WO2001090727A1 - Dispositif automatique d'analyse/commande pour solution composite de galvanoplastie sans courant - Google Patents

Dispositif automatique d'analyse/commande pour solution composite de galvanoplastie sans courant Download PDF

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WO2001090727A1
WO2001090727A1 PCT/JP2001/004222 JP0104222W WO0190727A1 WO 2001090727 A1 WO2001090727 A1 WO 2001090727A1 JP 0104222 W JP0104222 W JP 0104222W WO 0190727 A1 WO0190727 A1 WO 0190727A1
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plating solution
analysis
concentration
absorbance
wavelength
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PCT/JP2001/004222
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Tadashi Chiba
Koji Monden
Kazuki Yoshikawa
Sinji Tachibana
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C. Uyemura & Co., Ltd.
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1675Process conditions
    • C23C18/1683Control of electrolyte composition, e.g. measurement, adjustment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/12Condition responsive control

Definitions

  • the present invention relates to a device for automatically analyzing and managing an electroless composite plating solution.
  • the components to be analyzed by the automatic solution management device are extremely limited, for example, components that are used as a guide for replenishment and components that are the most important for securing plating quality. In many cases, only analyzed components are analyzed, and it can be said that there is no analysis of all components.
  • the analyzed components are often two components: Ni concentration and pH.
  • electroless nickel In plating the control of the Ni concentration is of the utmost importance.
  • the Ni component is consumed and the concentration gradually decreases, so the Ni component is replenished sequentially to maintain the Ni concentration at the default value.
  • a chelate titration method and an absorption spectrometry method are generally used.
  • an absorption spectrometry method has been popularized in an automatic liquid management apparatus equipped with electroless nickel plating.
  • Absorption spectroscopy has historically been a very old means of compositional analysis by instrumental analysis. There are various methods up to the spectrophotometric method of measuring the absorbance using the method.
  • the electroless nickel plating solution contains various complexing agents.
  • the Ni component exists as Ni complex ions, and the Ni complex strongly absorbs light in the green wavelength range. There is a good proportional relationship between the absorbance at and the Ni concentration. Using this feature, quantitative analysis is performed with high accuracy. Although it is necessary to split the light in order to perform measurement in a specific wavelength range, many devices employ a method of selecting light with an interference filter. In addition, there is a method of obtaining a wavelength very close to monochromatic light by using a monochromator using a diffraction grating or a prism, etc., but it is mechanically complicated and relatively expensive.
  • the incident light is not only light that travels straight and is transmitted and absorbed, but also light that is reflected by suspended particles and light that is diffracted and scattered. .
  • the reflected light, diffracted and scattered light due to the suspended particles apparently reduces transmitted light, and cannot be distinguished from light whose transmitted light has decreased due to absorption by the target component.As a result, a large amount of the target component is present. Misunderstood to do.
  • the degree of influence of the suspended particles varies depending on the type, particle size distribution, concentration, etc. of the suspended particles, and can also vary depending on various factors of the plating solution.
  • the effect of suspended particles is relatively stable, so the component concentration is measured relatively accurately by assuming a certain value as a decrease in transmittance due to turbidity. It is also possible.
  • the composition of the electroless plating solution fluctuates greatly when used, it is necessary to compensate for the effect, and there is a limit to anticipating the effect of turbidity at a constant value.
  • the method of measuring fine particles dispersed in the plating solution after separating them by filter ration, sedimentation, centrifugation, etc. is a mechanism for performing separation continuously or intermittently.
  • the adjustment of the solution becomes considerably difficult because the plating solution is wasted during the analysis.
  • the analytical method is analyzed by chelate titration, but the equipment is considerably complicated, and in addition, a highly accurate and highly reliable sampling apparatus is required to ensure accuracy.
  • there are considerably more negative factors compared to P and optical analysis methods such as the generation of a large amount of waste liquid due to analysis, and the necessity of consumable chemicals for analysis such as indicators and titrants.
  • the plating solution is processed for analysis and is measured as it is, without wasting it, and is returned to the plating tank as a circulation cycle. This is the ideal method. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a method for analyzing the Ni concentration in an electroless composite plating solution, particularly an electroless composite nickel plating solution, using a fluororesin (PTFE, FEP, PFA, TFE oligomer, etc.), a fluorinated graphite (CF) X), graphite, alumina (a 1 2 0 3), carbide Kei element (S i C), accuracy of analysis because the suspended particles are present typified boron nitride (BN) is to solve the problem of lowered It is an object of the present invention to provide an automatic analysis / management apparatus for electroless composite plating liquid which can ensure practically sufficient analysis accuracy and is inexpensive.
  • a fluororesin PTFE, FEP, PFA, TFE oligomer, etc.
  • CF fluorinated graphite
  • alumina a 1 2 0 3
  • carbide Kei element S i C
  • accuracy of analysis because the suspended particles are present typified boron nitride (BN)
  • the present invention provides an electroless composite material in which fine particles of fluororesin fine particles, graphite fluoride, graphite, alumina, silicon carbide, boron nitride, and the like are dispersed in an electroless plating solution.
  • Provide automatic analysis and management equipment that automatically analyzes replenished liquid based on the analysis results and replenishes and adjusts the liquid based on the analysis results, and provides analysis methods and various devices on the equipment to ensure the required analysis accuracy.
  • the main factor that hinders the quantitative analysis of the concentration of precipitated metal ions in the electroless composite plating solution by spectrophotometry is that It is turbidity due to fine particles dispersed in the liquid.
  • the present invention provides the following automatic analyzer and controller for the electroless composite plating solution.
  • An automatic analysis and management device for an electroless composite plating solution comprising:
  • the measurement time table must be set so that at least 15 seconds must be left before the transmittance or absorbance measurement starts after the plating solution is automatically introduced into the analysis cell.
  • Plating is provided by having a vertically long plating liquid stagnation section with a cross-sectional area that is at least twice the cross-sectional area of the pipe, providing an inlet at the top of the plating stagnation section and an outlet at the bottom.
  • the automatic analysis and management device according to any one of (1) to (5), further including a trap mechanism for preventing minute bubbles entrapped in the liquid from being brought into the analysis cell.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the measured wavelength and the absorbance when the Ni concentration is changed to 0 to 5 gZL in an electroless nickel plating solution containing no PTFE.
  • Figure 2 shows the relationship between the measured wavelength and the absorbance when the PTFE concentration is changed from 0 to 10 gZL in an electroless plating solution (Ni concentration OgZL) containing PTFE as composite material particles and containing no metal components.
  • Ni concentration OgZL electroless plating solution
  • Fig. 3 shows the measured wavelength and absorbance when the Ni concentration was fixed at 5 g and the PTFE concentration was changed from 0 to 10 g / L in an electroless composite nickel plating solution using PTFE as composite material particles.
  • 6 is a graph showing the relationship of.
  • Figure 4 shows the relationship between the Ni concentration and the absorbance at a wavelength of 400 nm when the PTFE concentration was changed from 0 to L0 g / L in an electroless composite nickel plating solution containing PTFE as composite material particles. It is a graph which shows a relationship.
  • Fig. 5 is a graph showing the relationship between the PTFE concentration and the absorbance at a wavelength of 400 nm when the Ni concentration was changed from 0 to 5 gZL in an electroless composite nickel plating solution using PTFE as composite material particles. is there.
  • Figure 6 shows the relationship between the Ni concentration and the absorbance at a wavelength of 520 nm when the concentration of the electroless composite nickel plating solution containing PTFE as composite material particles was changed from 0 to 10 gZL. It is a graph.
  • Figure 7 shows the PTFE concentration at a wavelength of 520 nm when the Ni concentration was varied from 0 to 5 gZL in the electroless composite Nigel plating solution using PTFE as composite particles.
