EP0071512A1 - Procédé de préparation d'un additif pour bain de cuivrage électrolytique acide et son application - Google Patents
Procédé de préparation d'un additif pour bain de cuivrage électrolytique acide et son application Download PDFInfo
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
Definitions
- the present invention relates to an additive for acid electrolytic copper plating bath, its preparation process and its application to copper plating of printed circuits.
- compositions of acidic copper plating baths are known for coating by electrolysis.
- French Patent No. 1,255,271 describes acid copper plating baths comprising one or more basic dyes which may in particular contain an ethenyl chromophore, amino compounds devoid of carbonyl groups, an organic sulfonic acid or a water-soluble salt of this acid and which contains, in its molecule at least one azido group, as additional brightening agent an organic compound which has at least one carbon atom linked exclusively to a heteroatom, and which carries a hydrocarbon radical, linked via a sulfur and / or nitrogen atom and one hydrogen of which is replaced by a sulfonic acid group, a thioamide or isothioamide which carries a sulfonic acid group linked to the nitrogen atom of the thioamide or isothioamide group via d 'a hydrocarbon radical, a thiourea derivative in which at least one nitrogen atom is replaced by an alkyl or anyle radical carrying an ether, hydroxyl or carboxyl group.
- the present invention relates in fact to an additive for an acid electrolytic copper plating bath, characterized in that it comprises N, N n-propyl diethyldithiocarbamate, sodium sulfonate, a polyethylene glycol of average molecular weight of between approximately 6000 and approximately 20,000, purple crystal, sulfuric acid.
- N, N n-propyl diethyldithiocarbamate de sodium sulfonate has the formula:
- the violet crystal consists of a mixture of variable composition of hydrochlorides of hexamethyl-, pentamethyl-, tetramethylpararosanilines.
- the proportions of the constituents in the additive can vary within wide limits, a concentration of between 0.5 and 10 g / 1 and preferably between 1 and 3 g / 1 for N, N n propyl diethyldithiocarbamate de sodium sulfonate is suitable; a concentration of between 10 and 100 g / l and preferably 15 and 20 g / l for polyethylene glycol is suitable; a concentration of between 0.1 and 1 g / l and preferably 0.2 and 0.5 g / 1 for the violet crystal is suitable and a concentration of between 0.1 and 0.2 N for sulfuric acid is suitable.
- the components constituting the additive are mixed in the proportions which have been given above.
- the additive thus prepared can be used in the acidic copper-plating bath.
- concentration of the additive in the bath can vary between approximately 2 and 100 ml / 1 and preferably 3 and 50 ml / 1.
- metallization is carried out at temperatures below 60 ° and with current densities varying from 0.5 to 10 A / dm 2 .
- the amperage zone giving the best gloss effects varies according to the proportions of the constituents of the additive.
- metallic supports all kinds of metals usually used for this purpose can be used, such as iron, copper, steel, zinc and other base metals or alloys.
- the acid copper baths in which the additives according to the invention can be used mainly comprise copper sulphate, the concentration of which can vary between 50 and 250 g / l and sulfuric acid, the concentration of which can vary between 60 and 250 g / l .
- the additive according to the invention has excellent chemical stability in acid baths, so that they remain able to function even if one operates at relatively high bath temperatures.
- the additive of the invention can be used in copper plating operations.
- the additive according to the present invention is particularly effective for operating the electrolytic copper plating of printed circuits and electroformed parts.
- This additive can also be used in combination with other known agents, such as conductive salts, wetting agents or anti-porous agents.
- the additive according to the invention makes it possible to obtain copper deposits which are shiny, ductile, leveling and resistant to thermal shock. It also allows, because of its low degradability in the bath during operation, to lead to a significant increase in the duration of use of the bath. In addition, its excellent stability at temperatures above 25 ° C leads to an additive consumption at these temperatures three times lower than with the additives used until now. It also allows use in a very wide range of current density as well as a concentration in the copper bath also very wide.
- the thickness of the copper deposits obtained with the additive can vary within wide limits; one can, for example, make deposits having a thickness between a few microns and 5mm.
- the mixture is stirred for approximately two hours, then the temperature is raised to 60 ° C in two hours; the mixture is matured at this temperature for 100 hours and then cooled to room temperature: about 187 liters of additive are thus obtained.
- additive prepared according to the example After having carried out an electrolysis of 10 hours at 1 Ampere / dm 2 to remove metallic impurities, 5 liters of additive prepared according to the example are added: the deposits obtained after this addition are shiny, ductile and without internal tension - the structure of the copper deposited is fine-grained and no breakage appears in the deposit after the thermal shock test (immersion 10 seconds in the solder at 290 ° C then quenching in water).
