur die Badparameter bestimmen und einstellen, die den größten Einfluß auf das Mischpoientlal haben. Hierzu gehören Kupferionen-Konzentration, aktive Konzentration des Reduktionsmittels, aktive Konzentration des Stabilisators, pH-Wert und Temperatur. Vorzugsweise wird mit der Vorrichtung das Mischpotential gemessen und die Temperatur, der pH-Wert, die Kupferionenkonzentration und die Stabilisator-Konzentration bestimmt und innerhalb vorgegebener Werte gehalten. Die Vorrichtung wird so ausgelegt, daß die entsprechende Zugabe Folge der Messung Ist, wobei auch die Temperatur automatisch eingestellt wird. Die Vorrichtung mißt das Mischpotential und stellt die Temperatur, die Kupferionenkonzentra-The device used for the present process determines and sets the individual bath parameters adjust these to the desired values. After practically all parameters determine the mixed potential effect, you will practically only determine and set the bath parameters that are greatest Have influence on the mixed pool. These include copper ion concentration, active concentration of the Reducing agent, active concentration of the stabilizer, pH and temperature. Preferably with the device measured the mixed potential and the temperature, the pH value, the copper ion concentration and the stabilizer concentration is determined and kept within predetermined values. The device will designed so that the corresponding addition is a consequence of the measurement, with the temperature also being automatic is set. The device measures the mixed potential and sets the temperature, the copper ion concentration

tion und den pH-Wert ein und paßt gleichzeitig die aktive Stabilisator- und Reduktlonsmittelkonzentratlon entsprechend an, so daß das Mischpotential innerhalb des vorgegebenen Bereichs bleibt. In einer Ausgestaltungsform wird das Mischpotential gemessen und dementsprechend die Aktivität des Reduktionsmittels und/->ler des Stabilisators eingestellt und so das Mlschpoientl.d Innerhalb der vorgegebenen Sollwerte gehalten; außerdem wird die Temperatur automatisch bestimmt und geregelt und die Kupferkonzentration, der pH-Wert und die Cyanldkonzenuatlon stets auf Ihren Sollwerten gehalten.tion and the pH value and at the same time adapts the active stabilizer and reducing agent concentration accordingly, so that the mixed potential remains within the specified range. In one embodiment the mixed potential is measured and, accordingly, the activity of the reducing agent and / -> ler of the stabilizer set and so the Mlschpoientl.d Maintained within the specified setpoints; the temperature is also determined automatically and regulated and the copper concentration, the pH and the cyanide concentration is always on your target values held.

Die das Mischpotential beeinflussenden Parameter werden mit Hilfe der zuvor beschriebenen Vorrichtung gemessen, welche den jeweils zu bestimmenden und/oder zu steuernden Badparametern angepaßt wird und sowohl jeden Parameter einzeln als auch das Mlschpotentlal bestimmt.The parameters influencing the mixed potential are measured with the aid of the device described above, which is to be determined in each case and / or to be controlled bath parameters is adapted and each parameter individually as well as the Mlschpotentlal certainly.

Eine derartige Vorrichtung ist In Fig. I dargestellt und besteht aus einer Pumpe 1 zum Abpumpen einer Kontrollmenge der Badflüssigkeit als Tesiflüsslgkell, die Im Abscheidungstank 2 entnommen w<rd und durch ein Ventil 3 In eine Kammer 4 gelangt, wo sich die Abscheldungselektrode 5 befindet.Such a device is shown in Fig. I and consists of a pump 1 for pumping out a control amount of the bath liquid as a Tesiflüsslgkell, which Im Separation tank 2 is removed and passed through a valve 3 into a chamber 4 where the separation electrode is located 5 is located.

Angrenzend an die Kammer 4 Ist eine Kammer 6 mit der Vergleichselektrode 7, die zusammen mit der Abscheldeldungselektrode 5 zum Messen des Mischpotentials dient. Die Klammer 4 enthalt einen Thermistor 8, der auch In der Positon 9 oder dem Entgaser lOzum Enigr .~<en der Flüssigkeit angeordnet sein kann. Von der Kammer 4 wird die Testflüsslgkeit durch die Wärmeaustauscher U und 12 geleitet und anschließend In die Kammer 13, die zur kolorlmetrlschen Bestimmung des Kupferionengehaltes dient. Aus der Kammer 13 wird die Testflüssigkeit In die Kammer 15 geleitet, die ebenfalls einen Thermistor 16 enthalt und eine kombinierte pH-Wert-Vergielchseiektrode Π. Dann ffleßi die Testfiüsslgkelt über den ersten Wärmeaustauscher U zurück In den Abscheidungstank 2. Der zweite Wärmeaustauscher wird mit Wasser von außerhalb der Anlage gekühlt.Adjacent to the chamber 4 is a chamber 6 with the comparison electrode 7, which together with the shielding electrode 5 for measuring the mixed potential serves. The clamp 4 contains a thermistor 8, which is also in the position 9 or the degasser lOzum Enigr. ~ <En of the liquid can be arranged. Of the Chamber 4 is the test liquid through the heat exchanger U and 12 and then into the Chamber 13, which is used for the colorimetric determination of the copper ion content. From the chamber 13 is the Test liquid passed into the chamber 15, which also a thermistor 16 and a combined pH-value comparison electrode Π. Then the test fiows flow via the first heat exchanger U back into the separation tank 2. The second heat exchanger is cooled with water from outside the system.