  • 4 is a graph showing a relationship between the absorbance and the absorbance.
  • FIG. 8 is a schematic front view of the automatic analysis and management device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a measurement unit of the same device.
  • Fig. 10 shows the relationship between the absorbance at a wavelength of 660 nm and the wavelength of 520 nm measured for an electroless composite nickel plating solution using the same apparatus, with a constant Ni concentration and a varied PTFE concentration. It is a graph.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the K value and the Ni concentration for the same electroless composite nickel plating solution.
  • Fig. 12 shows the relationship between the absorbance at a wavelength of 660 nm and the wavelength of 520 nm measured for another electroless composite nickel plating solution using the same apparatus, with a constant Ni concentration and a varied PTFE concentration.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the K value and the Ni concentration for the same electroless composite nickel plating solution.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the number of turns (MTO) and the measured Ni concentration when electroless composite nickel plating is continuously performed.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the number of turns and the measured PH value when electroless composite nickel plating is performed continuously.
  • Fig. 16 is a graph for calculating the evening correction coefficient, and shows the relationship between the number of turns and the Ni concentration standard value-error value.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the number of turns and the turbidity value measured at 500 nm when electroless composite nickel plating is continuously performed.
  • FIG. 18 is a schematic view showing an example of an electroless composite plating apparatus incorporating the apparatus of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic view showing another example of the electroless composite plating apparatus incorporating the apparatus of the present invention.
  • the automatic analysis and management device for the electroless composite plating solution of the present invention is a method for measuring the concentration of metal components in the plating solution in the solution by an absorption spectrophotometer. It has a mechanism to measure the transmittance or absorbance at least at two or more different wavelengths after being introduced into the inside, and a mechanism to calculate the target concentration from the measured value by arithmetic processing and display the result Things.
  • the electroless composite plating liquid to which the present invention is applied is a dispersion of water-insoluble composite material particles in the electroless plating liquid, and the electroless plating liquid is sodium hypophosphite.
  • An electroless nickel plating solution, an electroless nickel-cobalt plating solution, an electroless cobalt plating solution, and an electroless copper plating solution using a boron-based reducing agent such as dimethylamine porane as a reducing agent can be exemplified. .
  • fluorocarbon resin PTFE, FEP, PFA, TFE oligomer, etc.
  • graphite fluoride CF X
  • graphite graphite
  • alumina A 1 2 0 3
  • carbide Kei element S i C
  • boron nitride BN
  • electroless composite plating liquid a liquid having a known liquid composition or a commercially available bath can be used.
  • the present invention is suitably adopted for the measurement of the nickel component in the electroless composite nickel plating solution.
  • the composition of the electroless composite nickel plating solution used for the measurement is not limited, but for example, the Ni ion concentration is 1 to 10 gZL, particularly 3 to 7 gZL, fluororesin, etc.
  • a composite material particle of 30 g / L or less, particularly 10 g / L or less is preferably used.
  • the lower limit of the content of the composite material particles is not particularly limited, but is usually 5 gZL or more, particularly 1 g / L or more.
  • the reducing agent is preferably a hypophosphite such as sodium hypophosphite, and its concentration is 5 to 50 g / L, particularly 10 to 30 gZL.
  • the method of the present invention can be effectively applied to electroless composite nickel plating solutions in which phosphites such as sodium phosphite generated by the oxidation of sodium are accumulated in a wide range of 0 to 300 / L, especially 0 to 200 gZL. Adopted.
  • the pH of the electroless composite nickel plating solution is usually 3 to 9, especially 4 to 8.
  • the transmittance or the absorbance at two or more different wavelengths is analyzed.
  • the wavelength of the light for measuring the absorbance is the wavelength for measuring the Ni concentration (for example, 660 nm) and the wavelength in a specific range of a shorter wavelength range (for example, 520 nm). (nm).
  • electroless composite nickel plating solutions electroless Ni-PZPTFE composite plating solutions
  • sodium hypophosphite sodium hypophosphite
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Figures 1 to 3 show the use of an electroless Ni-P / PTFE composite plating chemical called Nimflon (trade name) available from Uemura Kogyo Co., Ltd. as an electroless Ni-PZPTFE composite plating solution.
  • Figure 1 shows a typical example of the absorption pattern obtained when a sample solution was intentionally changed in i-concentration and PTFE concentration and measured by spectrophotometry.
  • the absorption pattern obtained from the plating solution with the Ni concentration changed stepwise in the plating solution without adding the slurry of PTFE solution (solid content: about 66 wt%) called “Nimflon F” It is a thing.
  • the absorbance increases proportionally in the wavelength range of 350-450 nm and 550-800 nm with increasing Ni concentration.
  • Fig. 2 summarizes the absorption patterns obtained by using Nimflon F (a slurry-like PTFE solution) in a stepwise manner with the Ni concentration being 0 gZL.
  • Absorbance is proportionally increased in all wavelength ranges measured with increasing PTFE concentration, and it is particularly characteristic that the absorbance increases at a shorter wavelength at an increasing rate.
  • Fig. 3 summarizes the absorption patterns obtained by using Nimflon F (slurry PTFE solution) in a stepwise manner, as in Fig. 2, with a constant Ni concentration of 5 g / L. .
  • the absorption due to Ni is observed in the wavelength range of 350-450 nm and 550-800 nm, but the absorbance is proportional in all wavelength ranges measured with increasing PTFE concentration. The characteristic tendency was that the absorbance increased at shorter wavelengths at an accelerated rate.
  • the absorption pattern in Fig. 3 can be understood as an absorption pattern obtained by adding the absorption pattern of the electroless plating solution with Ni concentration of 5 gZL to the absorption pattern as shown in Fig. 2 due to the change in PTFE concentration.
  • FIGS. 4 to 7 summarize the absorbance measured at 400 nm and 520 nm in relation to the Ni concentration or Nimflon F concentration (or PTFE concentration).
  • the change in P and luminous intensity has a very good proportional relationship with both the Ni concentration and the PTFE concentration, and the so-called absorbance at any Ni concentration and particle concentration shows the metal ion concentration and the metal ion concentration in the plating solution. It was confirmed that this could be understood as the sum of turbidity due to the dispersed particles. From this fact, it is suggested that the measurement (calibration curve creation) for grasping both characteristics in advance can avoid the adverse effect of turbidity and measure the desired Ni concentration. Was done.
  • the first method to measure at two measurement wavelengths is the first wavelength As having absorption of Ni, a wavelength range of 350 to 45 nm or 55 to 800 nm, more preferably 37 to 40 nm or 600 to 70 nm, Most preferably, measurement at any wavelength within the wavelength range of 390 to 410 nm or 640 to 740 nm, and a second wavelength of 250 to 400 nm that does not overlap with the first wavelength.
  • nm or 450-550 nm wavelength range more preferably 275-335 nm or 480-535 nm, most preferably 300-320 nm or It turned out that combining measurements at any wavelength within the wavelength range of 500 to 535 nm is a combination of wavelengths that can reduce the occurrence of errors.
  • the concentration of metal ions, for example, nickel ions, of the electroless composite plating solution is kept constant, and a plurality of composite materials, for example, having different PTFE concentrations (preferably, PTFE) are used.
  • Ku is 3 or more, more preferably about plated liquid or four)
  • the absorbance of the first wavelength WI ⁇ A t and the absorbance A 2 of the second wavelength WL 2 were measured, the relationship between the absorbance and A 2 from obtaining the following relationship (Note, a,> and a 2).
  • X Absorbance of the first wavelength
  • the absorbance was measured and Alpha 2, obtains the following relationship from the relationship between ⁇ values and metal ion concentration.