- the range of usable current density extends from 1 to 10 A / dm 2 if it is desired to obtain only a glossy deposit resistant to thermal shock, and from 1 to 8 A / dm 2 if in addition to these qualities , we want to obtain a fine grain structure of copper.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un additif pour bain de cuivrage électrolytique acide, son procédé de préparation et son application au cuivrage des circuits imprimés.
- On connaît diverses compositions de bains de cuivrage acides pour revêtement par électrolyse.
- Ainsi le brevet français n° 1 255 271 décrit des bains de cuivrage acides comportant un ou des colorants basiques qui peuvent contenir notamment un chromophore éthényle, des composés aminés dépourvus de groupe carbonyles, un acide organique sulfonique ou un sel hydrosoluble de cet acide et qui contient, dans sa molécule au moins un groupe azido, à titre d'agent de brillantage additionnel un composé organique qui possède au moins un atome de carbone relié exclusivement à un hétéroatome, et qui porte un radical hydrocarbure, relié par l'intermédiaire d'un atome de soufre et/ou d'azote et dont un hydrogène est remplacé par un groupe acide sulfonique, une thioamide ou isothioamide qui porte un groupe acide sulfonique lié à l'atome d'azote du groupe thioamide ou isothioamide par l'intermédiaire d'un radical hydrocarbure, un dérivé de thiourée dans lequel au moins un atome d'azote est remplacé par un radical alcoyle ou anyle portant un groupe éther, hydroxyle ou carboxyle.
- On connaît, par ailleurs, selon le brevet belge n° 572186 des bains de cuivrage acides comportant une teneur en acides sulfoniques organiques ou en leurs sels solubles dans l'eau contenant au moins un groupe azido dans la molécule, une teneur supplémentaire en esters alcoylés-sulfoniques d'acides dithio- carboniques N-mono- ou disubstitués ou en leurs sels solubles dans l'eau, une teneur supplémentaire en acide 1, 3, 5-triazine-2,4,6-tris-(mercaptoalcane-sulfoniques) ou en leurs sels solubles dans l'eau, une teneur supplémentaire en agents améliorant la ductilité des enduits.
- Les additifs particuliers décrits dans ces brevets ne sont toutefois pas satisfaisants, notamment car ils se dégradant relativement rapidement au cours de leur utilisation, leur stabilité à des températures supérieures à 25°C est faible.
- La demanderesse a mis au point un additif pour bain de cuivrage électrolytique acide qui remédie aux inconvénients précités et qui présente notamment les avantages suivants :
- - une faible dégradabilité dans le bain en fonctionnement, conduisant à une augmentation importante de la durée d'utilisation d'un bain et à une faible consommation de produit,
- - une excellente stabilité à des températures supérieures à 25°C, conduisant à des consommations en additif à ces températures deux à trois fois plus faibles que celles nécessaires avec les additifs connus,
- - l'additif permet d'utiliser une plage de densité de courant très étendue, par exemple de 1 à 10 A/dm 2,
- - on peut utiliser une plage de concentration en additif très étendue sans diminution de la qualité du dépôt électrolytique.
- La présente invention concerne en effet un additif pour bain de cuivrage électrolytique acide caractérisé en ce qu'il comprend le N,N diéthyldithiocarbamate de n propyle ω sulfonate de sodium, un polyéthylène glycol de poids moléculaire moyen compris entre environ 6000 et environ 20 000, le cristal violet, de l'acide sulfurique.
-
- Le cristal violet est constitué par un mélange de composition variable des chlorhydrates d'hexaméthyl-, de pentaméthyl-, de tétraméthylpararosanilines.
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- Les proportions des constituants dans l'additif peuvent varier dans de larges limites, une concentration comprise entre 0,5 et lOg/1 et de préférence entre 1 et 3g/1 pour le N,N diéthyldithiocarbamate de n propyle ω sulfonate de sodium convient ; une concentration comprise entre 10 et 100g/1 et de préférence 15 et 20g/1 pour le polyéthylène glycol convient ; une concentration comprise entre 0,1 et lg/1 et de préférence 0,2 et 0,5g/1 pour lE cristal violet convient et une concentration comprise entre 0,1 et 0,2N pour l'acide sulfurique convient.
- La présente invention concerne également le procédé de préparation de l'additif. Le procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- a) on mélange les quatre constituants composant l'additif,
- b) on opère le mûrissement du mélange ainsi obtenu à une température comprise entre environ 58 et 70°C et de préférence entre 60°C et 62°C pendant un temps compris entre environ 60 et 200 heures et de préférence de 75 à 100 heures.
- Le mélange des constituants composant l'additif est effectué dans les proportions qui ont été données ci-dessus.