Eine aodere Ausgestaltungsform der Vorrichtung wird in Flg. 2 dargestellt und dient zum Messen der Temperatur, der Kupferionenkonzentration, des pH-Wertes, der Cyanid- sowie Formaldehydaktivität sowie der Bestimmung der Menge an Nebenprodukten, die bei der Badarbelt anfallen.Another embodiment of the device is in fl. 2 and is used to measure the temperature, the copper ion concentration, the pH value, the Cyanide and formaldehyde activity as well as the determination of the amount of by-products that are produced in the Badarbelt attack.

Die Testflüsslgkeit wird vermittels einer Pumpe 19 der Badflüssigkeit 18 entnommen und durch das Ventil 20 In die Kammer 21 geleitet, die die Abscheldungseleklrode 22 enthält, welche In Verbindung mit der Verglelchselek- so trode 24 in der angrenzenden Kammer 23 zum Messen des Mischpotentials dient. Die Kammer 21 kann ebenfalls einen Thermistor 25 enthalten, der auch In Position 26 oder am Vergaser 27 angebracht sein kann.The test liquid is by means of a pump 19 of the Bath liquid 18 removed and passed through the valve 20 into the chamber 21, which the Abscheldungseleklode 22 contains which In connection with the Verglelchselek- so Trode 24 in the adjacent chamber 23 is used to measure the mixed potential. The chamber 21 can also contain a thermistor 25, which can also be mounted in position 26 or on the carburetor 27.

Aus der Kammer 21 wird die Testflüsslgkeit über die Wärmeaustauscher 28 und 29 in die Kammer 30 geleitet, weiche das Kupferkolorlmeter 31 und die Cyanldelektrode 32 enthält. Die Flüssigkeit wird dann In die Kammer 33 geleitet, die einen zweiten Thermistor 34 und eine pH-Wert-Meßelektrode 35 enthalt. Ein Teil der Testflüsslgkeit wird dann In Kammer 36 geleitet, In der Ihre Dichte und damit die Menge der gebildeten Nebenprodukte mit der Vorrichtung 37 bestimmt wird. Die restliche Testflüssigkeit wird In die Reagenzpumpe 38 geieitet, die sie in eine Vorrichtung pumpt, wo sie mit Luft beladen und mit Natriumsulfit versetzt wird. Von dort gelangt die Flüssigkeit In ein Mischgefäß 39, in dem sich eine Saure befindet. Die Versorgung mit Natriumsulfit und Säure erfolgt aus den Vorratsgefäßen 40 und 41. Die mit Säure und Natrlumsuiril angereicherte Flüssigkeit wird vom Mlschgefäß 39 In die Kammer 42 geführt, wo mit Hilfe der pH-Wert-VerglelchselektrodeThe test liquid is transferred from the chamber 21 via the Heat exchangers 28 and 29 passed into chamber 30, soft the copper color meter 31 and the cyan electrode 32 contains. The liquid is then placed in the chamber 33 passed, which contains a second thermistor 34 and a pH value measuring electrode 35. A part of Test liquid is then passed into chamber 36, in which Their density and thus the amount of by-products formed is determined with the device 37. The remaining test liquid is put into the reagent pump 38 geieitet, which pumps it into a device where it is charged with air and treated with sodium sulfite. from there the liquid arrives in a mixing vessel 39 in which there is an acid. The supply of sodium sulfite and acid comes from storage vessels 40 and 41. The liquid enriched with acid and sodium sulphate is from the mash container 39 into the chamber 42 where with the help of the pH value comparison electrode

43 ihr pH-Wert bestimmt wird. Der Anstieg des pH-Wertes Ist proportional der Menge des anwesenden Formaldehyds. 43 their pH is determined. The increase in pH is proportional to the amount of formaldehyde present.

Normalerwelse wird die Testflüsslgkeit durch das RohrNormally the test liquid will flow through the pipe

44 als Abfallflüsslgkelt abgeleitet. Wenn Ihre Zusammensetzung allerdings der der Badzusammensetzung entspricht, kann sie auch direkt oder zusammen mit dem anderen Teil der Testflüsslgkeit aus der Kammer 36 In den Abscheidungstank 18 zurückgeleltet werden.44 discharged as waste liquid. If your composition however that corresponds to the bath composition, it can also be used directly or together with the other part of the test liquid from the chamber 36 In the separation tank 18 can be geled back.

Die Testflüsslgkeit aus der Kammer 36 wird über den Wärmeaustauscher 28 und zurück In den Abscheldungstank 18 geleilet; der zweite Wärmeaustauscher 29 wird mit Kühlwasser von außerhalb der Anlage gekühlt.The test liquid from the chamber 36 is via the Heat exchanger 28 and back dropped into separation tank 18; the second heat exchanger 29 becomes cooled with cooling water from outside the system.