  • the metal ion concentration can be determined by measuring the absorbance at the first and second wavelengths.
  • the concentration of these metal ions can be obtained by previously obtaining a relational expression in which a second metal ion to be alloyed with the first metal ion is added to the first metal ion.
  • the third wavelength can be set, and the relation can be obtained as a relational expression in which the influence of the second metal ion on the absorbance is added.
  • the metal ion concentration can be increased. Can be accurately analyzed.
  • conversion to bivalent copper ions is preferred.
  • the half width is 10 O nm or less.
  • the half width was preferably 5 O nm or less, most preferably 20 nm or less.
  • the lower limit of the half width is suitably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and most preferably 10 nm or more.
  • A is a control unit that performs arithmetic processing and various operation instructions
  • B is a concentration measurement unit.
  • the analysis value of the electroless composite plating solution measured by this measurement unit B is sent to the control unit A.
  • the analysis value is transmitted, and a predetermined operation instruction corresponding to the analysis value is given to the plating apparatus.
  • the control unit A has a built-in computer, which performs arithmetic processing and various operation instructions as described above, and has a display mechanism for displaying the analysis results and the operation status of the apparatus as needed.
  • the control condition setting including the setting of the operating condition of the apparatus and the manual operation can be performed in this portion.
  • connecting a computer to this control unit via a communication port can enable dedicated software to perform all major control such as data processing of analysis results and operation instructions from the operating environment from a personal computer. Yes, it is possible to connect a communication line to control multiple supply units and communication with a temperature controller that controls the plating temperature at the same time.
  • the measurement section B includes an absorbance measurement unit 10 and a pH cell 12 as shown in FIG.
  • the piping up to the pH cell 12 has an inner diameter of 3 mm, and the inner diameter of the pH cell 12 is 14 mm.
  • the pH cell 12 is connected to a column 14 for supplying and storing a saturated solution of KC1 and is provided with a temperature sensor 16.
  • the inside diameter of the tube that is piped from the location of this temperature sensor 16 without passing through the absorbance cell 10a should be larger than the inside diameter of the tube to P and the light intensity cell 10a, and the liquid containing bubbles Is difficult to flow to the absorbance cell 10a.
  • the absorbance measurement unit 10 has a light-receiving part on one side of the absorbance cell 10a, and a secondary diaphragm on the other side in order from the cell 10a side.
  • the interference filter, primary diaphragm, light source and lamp are arranged in this order, and the interference filter is fan-shaped from the axis of the low-speed motor so that two types can be automatically and accurately switched automatically.
  • the two filters are fixed with the shortest possible axis, and the motor rotates forward and backward to move one of the filters to a predetermined position in the optical path and stop. Have.
  • V1 to V8 are solenoid valves, respectively.
  • the solenoid valves are a pure water supply unit for V1, a first sample supply unit for V2, and a solenoid valve for V3. Is connected to the second sample supply unit, V 4 is connected to the pH 4 standard solution supply unit, V 5 is connected to the pH 7 standard solution supply unit, and the solenoid valve V 6 is connected to the drain. , V7 are connected to the first sample discharging unit, and V8 is connected to the second sample discharging unit. Then, the solenoid valves V1 to V5 and V6 to V8 are opened and closed as appropriate, for example, V2 and V7 are opened, the others are closed, and the sampling pump 18 is operated.
  • V2 Flow from the plating tank through V2, flow into the pH cell 12 and flow, and measure the pH of the first sample, flow into the P and light measurement unit 10, flow, flow from V7 Distributes into the first plating tank.
  • the sampling pump 18 is stopped, the absorbance is measured at 660 ⁇ m, and then the interference filter of the absorbance unit 10 is switched, and the absorbance is measured at 52 O nm.
  • V2 is closed and the sampling pump 18 is operated for a predetermined time, and a KCL saturated solution (not shown) flows into and flows into the pH cell 12 and the absorbance measurement unit 10. Close V7 and open V6 to drain to drain. These operations are performed at appropriate intervals. After the above analysis, perform calibration and cleaning periodically.
  • V4 To calibrate the pH electrode, after introducing the above KCL saturated solution, open V4, operate the sampling pump 18 to allow the pH4 standard solution to flow through the pH cell 12 and the absorbance measurement unit 10, and discharge it to the drain. Is closed, V5 is opened, and PH 7 standard solution is circulated and discharged in the same manner. After that, the above analysis operation is performed. Also, in the washing step, after introducing the above KCL saturated solution, V5 is closed, VI is opened, pure water flows into and flows through the pH cell 12, pure water flows into the P and photometric measurement unit 10, flows through to the drain. Discharge and measure the absorbance in pure water for the two wavelengths as above.
  • the automatic analysis and management equipment of general electroless nickel plating solutions often uses an arbitrary wavelength of 600 to 800 nm.
  • the reason for this is that, in the performance of the light source and the light receiving unit, it is easier for a wavelength having a relatively long visible light range to secure a sufficient amount of received light.
  • a wavelength of 660 nm was chosen.
  • a wavelength of 520 nm having almost no absorption due to the Ni concentration was selected as in the previous basic study, and the study was performed at these two measurement wavelengths.
  • Fig. 10 and Fig. 12 show the wavelengths of 660 nm for the samples (Sample Nos. 5 to 9) in which the Ni concentration was constant and the PTFE concentration was changed in Nimflon and Nimflon FUL plating solutions, respectively. It shows the relationship between the absorbance (ABS) and the absorbance (ABS) at a wavelength of 520 nm.
  • FIGS. 11 and 13 show the relationship between the K value and the Ni concentration in each sample No .:! To 9 respectively.
  • the K value is
  • CK Coefficient of the relational expression X obtained from Figs. 10 and 12 above, i.e., 0.7116 for Nimflon in Fig. 10, and 0.6765 for Nimflon FUL in Fig. 12)
  • the relational expressions obtained from FIGS. 11 and 13 are obtained when the absorbance is measured at two measurement wavelengths in a sample liquid whose Ni concentration and PTFE concentration are actually unknown in Nimflon and Nimflon FUL, respectively. It is an equation that becomes a calibration curve for calculating the Ni concentration using the values of the two absorbances, the absorbance at 660 nm (ABS 660) and the absorbance at 520 nm (ABS 520). This is the calculation formula used.
  • ABS 520 absorbance at 520 nm
  • the effect of turbidity is A simulation of whether or not an error would occur showed that a maximum error of about 8 gZL might occur. It is shown that simple calculation using two measurement wavelengths improves the analysis accuracy by about 20 times. The effect was confirmed to be very high.
  • Ni-Flon plating solution with Ni / P / PTFE composite plating (PTF E concentration is 4.Og / L, and PTFE content in the obtained electroless plating film is 25 vo 1 ), And continuously supply Ni ions (nickel sulfate), sodium hypophosphite, and PTFE from the bathing bath to keep the concentration of these components almost constant, While maintaining the pH almost constant by replenishing sodium, the MTO (number of turns, one turn and the time when 4.46 g of Ni 2 + was consumed or precipitated per liter of the fitted bath, and This was an index indicating the degree of aging of the dipping solution, and the Ni concentration analysis was performed at appropriate intervals.
  • the plating solution volume was 50 L.
  • Multiplied by the Ni concentration of the one-turn device can be used as the corrected Ni concentration.
  • Hand analysis error device Hand analysis 550nm Error after correction
  • Table 3 summarizes the representative numerical values of the analysis results.
  • Fig. 14 summarizes the results for Ni concentration and Fig. 15 summarizes the results for pH.
  • the error tended to increase to a level that could not be ignored. This is because the electroless composite nickel plating solution is used and the phosphites and sulfates accumulate in the plating solution as aging components. This is an error caused by gradually decreasing.