- L'additif ainsi préparé peut être mis en oeuvre dans le bain acide de cuivrage. La concentration de l'additif dans le bain peut varier entre environ 2 et 100 ml/1 et de préférence 3 et 50ml/1.
- En général, on métallise à des températures inférieures à 60° et avec des densités de courant variant de 0,5 à 10 A/dm2. La zone d'ampérage donnant les meilleurs effets de brillant varie suivant les proportions des constituants de l'additif. Par l'emploi de l'additif selon l'invention, on peut élargir la zone d'ampêrage donnant l'effet brillant maximum et accroître la certitude de succès dans la pratique. Comme supports métalliques, on peut employer tous les genres de métaux habituellement affectés à cet usage comme le fer, le cuivre, l'acier, le zinc et autres métaux communs ou alliages.
- Les bains de cuivrage acides dans lesquels peuvent être utilisés les additifs selon l'invention comportent principalement du sulfate de cuivre dont la concentration peut varier entre 50 et 250g/l et de l'acide sulfurique dont la concentration peut varier entre 60 et 250g/l.
- L'additif suivant l'invention présente une excellente stabilité chimique en bains acides, de sorte que ceux-ci demeurent aptes à fonctionner même si l'on opère à des températures de bain relativement élevées.
- L'additif de l'invention peut s'employer dans les opérations de cuivrage.
- L'additif selon la présente invention est particulièrement efficace pour opérer le cuivrage electrolytique des circuits imprimés et des pièces électroformées.
- On peut aussi employer cet additif en combinaison avec d'autres agents connus, tels que des sels conducteurs, des mouillants ou des agents anti-poreux.
- Ainsi l'additif selon l'invention permet d'obtenir des dépôts de cuivre qui sont brillants, ductiles, nivellants et résistants au choc thermique. Il permet également, du fait de sa faible dégradabilité dans le bain lors du fonctionnement de conduire à une augmentation importante de la durée d'utilisation du bain. De plus, son excellente stabilité à des températures supérieures à 25°C conduit à une consommation en additif à ces températures trois fois plus faible qu'avec les additifs utilisés jusqu'à présent. Il permet en outre une utilisation dans une, gamme de densité de courant très étendue ainsi qu'une concentration dans le bain de cuivrage également très étendue.
- L'épaisseur des dépôts de cuivre obtenus avec l'additif peut varier dans de larges proportions ; on peut, par exemple, effectuer des dépôts ayant une épaisseur comprise entre quelques microns et 5mm.
- L'exemple ci-après illustre l'invention sans en limiter la portée.
- Dans un réacteur en acier verré de 200 litres, on introduit successivement
- - 186 litres d'eau distillée, 522 millilitres d'H2SO4 présentant une concentration de 36 N.
- - 65 g de cristal violet,
- - 3095g de polyéthylène glycol présentant un poids moléculaire moyen de 12 000,
- - 186g de N, N diéthyldithiocarbamate de n propyle ω sulfonate de sodium.
- On agite pendant deux heures environ, puis on monte la température jusqu'à 60°C en deux heures ; le mélange est mûri à cette température pendant 100 heures puis refroidi jusqu'à la température ambiante : on obtient ainsi environ 187 litres d'additif.
-
- Après avoir effectué une électrolyse de 10 heures à 1 Ampère/dm2 pour éliminer les impuretés métalliques, on ajoute 5 litres d'additif préparé selon l'exemple : les dépôts obtenus après cet ajout sont brillants, ductiles et sans tension interne - la structure du cuivre déposé est à grains fins et aucune cassure n'apparaît dans le dépôt après le test de choc thermique (immersion 10 secondes dans la soudure à 290°C puis trempe dans l'eau).
- La plage de densité de courant utilisable s'étend de 1 à 10 A/dm2 si on souhaite n'obtenir qu'un dépôt brillant et résistant au choc thermique, et de 1 à 8 A/dm2 si en plus de ces qualités, on souhaite obtenir une structure à grains fins du cuivre.
- Le suivi de la concentration du bain en additif peut être aisément effectué à l'aide du test de cellule de Hull (Electropla- ting - Mc Graw - Bill Book Company 1978 pages 148 - 150) dans les conditions suivantes :
- - Intensité : 2 Ampères
- - Durée : 5 minutes
- - Température : 22 - 24°C
- - Agitation : oui
- - Volume d'électrolyte : 250cm3
- Dans le cas de la cuve de 1000 litres, des rajouts d'additif de 1 litre seront effectués chaque fois que la largeur de la zone brûlée sur la plaque de cellule de Hull atteindra 10mm. Dans ces conditions, pour une température inférieure à 26°C la consommation en additif sera comprise entre 1 et 2 litres pour 10 000 Ampères/heure et la durée de vie du bain avant régénération sur charbon actif sera supérieure à 1,5 million d'Ampère x heure.
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