Die In den Flg. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen enthalten ebenfalls Steuergeräte zur automatischen Registrierung und Umsetzung der durch die Meßeinrichtungen gelieferten Signale. Jedes Prüfgerät erzeugt ein Millivolt-Signal, welches von einer Art Potentiometer, etwa einem Digital-Kontrollpotentiomeler, aufgefangen wird. Das Steuergerät ermöglicht das Messen und Auslösen entsprechender Reaktionen auf die gemessenen Werte mittels elektrischer Signale, vorzugsweise In Millivolt. Jedes erzeugte Signal wird an ein Potentiometer angelegt, dem bestimmte Grenzwerte vorgegeben sind. Das Potentiometer seinerseits erzeugt über ein Entscheidungsgatter oder dergleichen ein Ausgangssignal, wenn die Signale außerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegen, wodurch zum Beispiel die Zugabe einer bestimmten Menge einer bestimmten Chemikalie bewirkt wird. Stellt das Steuergerät einen zu niedrigen pH-Wert fest, so wird es die Zugabe einer bestimmten alkalischen Lösung bewirken. In einer anderen Ausgestaltungsform kann das Steuersignal die Zugabe von Stabiilsatorflüsslgkelt auslösen, wenn das Mischpotential einen Wert aufweist, der zu weit Im negativen Bereich Hegt, oder es löst Im entgegengesetzten Fall die Zugabe von Formaldehyd als Reduktionsmittel aus, wenn der Wert des Mlschpotentlals zu weit im positiven Bereich liegt.The In the Flg. 1 and 2 shown devices also contain control units for the automatic registration and implementation of the by the measuring devices delivered signals. Each test device generates a millivolt signal, which is controlled by a type of potentiometer, such as a digital control potentiometer. The control device enables measurement and triggering corresponding reactions to the measured values by means of electrical signals, preferably in millivolts. Each generated signal is applied to a potentiometer, which is given certain limit values. The potentiometer in turn generates an output signal via a decision gate or the like, if the signals are outside the specified limit values, which means, for example, the addition of a certain Amount of a certain chemical is effected. If the control unit detects a pH value that is too low, it cause the addition of a certain alkaline solution. In another embodiment, that can Control signal trigger the addition of stabilizer liquid when the mixed potential has a value that Too far in the negative realm, or it loosens in the opposite If the addition of formaldehyde as a reducing agent fails, if the value of the Mlschpotentlals is too far in the positive range.

In einer weiteren Ausgestaltungsform, bei der der Formaldehydgehalt, wie In Fig. 2 dargestellt, konstant gehalten wird, können Abweichungen der Werte des Mischpotentials andere Ursachen haben. Ein Anzeichen für die Zugabe von Stabilisator ist ein negativ abfallendes Potential. Wenn das Steuersignal für das Mlschpotentlal ansteigt, muß ein Beschleuniger oder ein Formaldehydoxldationskatalysator zugegeben werden.In a further embodiment in which the Formaldehyde content, as shown in Fig. 2, constant is maintained, deviations in the values of the mixed potential can have other causes. A sign there is a negative potential for the addition of stabilizer. When the control signal for the Mlschpotentlal an accelerator or a formaldehyde oxidation catalyst must be used be admitted.

Nachfolgend werden einige Beispiele aufgezeigt:Some examples are shown below: Vergleichsversuch AComparative experiment A

Das verwendete Kupferabscheldungsbad war wie folgt zusammengesetzt:The copper deposition bath used was composed as follows:

KupfersulfatCopper sulfate 10 g/l10 g / l Tetrakis-2-HydroxypropyiathylendlamlnTetrakis-2-hydroxypropylene ethylene chloride 17 g/l17 g / l Formaldehyd (37%)Formaldehyde (37%) i5 ml/li5 ml / l pH-WertPH value 12,812.8 Temperaturtemperature 28° C28 ° C NatrlumcyanldSodium cyanide 25 mg/125 mg / 1 KaliumsulfidPotassium sulfide 0,4 g/l0.4 g / l 2-Mercaptobenzothlazol2-mercaptobenzothlazole 0,04 g/l0.04 g / l

Der Kupferionengeftäü dieses Abseheidungsbades wurde standig vermittels eines Kolorimeter kontrolliert, welches gleichzeitig den erforderlichen Zusatz an Kupfersql fat steuerte. Das Tetrakjs-2-hydroxypropyläthyIendi-The copper ion structure of this deposit bath was constantly checked by means of a colorimeter, which at the same time controlled the required addition of Kupfersql fat. The Tetrakjs-2-hydroxypropyläthyIendi-