  • the correction coefficient is calculated by calculating the error (that is, the analytical value of the device without correction—the manual analytical value) from the Ni concentration standard value (for example, 4.5 g / l) with respect to the number of turns. There is a proportional relationship in the graph plotting the subtracted values, and the correction coefficient can be derived from the linear equation.
  • the results shown in FIG. 17 summarize the transmittance measured at the measurement wavelength of 52 nm, which mainly changes due to turbidity, measured in the apparatus in relation to turns.
  • the amount of PTFE particles in the plating solution is gradually increasing by replenishment as the turn progresses. This suggests that the transmittance will gradually decrease, but in practice, the transmittance will gradually increase and the turbidity will tend to decrease. This is also due to the change due to the accumulation of aging as described above. Changes in this value Up to about 2.6 turns, a large change in transmittance of nearly 4% appears.
  • the error associated with this variation could lead to an error of about 1.0 g / L.
  • the existing various turn correction functions of the conventional electroless plating equipment on the market are common to the electroless plating liquid as the base liquid. It can be understood from this result that the above is always necessary.
  • the cross-sectional area of the sampling pipe should be at least twice as large as the cross-sectional area of the sampling pipe at an appropriate place in the equipment pipe until the plating solution reaches the absorption cell.
  • a trap portion is provided to facilitate the separation of bubbles formed by a vertically long liquid holding portion having a liquid retention portion.
  • an inlet for the plating solution to flow into the PH cell is installed at the top of the pH cell, while an outlet is provided at the bottom. Since the cross-sectional area of the pH cell is much larger than that of the sampling tube, the flow velocity drops extremely, so that in this part, larger bubbles can escape to the upper part of the pH cell. In the lower part, the bubbles are in a relatively reduced state. It becomes easy to supply the liquid with less bubbles to the absorption cell to be placed.
  • After stopping sampling means, for example, in the apparatus shown in Fig. 9, after the first or second sample is flowed into the photometric measurement unit 10 by the sampling pump 18, the sampling pump 18 is stopped. It means after a while.
  • the extension of the resting time from the stoppage of sampling to the start of the absorbance measurement in the improvement measure (2) is effective. If a resting time of 15 seconds or more is secured, the fluctuation is suppressed to a level where there is almost no problem. It is preferably at least 30 seconds, most preferably at least 60 seconds. Ideally, this standing time should be set as long as possible.However, the need for the analysis frequency of the plating solution should be as short as about 120 seconds. It is not possible.
  • a specific problem that is an issue in constructing an automatic analysis and management system for complex plating liquids is adhesion of dispersed particles to the absorption cell.
  • Cell contamination is a factor that causes the transmittance or absorbance to fluctuate as well as the dispersed particles in the plating solution.
  • the analysis at a plurality of measurement wavelengths according to the present invention has an improvement effect on this problem, the contamination of dispersed particles adheres to the absorption cell at a level that cannot be compared with a general electroless plating solution.
  • analysis using a plurality of measurement wavelengths is indispensable because the turbidity of the plating solution to be analyzed may vary from one analysis to another.
  • the contamination of the absorption cell often changes relatively slowly, and many of the problems at that time are caused by the change in the reference of 100% transmittance or zero absorbance in pure water as the reference.
  • it is corrected by measuring at two or more measurement wavelengths.
  • it is necessary to perform measurement using a single absorption cell.For example, assuming that an absorbance measurement unit that provides an absorption cell for each measurement wavelength is designed, the reference value measurement using pure water If a difference in contamination occurs later, a large error will occur in subsequent analysis values. Therefore, it is important to regularly measure the reference value of 100% transmittance or zero absorbance using pure water, and this problem is sufficiently mitigated in the above-mentioned example using one cell. Things.
  • the transmittance of pure water / 100 X the transmittance of the analytical sample as the following, the results of the analysis of the plating solution can be calculated to reduce errors caused by contamination of the absorption cell. it can.
  • the transmittance in the pure water was not less than a predetermined value (for example, 1 (% Or more), an alarm can be issued to prompt the user to wash or replace the absorption cell.
  • Figures 18 and 19 show examples of plating equipment incorporating this equipment.
  • Fig. 18 shows an example in which the main component is replenished mainly using a metering pump.
  • the merit of the metering pump type is that the equipment cost is relatively inexpensive and the replenishing amount is controlled by operating time. It is possible to automatically adjust the replenishment amount arbitrarily for each analysis result.
  • Fig. 19 shows an example in which the main component solution is applied to the column, and the advantage is that the stability of the supply amount is higher than that of the metering pump.
  • reference numeral 20 denotes a plating tank, and an overflow tank 22 is provided.
  • 24 is a metering pump
  • 26 is a replenisher (nickel salt, reducing agent
  • Tank is an alkali supply tank
  • 30 is a composite material supply column
  • a replenisher, alkali, and composite material are supplied to the overflow tank, which flows into the plating solution in the plating tank. Things.
  • reference numeral 32 denotes a metering pump
  • reference numeral 34 denotes a replenishing column, which is the same as that of FIG. 18 except that the main replenisher is supplied using the column.
  • reference numeral 36 denotes a cooling mechanism, which is cooled to room temperature, and is supplied with the liquid to the automatic analyzer / management apparatus 1, where the analysis is performed as described above. is there.
  • 38 is a pure water tank
  • 40 is a pH 4 standard solution tank
  • 42 is a pH 7 standard solution tank.
  • the control unit A calculates the analysis result in response to the analysis value of the concentration measurement unit B.
  • the control section A controls the operation of the metering pump 24 and the composite material supply column 30. For example, if the analysis result shows that the metal concentration in the plating solution is insufficient, the metering pump 24 of the replenisher tank is operated and stopped for a preset time. Alternatively, the metering pump 24 of the replenisher tank may be operated, and when the subsequent analysis result indicates that the shortage of metal concentration has been resolved, the metering pump 24 may be stopped. The operation of the metering pump 24 of the alkali supply tank for pH adjustment can be similarly performed.
  • the composite material supply column is controlled, for example, once when the number of operations of the above-mentioned replenisher metering pump 24 reaches a predetermined number of times, or in the plating solution based on the operation time of the above-mentioned replenisher metering pump 24. Calculates the amount of metal replenished to the tank and activates once when the amount of replenished metal reaches the predetermined amount, thereby replenishing the predetermined amount of liquid into the plating solution.
  • the metal ion concentration in the electroless composite plating solution can be easily and reliably analyzed automatically.