11 59 11 59

ίοίο

amln wurde bei der Beschichtung nicht verbraucht, so daß tägliche oder auch wöchentliche Kontrollen Und gegebenenfalls Zugaben ausreichten. Proportional zur Kupfersulfatzugabe wurde eine 37%lge FormaldehydlÖ-sung zugesetzt; zusätzlich wurde der Formaldehydgehalt täglich analysiert und entsprechende Mengen zugegeben. Der pH-Wert witrde standig kontrolliert, und zwar mit Hilfe einer Glaselektrode und einer Kalomelelektrode als Referenzelektrode. Das bei der pH-Wert-Messung entstehende Steuersignal steuerte gleichzeitig den NaOH-Zusatz. Natrlumcyanld wurde als wäßrige Lösung proportional zum NaOH zugegeben. Die Stabilisatorzugaben Kallumsulfld und 2-Mercaptobenzothlazol wurden entsprechend der Menge an plattiertem Kupfer und der verstrichenen Zelt bemessen.amln was not consumed during the coating process, so that daily or weekly checks and, if necessary, additions are sufficient. Proportional to The addition of copper sulfate became a 37% formaldehyde solution added; In addition, the formaldehyde content was analyzed daily and the appropriate amounts were added. The pH value is constantly monitored, with Using a glass electrode and a calomel electrode as a reference electrode. The resulting from the pH value measurement The control signal simultaneously controlled the addition of NaOH. Sodium cyanide was proportional as an aqueous solution added to the NaOH. The stabilizer additions kallumsulfld and 2-mercaptobenzothlazole were correspondingly the amount of copper plated and the amount of tent that has elapsed.

Das Mlschpotentlal wurde zwischen einer Im Abscheidungsbad befindlichen Platte und der Kalomelelektrode, die als Vergleichseiektrode für die pri-VVeri-Mcssung dient, bestimmt. Das Mlschpotentlal wies In diesem Fall sehr schwankende Werte zwischen - 520 mV und - 720 mV auf.The Mlschpotentlal was between an im deposition bath located plate and the calomel electrode, which is used as a comparison electrode for the pri-VVeri-Mcssung serves, determined. The Mlschpotentlal pointed in this case very fluctuating values between - 520 mV and - 720 mV.

Das Abscheidungsbad war schlecht zu steuern; entweder schlug sich das Kupfer auch auf den Gefäßwänden nieder und das Bad neigte zum spontanen Zerfall; oder, wenn genug schwefelhaltiger Stabilisator zugegeben wurde, zeigte das abgeschiedene Kupfer eine Dunkelfärbung, wurde passiv und die Abscheidung kam sehr bald völlig zum Erliegen.The deposition bath was difficult to control; either the copper hit the walls of the vessel down and the bathroom tended to decay spontaneously; or, if enough sulfur-containing stabilizer is added the deposited copper turned dark in color, became passive, and the deposition came very soon completely to a standstill.

Durch Erhöhen der Flüssigkeitsschicht irn Überlaufgefäß Wurde die Aufnahme von Sauerstoff verringert und die Abgabe von Wasserstoff erschwert, wodurch das Mlschpotentlal sich veränderte und nun einen Wert von -640 mV anzeigte. Die Höhe der Flüssigkeit Im Überlauf betrug nun etwa V4' der Höhe Im Abscheidungstank, wahrend sie zuvor nur etwa V1 betragen hatte. Durch Einstellen dieser Höhe und durch Regeln der Zugabe von schwefelhaltigem Stabilisator war es möglich, das Bad auf einem Mlschpotentlal von -635 mV ± !0 mV zu halten; es arbeitete ohne Unterbrechung zwei Wochen hintereinander zufriedenstellend. Dieser Versuch zeigt, daß das Mlschpotentlal zur Kontrolle und Regelung des Wasserstoff- und Sauerstoffgehaltes dienen kann.By increasing the layer of liquid in the overflow vessel, the uptake of oxygen was reduced and the release of hydrogen more difficult, as a result of which the pulp potential changed and now showed a value of -640 mV. The height of the liquid in the overflow was now about V 4 'of the height in the separation tank, while it had previously only been about V 1 . By adjusting this level and by regulating the addition of sulfur-containing stabilizer, it was possible to keep the bath at a Mlschpotentlal of -635 mV ± ! 0 mV; it worked satisfactorily for two consecutive weeks without a break. This experiment shows that the Mlschpotentlal can be used to control and regulate the hydrogen and oxygen content.

Beispiel IIIExample III

Ein stromlos arbeitendes Kupferabscheldungsbad urde nach der folgenden Zusammensetzung hergestellt:An electroless copper stripping bath was made according to the following composition:

Beispiel IExample I.

3030th

Die Bestimmung des Mischpotentials nach Vergleichsversuch A wurde In der Welse abgeändert, daß eine SlI-ber/Chlorsllber-Elektrode als Vergleichselektrode verwendet und diese In unmittelbarer Nähe zur Abscheldungselektrode angebracht wurde. Allerdings mußte festgestellt werders, daß he! zu geringem Abstand der Vergleichs- von der Abscheidungselektrode sich auf jener ebenfalls Kupfer niederschlug, so daß sie zur Messung unbrauchbar wurde. Die Vergleichselektrode wurde deshalb In einer getrennten, mit abgekühlter Badlösung gefüllten Kammer angebracht, die über eine mit einer Inerten Salzlösung gefüllte Zwischenkummer mit dem aktiven Abscheidungsbad und somit mit der Abscheidungselektrode verbunden war. Mit dieser Vorrichtung wurden befriedigende Ergebnisse erzielt. Die Elektroden waren mit einem Differenzialverstärker verbunden; das von diesem ausgesandte Signal wurde zur Steuerung der Stabilisatorzugabe verwendet. Als Stabilisator diente eine wäßrige Lösung aus Kallumsulfld und 2-Merkaptobenzothlazol im Verhältnis 10 : 1. Der Sollwert des Mlschpotentials betrug -635 mV ± 10 mV. Das so gesteuerte Abscheidungsbad arbeitete ausgezeichnet; das abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil und das Bad neigte weder zum spontanen Zerfall noch zeigte die Kupferoberfläche irgendwelche Passlvierungserscheinungen.The determination of the mixed potential according to Comparative Experiment A was changed in the way that a SlI-ber / Chlorosilber electrode used as a reference electrode and this in close proximity to the shielding electrode was attached. However, it was found that he! the comparative copper was also deposited on the deposition electrode, so that it was used for measurement became unusable. The comparison electrode was therefore placed in a separate, cooled bath solution filled chamber attached, which has a with a Intermediate pain filled with inert saline solution with the active deposition bath and thus with the deposition electrode was connected. Satisfactory results have been obtained with this device. The electrodes were connected to a differential amplifier; the signal sent by this was used to control the Added stabilizer used. An aqueous solution of kallumsulfld and 2-mercaptobenzothlazole served as the stabilizer in a ratio of 10: 1. The target value for the Mlsch potential was -635 mV ± 10 mV. The so controlled Deposition bath worked excellently; the deposited copper was shiny and ductile and the bath sloped neither to spontaneous decay, nor did the copper surface show any signs of passivation.

Beispiel IlExample Il

Das Bad nach A wurde in einem Tank verwendet, der eine Umlaufpumpe enthielt. Die eine Tankwand war niedriger als die andere und diente als Überlauf. Die eo Pumpe pumpte die Überlaufflüssigkelt in den Tank zurück. Durch diese Überlaufvorrichtung wurde gleichzeltig eine Aufnahme von Sauerstoff und eine Entweichen des bei der Reaktion entstandenen Wässerstoffs ermöglicht. Das Mlschpotentlal betrug -600 mV; die abgeschiedene Kupferschicht war dunkel und der Abscheliungsvorgang kam nach wenigen Stunden völlig zum Erliegen.The bath according to A was used in a tank containing a circulation pump. Which was a tank wall lower than the other and served as an overflow. The eo Pump pumped the overflow liquid back into the tank. Through this overflow device was simultaneous an uptake of oxygen and an escape of the hydrogen produced in the reaction enables. The Mlschpotentlal was -600 mV; the deposited copper layer was dark and the The peeling process came to a complete standstill after a few hours.

KupfersulfatCopper sulfate 12,5 g/l12.5 g / l Tetrakls (2-hydroxypropyl-Tetrakls (2-hydroxypropyl- 15,6 g/l15.6 g / l äthylendiamlnethylenediamine Formaldehyd (37%)Formaldehyde (37%) 3.5 ml/l3.5 ml / l Natriumhydroxid zumSodium hydroxide for 12.9512.95 Einstellen des pH-Wertes aufAdjusting the pH to NatrlumcyanldSodium cyanide 10.0 mg/110.0 mg / 1 KaliumsulfldPotassium sulphide 1,0 mg/11.0 mg / 1 2-Merkaptobenzothlazol2-mercaptobenzothlazole 0.1 mg/10.1 mg / 1 NetzmittelWetting agents 0,14 g/l0.14 g / l Temperaturtemperature 53 C53 C BadbeladungBath loading 2,5dnV/Llter2.5 dnV / liter BadflüssigBath liquid keltkelt

Der Kupfer-Gehall dieses Bades wurde ständig durch kolorimetrtsche Messungen kontrolliert und durch entsprechende automatisch gesteuerte Zugaben konstant gehalten. Ebenfalls wurde der pH-Wert, wie schon zuvor beschrieben, ständig gemessen und die entsprechenden Mengen an Natriumhydroxid zugegeben. Natrlumcyanld wurde entsprechend den Natriumhydroxid-Zugaben zugesetzt und Formaldehyd entsprechend den nach kolorlmetrlscher Messung erforderlichen Kupfersulfatmengen. The copper content of this bath was constantly checked by means of colorimetric measurements and appropriate automatically controlled additions kept constant. The pH value was also increased, as it was before described, continuously measured and added the appropriate amounts of sodium hydroxide. Sodium cyanide was added according to the sodium hydroxide additions and formaldehyde according to the kolorlmetrlscher Measurement of the required amounts of copper sulphate.

Das Mlschpotentlal wurde, wie In Beispiel H beschrieben, vermittels einer Sllber/Chlorsilber-Elektrode als Vergleichselektrode bestimmt. Die Meßwerte wurden, wie ebenfalls in Beispiel Il beschrieben, zur automatischen Regelung des Stabllisatorgehaltes verwendet; dieser bestand aus Kaliumsulfld und 2-Merkaptobenzothlazol Im Verhältnis 10:1 in wäßriger Lösung. Der Sollwert des Mischpotentials lag zwischen -650 und -655 mV.The Mlschpotentlal was, as described in Example H, determined by means of a silver / chlorosilver electrode as a reference electrode. The measured values were as also described in Example II, used for the automatic control of the stabilizer content; this consisted of potassium sulphide and 2-mercaptobenzothlazole in a ratio of 10: 1 in aqueous solution. Of the The nominal value of the mixed potential was between -650 and -655 mV.