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Description

明 細 書
無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置 技術分野
本発明は、 無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置に関する。 背景技術
めっき品質に対する要求は年々高度化しており、 めっき液の適切な管理は生産 現場の大きな負担となっているが、 他方では、 価格競争に伴うコスト削減努力の 一環としてめつき処理の自動化が進んでおり、 この結果として、 めっき液の自動 管理装置は必要不可欠となりつつある。
特に近年のめっき産業において、 無電解めつき、 特に無電解ニッケルめっきの 需要は非常に多く、 広範な用途に用いられているが、 この無電解めつきは電気め つきに比べて非常に高い分析頻度が必要で、 同時に補給頻度も極めて高いため、 早くから自動分析と自動補給を組み合わせた液管理装置が開発され、 実用化され ている。 そして、 無電解めつき設備の重要な要素として幅広いユーザーに既に浸 透している。
上述の装置に関する内容は、 「めっき浴の自動管理」 (表面技術、 V o l . 3 4 , N o . 6 , 1 9 8 3 ) や 「無電解めつき浴の自動管理」 (実務表面技術、 V o l . 3 1, N o . 1 0 , 1 9 8 4 ) などの文献で解説されている。
めっき液には様々な成分が配合されているが、 自動液管理装置で分析する成分 としては、 例えば、 補給の目安とする成分やめつき品質を確保する上で最重要な 成分など、 極く限定された成分のみを分析していることが多く、 全成分を分析す るのは皆無と言える。
もしも自動液管理装置では分析していないが、 定期的に分析する必要があるよ うな成分が存在する場合には、 手分析を行い、 必要があれば調整を行うことにな るが、 現実には、 殆どの成分が全く分析及び管理はされていない。
具体的に、 無電解ニッケルめっき液の自動液管理装置においても、 分析される 成分としては N i濃度と p Hの二成分であることが多い。 特に、 無電解ニッケル めっきでは N i濃度の管理は最重要である。 無電解ニッケルめっきを行うと、 N i成分は消耗して徐々に濃度が低下するので、 N i濃度を既定値に維持するため に N i成分を逐次補給するが、 この N i成分の補給量を目安にその他の成分も比 例的に補給して使用するのが一般的な液管理手段となっている。 言い換えると、 全ての成分を理想的に管理するための基準として N i濃度が利用されているわけ で、 液管理における N i濃度の分析精度は非常に重要だと言える。
N i濃度の分析方法としてはキレ一ト滴定法や吸光分析法が一般的であるが、 現在、 無電解二ッケルめつきの自動液管理装置では吸光分析法が一般化している 。 吸光分析法は、 機器分析による組成分析の手段としては歴史的に非常に古く、 溶液の色を比較することで濃度を測定する比色法から、 単色光に近い極めて狭い 範囲の波長の光を用いて吸光度を測定する分光光度法まで様々な手法がある。 そ の原理や解析手法などは、 「機器分析ガイドブック」 (社団法人日本分析化学会 編、 丸善 (株) 発行、 平成 8年 7月 1 0日) や 「定量分析の実験と計算」 (高木 誠司著、 共立出版 (株) 発行、 初版、 昭和 3 6年 1 1月 5日) などで詳しく述べ られている。 具体的に無電解ニッケルめっき液中の N i濃度を吸光分析法で定量 分析する場合には、 可視光領域の緑色系の波長における光の吸収度合いを測定し ている。
無電解ニッケルめっき液には各種錯ィヒ剤が配合されており、 N i成分は N i錯 イオンとして存在し、 その N i錯体は緑色系の波長範囲の光を強く吸収し、 この 波長範囲での吸光度と N i濃度には良好な比例関係が存在する。 この特徴を利用 して高精度に定量分析が行われる。 特定の波長範囲で測定を行うためには光を分 光する必要があるが、 装置の多くは、 干渉フィルターで光を選択する手法を採用 している。 この他に、 回折格子やプリズムなどを用いたモノクロメータ一を使つ て単色光に極めて近い波長を得る方法もあるが、 機構的に複雑になり、 比較的高 価になること、 また、 従来の液管理装置に要求される N i濃度の分析精度におい て、 それほど高い分光度合いは必要なかったことから、 殆ど使われていない。 無電解めつきに限定せずに、 自動液管理装置や液分析方法として吸光分析法を 用いる事例は非常に多く、 特許調査においても多数の出願が認められる。
しかし、 無電解複合めつき液の自動液管理装置における測定方法に関する提案 事例は殆ど認められない。
上述したように、 既に無電解めつき液の自動液管理装置は実用化され、 普及し ているが、 無電解複合めつき液を管理する目的で、 既存の液管理装置を流用した 場合、 様々な問題が発生する。 まず、 無電解ニッケルめっき液の場合、 既存の装 置では N i濃度の測定方法に吸光分析法を用いている場合が多い。 その際、 測定 する光の波長は N i錯体に起因する光の吸収がある波長で測定が行われる。 その 多くは、 可視光領域 (V I S , 波長範囲 4 0 0〜7 5 0 n m) における一つの波 長における測定で行われている。
しかし、 複合めつき液を測定する場合には、 入射する光は、 直進して透過 ·吸 収される光だけでなく、 懸濁粒子によって反射される光や回折 ·散乱される光が 発生する。 この懸濁粒子による反射光や回折 ·散乱光は、 見かけ上は透過光の減 少となり、 目的成分による吸光により透過光が減少したものとは区別できず、 結 果的に目的成分が多く存在するように誤認してしまう。 また、 この懸濁粒子の影 響度合いは懸濁粒子の種類、 粒度分布、 濃度などで変化し、 また、 めっき液の様 々な要因でも変化し得る。 例えば、 めっき液を特定した場合には、 懸濁粒子の影 響は比較的安定するので一定値を濁度による透過率の減少として見込んでおくこ とで、 比較的精度よく成分濃度を測定することも可能である。 しかし、 無電解め つき液は使い込むことで組成が大きく変動するため、 その影響を補正する必要が あり、 一定値で濁度の影響を見込んでおくことには限界がある。
また、 特異な不良が発生した場合、 例えば、 微粒子が特異的な飛び込み成分で 分散不良を起こした場合は、 濁度が著しく変化して目的成分の分析結果に大きな 誤差を生じる。 また、 同様の不具合として、 めっき液のサンプリング機構が不調 で、 均一に微粒子が分散しためっき液が採取できない状況が発生した場合にも、 重大で致命的な分析誤差が発生する懸念がある。
従来装置における分析手法のままでは、 必要とする精度と信頼性を確保するこ とは、 実質的に不可能であると言える。 このように無電解複合めつき液の分析に おける問題を解決する手段には幾つかあるが、 それぞれ欠点がある。
例えば、 めっき液に分散する微粒子をフィルターレーシヨンや沈降、 遠心分離 などで分離してから測定する方法は、 分離を連続的又は断続的に行うための機構 に困難さやコストデメリットが伴うほか、 分析に伴いめつき液が浪費されること から液調整がかなり難しくなる。 また、 分析方法をキレート滴定法で分析する方 法もあるが、 装置がかなり複雑化し、 加えて、 精度確保にはかなり精密で信頼性 の高いサンプリング装置が必要になる。 しかも、 分析による廃液が多量に発生し たり、 指示薬ゃ滴定液などの分析用の消耗薬品が必要であるなど、 P及光分析法と 比較してマイナス因子がかなり多くある。
従来の一般的な無電解めつき液の自動分析 ·管理装置のように、 めっき液を分 析用に加工したり、 浪費することなく、 極力そのままで測定し、 めっき槽に戻す 循環サイクルとすることが理想的な方法と言える。 発明の開示