Dieser Badtyp arbeitet bei erhöhter Temperatur, was bedeutet, daß die Formaldehyd-Konzentration höchstens 5 bis 6 ml/l betragen darf, da sonst spontaner Zerfall eintritt. Darunter versteht man, daß gleichzeitig alle Kupferionen zu Kupfer reduziert werden, was leicht daran zu erkennen ist, daß sich die blaue Kupfersulfatlösung in eine durch fein verteiltes metallisches Kupfer rot gefärbte Lösung verwandelt, in der der fein verteilte rote Kupferstaub allmählich absinkt und die überstehende Flüssigkeit wasserhell ist. Gleichzeitig erfolgt eine heftige WasserstofTentwlcklung, die ein Aufschäumen des Bades bewirkt.This type of bath works at an elevated temperature, which means that the formaldehyde concentration is at most 5 to 6 ml / l, otherwise spontaneous decomposition occurs. This means that at the same time all copper ions are reduced to copper, which is easy to do with it it can be seen that the blue copper sulfate solution turned red through finely divided metallic copper Solution transformed in which the finely divided red copper dust gradually sinks and the supernatant liquid is water-clear. At the same time there is a violent evolution of hydrogen, which causes the bath to foam up.

Bei dem hier beschriebenen Bad wurde eine merkwürdige Erscheinung beobachtet: durch einen Schaltfehler schloß sich das Ventil für die Zugabe der Formaldehyd-The bathroom described here turned out to be a strange one Phenomenon observed: due to a switching error, the valve for the addition of the formaldehyde

IOIO

Beispiel VExample V

Ein stromlG arbeitendes Verkupferungsbad der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt:A current working copper plating bath of the following Composition was made:

KupfersulfatCopper sulfate

pH-WertPH value

HPÄHPÄ

Temperaturtemperature Formaldehydformaldehyde NatrlumcyanldSodium cyanide NetzmittelWetting agents

0,036 Mol/l
12,9
0.036 mol / l
12.9

0,08 Mol/!
53= C
0.08 moles /!
53 = C

0,05 Mol/l
30 mg/I
0,1 g/l
0.05 mol / l
30 mg / l
0.1 g / l

KupfersulfatCopper sulfate

pH-WertPH value

HPÄHPÄ

Formaldehydformaldehyde NetzmittelWetting agents Temperaturtemperature

0,036 Mol/l0.036 mol / l

12,912.9

0,08 Mol/l0.08 mol / l

0,05Mol/l0.05 mol / l

0,1 g/l0.1 g / l

530C53 0 C

lösung nicht und die Konzentration des Formaldehyds stieg auf 22 rr.l/l an. Wider Erwarten fand kein spontaner lerfall statt, sondern das Bad arbeitete normal welter. Die Erklärung hierfür war, daß aufgrund des sinkenden Wertes für das Mlschpotentlal ständig Stabilisator zugegeben wurde. Das ging so lange gut, bis der Vorrat an Stabilisator nach 16 Stunden erschöpft war; dann zersetzte sich das Bad Innerhalb einer halben Stunde.solution and the concentration of formaldehyde rose to 22 rr.l / l. Contrary to expectations, there was no spontaneous one Failure instead, but the bathroom worked normally. The explanation for this was that due to the falling Value for the Mlschpotentlal stabilizer was constantly added. That went well until the supply ran out Stabilizer was exhausted after 16 hours; then the bath decomposed within half an hour.

Beispiel IVExample IV

Das Bad aus Versuch A wurde automatisch gesteuert und die nach 20 Minuten auf einer Platinelektrode abgeschiedene Kupfermenge bestimmt, wodurch ein Maß für die Abscheldu.igsgeschwlndlgkelt erhalten wurde. Gleichzeitig wurde das Mlschpotentlal gemessen und festgestellt, daß sich dieses genau proportional zur Abscheldungsgeschwlndlgkelt verhalt.The bath from experiment A was controlled automatically and the one deposited on a platinum electrode after 20 minutes Determined amount of copper, whereby a measure of the Abscheldu.igsgeschwlndlgkelt was obtained. At the same time, the Mlschpotentlal was measured and found that this is exactly proportional to Detachment speed behavior.

Lösung wurde Immer dann zugegeben, wenn das Mlschpotentlal einen positiveren Wert als -640 mV anzeigte.Solution was always added when the Mlschpotentlal displayed a value more positive than -640 mV.

Das Bad arbeitete gut; das abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil; eine Kupferabscheldung auf den Tankwanden wurde nicht beobachtet.The bathroom worked well; the deposited copper was shiny and ductile; a copper deposit on the Tank walls were not observed.