本発明は、 無電解複合めつき液、 特に無電解複合ニッケルめっき液中の N i濃 度を分析する手法において、 フッ素樹脂 (P T F E、 F E P、 P F A、 T F Eォ リゴマーなど) 、 フッ化黒鉛 (C FX ) 、 グラフアイト、 アルミナ (A 1 2 03 ) 、 炭化ケィ素 (S i C) 、 窒化ホウ素 (B N) などに代表される懸濁粒子が存在 するため分析精度が低下する問題を解決し、 実用上十分な分析精度を確保するこ とができ、 しかも安価な無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置を提供するこ とを目的とする。
本発明は、 上記目的を達成するため、 無電解めつき液に、 フッ素樹脂微粒子を はじめ、 フッ化黒鉛、 グラフアイト、 アルミナ、 炭化ケィ素、 窒化ホウ素などの 微粒子を分散させた無電解複合めつき液を自動分析し、 更に、 その分析結果に基 づいて自動で補給や液調整を行う自動分析 ·管理装置において、 必要な分析精度 を確保するための分析方法及び装置上の各種工夫を提供するもので、 上述したよ うに、 無電解複合めつき液中の析出金属イオンの濃度を吸光光度法により定量分 析する上で障害となっている主な要因は、 共祈させるためにめつき液中に分散さ せている微粒子による濁りである。 この問題を解決する方法として、 特徴的な二 つ以上の測定波長で吸光度測定を行い、 得られた値を連立方程式により演算処理 することで目的とする析出金属イオン濃度を必要な精度で導き出すことができる こと、 更にこの方法に基づいて自動分析 ·管理装置を作り上げる中で、 測定誤差 を生ずる様々な問題が生じたが、 この対策として特徴的なめっき液のサンプリン グ機構や測定条件、 装置の動作条件などの工夫を行うことにより問題を解決でき るとの知見が得られたことから、 本発明をなすに至つた。
従って、 本発明は、 下記の無電解複合めつき液の自動分析,管理装置を提供す る。
(1) 無電解複合めつき液を自動分析し、 適切な液組成及び z又は使用条件に自 動管理する装置において、 めっき液中の金属成分の液中濃度を吸光光度法により 測定する手法として、 自動でめっき液を分析セル内に導入した後、 少なくとも二 つ以上の異なる波長で透過率又は吸光度を測定する機構と、 その測定値から目的 とする濃度を演算処理により算出して結果を表示する機構とを備えていることを 特徴とする無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置。
(2) 測定波長の少なくとも一つの波長が半値幅 1〜 100 nm以下に分光され ていることを特徴とする (1) 記載の自動分析 ·管理装置。
(3) 測定波長の組み合わせが、 少なくとも一つの測定波長として 250〜35 Onm又は 450〜550 nmの波長範囲を選択し、 この波長と重複しないその 他の測定波長として、 その少なくとも一つの測定波長として 350〜450nm 又は 550〜800 nmの波長範囲を選択した組み合わせであることを特徴とす る (1) 又は (2) 記載の自動分析 ·管理装置。
(4) 分析セル内にめっき液を自動で導入した後、 透過率又は吸光度の測定を開 始するまでに 15秒以上の静置時間を確保するように測定タイムテ一ブルが設定 されていることを特徴とする (1) , (2) 又は (3) 記載の自動分析 ·管理装
(5) 定期的に分析セル内に純水を導入して分析セル内を洗浄すると共に、 セル 内にこの純水を満たした状態で設定している測定波長において透過率又は吸光度 の測定を行う機能を有し、 その後同様の純水での測定を行うまでの時間内に実施 されるめっき液での透過率又は吸光度の測定値に対してこれらの測定値を 100 %透過率又は吸光度ゼロの基準値として用いることを特徴とする (1) 〜 (4) のいずれか 1項記載の自動分析 ·管理装置。
(6) 分析セルにめっき液を導入するサンプリング経路の途中に、 サンプリング 配管の断面積よりも 2倍以上の断面積を有する垂直方向に長いめつき液滞留部分 を有し、 そのめつき液滞留部分の入口を上部に設け、 出口を下部に設けることに より、 めっき液に抱き込まれてきた微細な泡を分析セル内に持ち込まないための トラップ機構を備えていることを特徴とする (1) 〜 (5) のいずれか 1項記載 の自動分析 ·管理装置。
(7) 無電解複合めつき液が無電解複合ニッケルめっき液であり、 このめつき液 中のニッケル成分を測定するようにした (1) 〜 (6) のいずれか 1項記載の自 動分析 ·管理装置。 図面の簡単な説明
図 1は、 PTFEを含まない無電解ニッケルめっき液において、 N i濃度を 0 〜 5 g Z Lに変化させた場合の測定波長と吸光度との関係を示すグラフである。 図 2は、 PTFEを複合材粒子とし、 金属成分を含まない無電解めつき液 (N i濃度 O gZL) において、 PTFE濃度を 0〜10 gZLに変化させた場合の 測定波長と吸光度との関係を示すグラフである。
図 3は、 PTFEを複合材粒子とする無電解複合ニッケルめっき液において、 N i濃度を 5 g の一定とし、 PTFE濃度を 0〜10 g/Lに変化させた場 合の測定波長と吸光度との関係を示すグラフである。
図 4は、 PTFEを複合材粒子とする無電解複合ニッケルめっき液において、 PTFE濃度を 0〜: L 0 g/Lに変化させた場合の、 波長 400 nmでの N i濃 度と吸光度との関係を示すグラフである。
図 5は、 PTFEを複合材粒子とする無電解複合ニッケルめっき液において、 N i濃度を 0〜5 gZLに変化させた場合の、 波長 400 nmでの PTFE濃度 と吸光度との関係を示すグラフである。
図 6は、 PTFEを複合材粒子とする無電解複合ニッケルめっき液において、 丁 3濃度を0〜10 gZLに変化させた場合の、 波長 520 nmでの N i濃 度と吸光度との関係を示すグラフである。
図 7は、 PTFEを複合材粒子とする無電解複合ニッゲルめつき液において、 N i濃度を 0〜5 gZLに変化させた場合の、 波長 520 nmでの PTFE濃度 と吸光度との関係を示すグラフである。
図 8は、 本発明の一実施例に係る自動分析 ·管理装置の概略正面図である。 図 9は、 同装置の測定部の説明図である。
図 1 0は、 同装置を用い、 N i濃度を一定とし、 P T F E濃度を変化させた無 電解複合ニッケルめっき液について測定した波長 6 6 0 nmの吸光度と波長 5 2 0 n mとの関係を示すグラフである。
図 1 1は、 同無電解複合ニッケルめっき液についての K値と N i濃度との関係 を示すグラフである。
図 1 2は、 同装置を用い、 N i濃度を一定とし、 P T F E濃度を変化させた別 の無電解複合ニッケルめっき液について測定した波長 6 6 0 nmの吸光度と波長 5 2 0 nmとの関係を示すグラフである。
図 1 3は、 同無電解複合ニッケルめっき液についての K値と N i濃度との関係 を示すグラフである。
図 1 4は、 無電解複合ニッケルめっきを連続的に行った場合におけるターン数 (MT O) と N i濃度測定値との関係を示すグラフである。
図 1 5は、 無電解複合ニッケルめっきを連続的に行った場合におけるターン数 と P H測定値との関係を示すグラフである。
図 1 6は、 夕一ン補正係数を算出するためのグラフで、 ターン数と N i濃度標 準値一誤差値との関係を示す。
図 1 7は、 無電解複合ニッケルめっきを連続的に行った場合におけるターン数 と 5 2 0 n mで測定した濁度値との関係を示すグラフである。
図 1 8は、 本発明装置を組み込んだ無電解複合めつき装置の一例を示す概略図 である。
図 1 9は、 本発明装置を組み込んだ無電解複合めつき装置の他の例を示す概略 図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置は、 めっき液中の金属成分 の液中濃度を吸光光度法により測定する手法として、 自動でめっき液を分析セル 内に導入した後、 少なくとも二つ以上の異なる波長で透過率又は吸光度を測定す る機構と、 その測定値から目的とする濃度を演算処理により算出して結果を表示 する機構とを備えているものである。
ここで、 本発明が対象とする無電解複合めつき液としては、 無電解めつき液に 水不溶性の複合材粒子を分散させたもので、 無電解めつき液としては、 次亜りん 酸ナトリゥム、 ジメチルアミンポラン等のホウ素系還元剤などを還元剤に用いた 無電解ニッケルめっき液、 無電解ニッケル一コバルトめっき液、 無電解コバルト めっき液、 無電解銅めつき液などを例示することができる。 また、 複合材として は、 フッ素樹脂 (PTFE、 FEP、 PFA、 TFEオリゴマーなど) 、 フッ化 黒鉛 (CFX) 、 グラフアイト、 アルミナ (A 1203) 、 炭化ケィ素 (S i C) 、 窒化ホウ素 (BN) などが例示される。 このような無電解複合めつき液として 、 公知の液組成のもの、 市販浴を用いることができる。
この場合、 特に本発明は、 無電解複合ニッケルめっき液中のニッケル成分の測 定に好適に採用される。 ここで、 測定に供される無電解複合ニッケルめっき液組 成は、 限定されるものではないが、 一例を挙げると、 N iイオン濃度が 1〜10 gZL、 特に 3〜7 gZL、 フッ素樹脂等の複合材粒子が 30 g/L以下、 特に 10 g/L以下で含まれるものが好適に用いられる。 なお、 複合材粒子の含有量 の下限値は特に制限されないが、 通常 5 gZL以上、 特に 1 g/L以上であ る。 その還元剤は次亜リン酸ナトリゥム等の次亜リン酸塩であることが好ましく 、 その濃度が 5〜50 g/L、 特に 10〜30 gZLであり、 まためつきの進行 により次亜リン酸塩が酸化することによって生じる亜リン酸ナトリゥム等の亜リ ン酸塩が 0〜300 /L, 特に 0〜200 gZLの広い範囲で蓄積した無電解 複合ニッケルめっき液に対して本発明法は有効に採用される。 なお、 この無電解 複合ニッケルめっき液の pHは、 通常 3〜9、 特に 4〜 8である。
本発明においては、 上記無電解複合めつき液中の金属成分、 例えば無電解複合 ニッケルめっき液の場合であれば N i成分を分析するに際し、 二つ以上の互いに 異なる波長で透過率又は吸光度を測定する。 即ち、 無電解複合ニッケルめっき液 の場合であれば、 吸光度を測定する光の波長として、 N i濃度を測定する波長 ( 例えば 660 nm) とそれよりも短い波長領域の特定範囲の波長 (例えば 520 nm) での測定を組み合わせた方法を採用する。
以下、 還元剤として次亜りん酸ナトリウム、 複合材粒子としてポリテトラフル ォロエチレン (PTFE) 粒子を用いた無電解複合ニッケルめっき液 (無電解 N i— PZPTFE複合めつき液) を代表例として、 二つ以上の波長で測定する方 法とその効果について説明する。
図 1〜3は、 無電解 N i— PZPTFE複合めつき液として、 上村工業 (株) から市販されている商標名 「ニムフロン」 という無電解 N i— P/PTFE複合 めっき薬品を用いて、 N i濃度や PTFE濃度を意図的に変更したサンプル液を 作成し、 それを吸光光度法で測定した際に得られた吸収パターンの代表例である 図 1では、 PTFE粒子をめつき液に与えるための薬品である 「ニムフロン F 」 というスラリー状にした PTFE溶液 (固形分濃度約 66wt %) を加えない めっき液において、 N i濃度を段階的に変更しためっき液で得られた吸収パター ンをまとめたものである。 ここにおいて、 N i濃度の増加と共に 350〜450 nm及び 550〜800 nmの波長範囲で吸光度が比例的に増加している。
一方、 図 2は、 N i濃度 0 gZLとして、 ニムフロン F (スラリー状 PTFE 溶液) を段階的に濃度変更しためつき液で得られた吸収パターンをまとめたもの である。 PTFE濃度の増加と共に測定した全ての波長範囲において吸光度が比 例的に増加しており、 特に特徴的なのは短い波長になるにつれて吸光度の増加傾 向が加速度的に増加していることである。
図 3は、 N i濃度 5 g/Lで一定として図 2の場合と同じく、 ニムフロン F ( スラリー状 PTFE溶液) を段階的に変更しためつき液で得られた吸収パターン をまとめたものである。 図 1で見られたように N iに起因する吸収が 350〜4 50 nm及び 550〜800 nmの波長範囲で認められるが、 PTFE濃度の増 加と共に測定した全ての波長範囲において吸光度が比例的に増加しており、 短い 波長になるにつれて吸光度が加速度的に増加する特徴的な傾向も認められた。 この図 3の吸収パターンは、 N i濃度 5 gZLの無電解めつき液の吸収パター ンに P T F E濃度変化に伴う図 2にあるような吸収パターンを合算した吸収パ夕 「理解することができる。 このことをより正確に把握するため、 例とし て、 4 0 0 nmと 5 2 0 nmにおいて測定された吸光度について、 N i濃度又は ニムフロン F濃度 (又は P T F E濃度) に対しての関係でまとめたものが図 4〜 7である。 これにより、 P及光度の変化は N i濃度及び P T F E濃度の双方に対し て極めて良好な比例関係があり、 所謂、 任意の N i濃度と粒子濃度における吸光 度はめつき液中の金属イオン濃度及び分散粒子による濁度の合算として理解でき ることが確認された。 そして、 このことから事前に双方の特徴を把握するための 測定 (検量線作成) を行っておけば濁度の悪影響を回避して、 目的とする N i濃 度が測定可能となることが示唆された。
しかし、 無電解複合めつきにおいて、 分散粒子の濃度やその濁度は事前の設定 条件以外の要因、 例えば、 めっき液を使い込むことやサンプリングの状況などの 様々な要因で変動するため、 測定時においてある程度の正確さで随時把握して演 算処理に反映させなければ誤差が大きくなる。 この方法として、 二つ以上の波長 条件において測定された結果をもとに、 二つの未知の値である N i濃度と分散粒 子の存在に由来する濁度を連立方程式を解くことで導き出すという本発明の基礎 となる方法が必要となるわけである。
そこで、 図 1〜7の測定結果を用いて、 様々な測定波長の組み合わせによる検 量線を作成し、 任意のめっき液を想定した際の誤差の発生度合いを検討した。 そ の結果、 N i濃度の変動や濁度の変動に対して必要な精度で N i濃度を算出する ことができる組み合わせとして、 まず、 二つの測定波長で測定を行う方法として は、 第 1波長として、 N iの吸収がある 3 5 0〜4 5 O nm又は 5 5 0〜8 0 0 n mの波長範囲、 より好ましくは 3 7 0〜4 3 0 nm又は 6 0 0〜7 7 0 nm、 最も好ましくは 3 9 0〜4 1 0 n m又は 6 4 0〜7 4 0 n mの波長範囲の中の任 意の波長での測定と、 第 1波長とは重複しない第 2波長として 2 5 0〜3 5 O n m又は 4 5 0〜5 5 0 nmの波長範囲、 より好ましくは 2 7 5〜3 3 5 n m又は 4 8 0〜5 3 5 nm、 最も好ましくは 3 0 0〜 3 2 0 nm又は 5 0 0〜 5 3 5 n mの波長範囲の中の任意の波長での測定を組み合わせることが、 誤差の発生を小 さくできる波長の組み合わせであることがわかった。
ここで、 本発明においては、 無電解複合めつき液の金属イオン、 例えばニッケ ルイオン濃度を一定とし、 複合材、 例えば P T F E濃度の異なる複数種 (好まし くは 3種以上、 より好ましくは 4種以上) のめつき液について、 第 1波長 WI^ の吸光度 Atと第 2波長 WL2の吸光度 A2をそれぞれ測定し、 吸光度 と A2と の関係から下記の関係式を求める (なお、 A, >A2とする) 。 X:第 1波長の吸光度