Beispiel VlIExample VI

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung des MIschpotentIaIs auch zur Steuerung der Badbelüftung. Hierzu wurde ein Bad der folgenden Zusammensetzung hergestellt:This example illustrates the use of the mixing potential also to control the bath ventilation. For this purpose, a bath with the following composition was made:

Küpferlonen-Konzentratlon, pH-Wert und Temperatur wurden ständig kontrolliert und die erforderlichen Zugaben automatisch gesteuert. Formaldehyd In 37%igerKettle ion concentration, pH value and temperature were constantly checked and the necessary additions controlled automatically. Formaldehyde in 37%

KupfersulfatCopper sulfate

HPÄHPÄ

Formaldehydformaldehyde NatriumhydroxidSodium hydroxide NatrlumcyanldSodium cyanide Temperaturtemperature

0,04 Mol/l
0,06 Mol/l
0,26 Mol/l
0,36 Mol/l
0,0002 Mol/1
241C
0.04 mol / l
0.06 mol / l
0.26 mol / l
0.36 mol / l
0.0002 moles / 1
24 1 C

Beim Durchblasen von Luft zeigte das Bad ein Mlschpotential νυη -703 mV; wurde der Luftstrom unterbrochen, so sank das Potential langsam auf-720 mV ab.When air was bubbled through, the bath showed a mash potential νυη -703 mV; if the air flow was interrupted, the potential slowly sank to -720 mV.

Beispiel VIIIExample VIII

Ein stromlos arbeitendes Bad, In dem ein Komplexblldner benutzt wird und das die folgende Zusammensetzung aufwies, wurde hergestellt:A bathroom that works without electricity, in which a complex blind used and which had the following composition was prepared:

Kupferionengehalt, pH-Wert, Temperatur und Formaldehyd-Konzentratlon wurden ständig kontrolliert und, falls erforderlich, automatisch die entsprechenden Zugaben gemacht. Die Cyanldlonen-Konzentratlon wurde gemessen und bei -150 mV unter Verwendung einer Kalomel- und einer Cyanldlonen-Elektrode eingestellt.Copper ion content, pH value, temperature and formaldehyde concentration were constantly checked and, if necessary, the corresponding additions were made automatically made. The cyanide ion concentration was measured and measured at -150 mV using a Calomel and one cyanide ion electrode set.

Als Stabilisator wurde eine wäßrige Lösung von KaIlumpolysultid verwendet und immer dann zugegeben, wenn das mit Hilfe einer Sllber/Chlorsllber-Verglelchselekirode gemessene Mlschpotentlal unter -670 mV absank. Eine 37%lge Formaldehydlösung wurde Immer dann zugegeben, wenn das Mlschpotentlal über -640 mV anstieg. Das Bad arbeitete zufriedenstellend, das abgeschiedene Kupfer war glänzend, duktil und gleichmäßig und fand sich nur an den erwünschten Stellen.An aqueous solution of potassium polysultide was used as the stabilizer used and always added when this is done with the help of a silver / chloro-silver comparison electrode measured Mlschpotentlal dropped below -670 mV. A 37% formaldehyde solution was always used then added when the Mlschpotentlal rose above -640 mV. The bathroom worked satisfactorily, the secluded one Copper was shiny, ductile, and uniform, and was only found in the desired places.

Fortgesetzte Analysen während der Badarbelt zeigten, daß die Formaldehyd-Konzemratlon zwischen 0,01 und 0.04 Mol/l gehalten wurde.Continued analyzes during the Badarbelt showed that the formaldehyde concentration was between 0.01 and 0.04 mol / l was kept.

Beispiel VIExample VI

Zur Veranschaullchung der Wirkung auf die Einstellung des Formaldehydgehaltes allein wurde ein Bad folgender Zusammensetzung hergestellt:To illustrate the effect on the setting the formaldehyde content alone made a bath as follows Composition made:

KupfersulfatCopper sulfate KomplexbildnerComplexing agents Formaldehydformaldehyde NatriumhydroxidSodium hydroxide Temperaturtemperature NetzmittelWetting agents

7,5 g/l
22 ml/1
15 ml/l
6 g/l
273C
0,1 g/l
7.5 g / l
22 ml / 1
15 ml / l
6 g / l
27 3 C
0.1 g / l

Anfangs betrug das Mischpotentlal -720 mV (gemessen gegen eine Standard-Kalomel-Elektrode). Der Kupfernlederschlag war dunkel gefärbt. Natrlumcyanld wurde so lange zugesetzt, bis das Potential bei -680 mV war, das bei diesem Wert abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil.Initially the mixed potential was -720 mV (measured against a standard calomel electrode). The copper leather strike was colored dark. Sodium cyanide was added until the potential was at -680 mV was, the copper deposited at this value was shiny and ductile.

Beispiel IXExample IX

Das Mischpotentlal kann ebenfalls zur Kontrolle und Regelung der Badbewegung benutzt werden. W;d das Bad heftig bewegt, nimmt es Sauerstoff auf, durch dessen Einwirkung das Mischpotentlal ansteigt; wird die Badbewegung gestoppt, so sipkt das Mischpotential wieder ab.The mixing potential can also be used to control and regulate the bath movement. W; d that If the bath is vigorously moved, it absorbs oxygen, the action of which increases the mixed potential; becomes the bath movement stopped, the mixed potential sinks again.

Das zur Veranschaulichung dieses Effektes verwendete Bad war wie folgt zusammengesetzt:The bath used to illustrate this effect was composed as follows:

KupfersulfatCopper sulfate 14,6 g/l14.6 g / l Na-K-TartratNa-K tartrate 7,5 g/l7.5 g / l NatriumhydroxidSodium hydroxide 7,5 g/l7.5 g / l Formaldehydformaldehyde 38 ml/l38 ml / l Temperaturtemperature 26CC26 C C

Das Wischpötehtial betrug anfangs, ohne Badbewegung, -720 mV. Nach Einschalten der Vorrichtung zur Badbewegung stieg das Potential an. Die Badbewegung wurde nun so eingestellt, daß das Mischpotential zwischen -640 mV und -680 mV konstant blieb. Das unter diesen Bedingungen abgeschiedene Kupfer war glänzend und duktil.At the beginning, without bath movement, the wiping potential was -720 mV. After switching on the device for moving the bath, the potential rose. The bath movement was now set so that the mixed potential remained constant between -640 mV and -680 mV. That under Copper deposited under these conditions was bright and ductile.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Betriebssteuerung eines ohne äußere Stromzufuhr arbeitenden Verkupferungsbades unter Verwendung des beim Abscheidungsvorgang sich als Funktion der Oxidation und Reduktion ausbildenden und als Mischpotential gemessenen Badparameters, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme des Badstabilisators die Badparameter innerhalb vorgegebener Toleranzen in an sich bekannter Weise gehalten werden; daß empirisch der Wert für das Mischpotential ermittelt wird, bei dem die Badarbelt optimale Werte bezüglich der Abscheidungsgeschwlndlgkeit und/oder der Badstabilität und/oder der Beschaffenheit des Metallniederschlages aufweist; und daß dieser Wert des Mischpotentials als Sollwert verwendet wird und entsprechend der Abweichung von diesem Sollwert bzw. einem bestimmten Sollwert-Tolerarnzbereich die Zugabe des Badstabilisators automatisch geregelt wird.1. Method for the operational control of a copper plating bath that operates without an external power supply using that formed during the deposition process as a function of oxidation and reduction and bath parameters measured as mixed potential, characterized in that with With the exception of the bath stabilizer, the bath parameters within specified tolerances are known per se Be kept wise; that the value for the mixed potential is determined empirically at which the Badarbelt optimal values with regard to the deposition rate and / or the bath stability and / or the nature of the metal deposit; and that this value of the mixed potential as Setpoint is used and according to the deviation from this setpoint or a specific one Setpoint tolerance range the addition of the bath stabilizer is regulated automatically. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpotential zwischen der Abscheidungselektrode und einer Referenzelektrode gemessen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixed potential between the Deposition electrode and a reference electrode is measured. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzelektrode eine Kalomelelektrode eingesetzt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that a calomel electrode as the reference electrode is used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenz-Elektrode ein Silber/Sllberchlorld-Elekirodeingesetzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that that a silver / Sllberchlorld electrode is used as a reference electrode will. 5. Verfahren nach d*n Anbrüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, d*ß das Metallabscheldungsbad bei einer höheren Temperatur^-etrleben wird und die Referenzelektrode von gekühlter BadflOsslgkeit umgeben wird.5. Process according to d * n cracks 3 and 4, characterized in that d * ß the metal separation bath at a higher temperature ^ -trleben and the reference electrode is surrounded by cooled bath liquid. 6. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung vom Sollwert des Mischpotentials nach Einstellung der konventionell kontrollierbaren Badparameter nicht mehr als =. 5 mV bis * 50 mV, vorzugsweise nichl mehr als ic 10 mV, von einem Sollwert zwischen -0,2 V bis -1,5 V. gemessen gegen eine Standard-Kalomel-Elektrode, gehalten wird.6. The method according to claim I, characterized in that the deviation from the setpoint of the Mixed potential after setting the conventionally controllable bath parameters no more than =. 5 mV up to * 50 mV, preferably not more than 10 mV, from a setpoint between -0.2 V to -1.5 V. measured against a standard calomel electrode. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung des Mischpotentials bei7. The method according to claim 1, characterized in that the deviation of the mixed potential at ■ nichl mehr als < 25 mV und vorzugsweise ± 10 mV vun seinem Sollwert zwischen -600 mV bis -850 mV, gemessen gegen eine Standard-Kalomel-Elektrode. gehallen wird.■ not more than < 25 mV and preferably ± 10 mV from its nominal value between -600 mV to -850 mV, measured against a standard calomel electrode. is echoed. 8. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator Luft oder Sauerstoff durch das Bad hindurchgegeben wird.8. The method according to claim I, characterized in that air or oxygen is used as the stabilizer is passed through the bath. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Luft- oder Sauerstoff durch entsprechende Bewegung des Bades zugeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that air or oxygen by appropriate Movement of the bath is supplied. 10. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Funktion des Abslnkens des Mischpotentials gegenüber einem vorbestimmten Sollwert die Menge an Stabilisatorlösung, die den Sollwert wieder einstellt, zugesetzt wird.10. The method according to claim I, characterized in that as a function of the decrease in the mixed potential compared to a predetermined target value, the amount of stabilizer solution that the target value adjusts again, is added.
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