y:第 2波長の吸光度
, β :係数
一方、 上記無電解複合めつき液の金属イオン、 例えばニッケルイオン濃度を変 化させ、 複合材、 例えば P T F E濃度も種々変化させた複数種 (好ましくは 3種 以上、 より好ましくは 6種以上) のめつき液について、 同様に吸光度 及び Α2 を測定し、 Κ値と金属イオン濃度との関係から下記の関係式を求める。
Μ= τ - δ
Μ:金属イオン濃度
Κ:第 1波長の吸光度一ひ X第 2波長の吸光度
7 , δ :係数
このようにして得られる Κ値と金属イオン濃度との関係式から、 第 1及び第 2 波長の吸光度を測定することにより、 金属イオン濃度が求められるものである。 合金系の複合めつき液の場合、 さらに第 1の金属ィオンに対しこれと合金化す る第 2の金属イオンを加えた関係式を予め求めておくことで、 これら金属イオン 濃度が求められる。 例えば第 3の波長を設定し、 第 2の金属イオンによる吸光度 への影響を加えた関係式として求めることができる。
また、 銅やコバルトの複合めつき液の場合は、 ニッケルのときと同様に、 銅や コバルトについて吸収のある波長と銅やコバルトについて吸収のない波長とを適 宜選択することで、 金属イオン濃度を精度良く分析できる。 銅の場合、 2価の銅 イオンに変換することが好ましい。
また、 実際に装置を実用化する際に特定の波長で測定するために分光が必要と なるが、 その方法として干渉フィルタ一を用いるのが最も安価でシンプルな装置 構造とすることができる。 しかし、 干渉フィルタ一を用いて分光を行う方法では 分光精度が問題となり、 分光された光はある程度波長に幅が生じる。 これは干渉 フィルターの波長の半値幅として表現され、 品質の一つである。 この半値幅が狭 いものほど高価なフィルタ一となることから、 安価な装置を提供しょうとすると 半値幅の比較的広い干渉フィルターを選択できるかどうかが重要となる。 そこで 、 本発明を実用化する上で、 十分な分析精度を確保するために必要な干渉フィル 夕一の品質として、 半値幅がどの程度影響するかについても検討した。 その結果 、 先に述べた二つの測定波長の範囲の中で、 最も好ましい波長範囲の任意の波長 を中心値とする干渉フィルターを想定すれば、 半値幅 1 0 O nm以下であれば分 析誤差は許容できることがわかったが、 好ましくは半値幅 5 O nm以下、 最も好 ましくは 2 0 nm以下であることもわかった。
また、 後述する装置の吸光度測定ュニッ卜を使って実証テストを進めた中で、 1 nm未満の極めて狭い半値幅の干渉フィルターを用いた場合は、 十分な光量が 確保できなかった。 この対策には、 必然的に受光部の性能アップや光源の光量ァ ップなどコストがかかることから、 干渉フィルターの半値幅を無用に狭くするの はフィルター自身のコストアップ以外でも装置コストを引き上げる要因となるこ とが明らかとなった。 半値幅の下限値としては 1 n m以上が適当で、 より好まし くは 5 nm以上、 最も好ましくは 1 0 n m以上と判断されたものである。
次に、 本発明装置の一例につき図 8及び図 9を参照して説明する。
図 8, 9において、 Aは演算処理や各種動作指示を司る制御部、 Bは濃度測定 部であり、 この測定部 Bで測定された無電解複合めつき液の分析値が上記制御部 Aに伝達され、 この分析値を演算し、 それに応じた所定の動作指示がめっき装置 に与えられるものである。
なお、 上記制御部 Aには、 コンピュータが内蔵され、 これにより上述したよう に演算処理や各種動作指示などを行うほか、 分析結果や装置の動作状況などが随 時表示される表示機構を有し、 また装置の動作条件の設定や手動操作なども含め て制御条件設定をこの部分で行うことができるようになつている。 更に、 この制 御部に通信ポートを介してバソコ.ンを接続すると、 専用ソフトで分析結果のデー 夕処理や動作環境から動作指示など主な制御を全てパソコンから行うことも可能 にし得るものであり、 各種補給ュニットやめつき温度を制御する温度調節器との 通信などを、 複数同時に制御する通信ラインなどを接続することもできる。 上記測定部 Bは、 図 9に示したように、 吸光度測定ユニット 1 0及び p Hセル 1 2を具備する。 p Hセル 1 2までの配管は内径 3 mmであり、 p Hセル 1 2の 内径は 1 4 mmとなっている。 この p Hセル 1 2には、 K C 1飽和溶液を供給' 貯蔵するカラム 1 4が連結されており、 また温度センサ一 1 6を備える。 この温 度センサー 1 6のある箇所から吸光度セル 1 0 aを通らずに配管されるチューブ の内径は、 P及光度セル 1 0 aへのチューブ内径よりも大きくし、 泡を含んだめつ き液は吸光度セル 1 0 aへ流通しにくくなつている。 なお、 上記吸光度測定ュニ ット 1 0には、 図示していないが、 吸光度セル 1 0 aを挟んで一方には受光部、 反対側には、 セル 1 0 a側から順に二次絞り、 干渉フィルタ一、 一次絞り、 光源 ランプの順で配置された構造となっており、 更に、 干渉フィルタ一は 2種類を自 動で精度よく自動切り換えが可能なように、 低速モーターの軸から扇状に 2枚の フィルターを極力短い軸で固定した状態で配置されており、 モーターが正転及び 逆転することで光路内の所定の位置にいずれか一方のフィルターを移動させて停 止するような仕組みを備えている。
また、 図 9において、 1 8はサンプリングポンプ、 V 1〜V 8はそれぞれ電磁 弁であり、 電磁弁は V 1には純水供給部が、 V 2には第 1サンプル供給部が、 V 3には第 2サンプル供給部が、 V 4には p H 4標準溶液供給部が、 V 5には p H 7標準溶液供給部がそれぞれ接続されていると共に、 電磁弁 V 6はドレ一ンと、 V 7は第 1サンプル排出部と、 V 8は第 2サンプル排出部とそれぞれ接続されて いる。 そして、 上記電磁弁 V 1〜V 5及び V 6〜V 8を適宜開閉し、 例えば V 2 , V 7を開き、 他は閉じ、 サンプリングポンプ 1 8を作動させると、 第 1サンプ ルが、 第 1めっき槽から V 2を通り p Hセル 1 2内に流入、 流通し、 第 1サンプ ルの p Hが測定されると共に、 P及光度測定ユニット 1 0に流入、 流通し、 V 7よ り第 1めっき槽内へ流通する。 サンプリングポンプ 1 8を停止した後、 6 6 0 η mで吸光度を測定し、 その後吸光度ュニット 1 0の干渉フィルタ一を切り換えて 、 5 2 O n mで吸光度測定する。 吸光度を測定し終わった後、 V 2を閉じてサン プリングポンプ 1 8を所定時間作動させると、 図示にない K C L飽和溶液が p H セル 1 2、 吸光度測定ュニット 1 0内に流入、 流通し、 V 7を閉じ V 6を開いて ドレーンへ排出する。 これらの動作を適宜間隔で行う。 また、 上記分析作動後、 定期的に校正、 洗浄を行う。 pH電極の校正は、 上記 KCL飽和溶液の導入後、 V4を開き、 サンプリングポンプ 18を作動して、 p H4標準液を pHセル 12、 吸光度測定ュニット 10に流通させ、 ドレーンへ排 出後、 V4を閉じ、 V5を開き、 同様に PH 7標準液を流通、 排出させる。 その 後、 上記分析動作を行う。 また、 洗浄工程は、 上記 KCL飽和溶液の導入後、 V 5を閉じ、 VIを開き、 純水を pHセル 12に流入、 流通し、 P及光度測定ュニッ ト 10内へ流入、 流通させドレーンへ排出すると共に、 純水での吸光度を上記と 同様にして 2つの波長について測定する。
次に、 この装置を用いて様々な実証試験を行った結果を述べる。
まず、 測定波長であるが、 過去の一般的な無電解ニッケルめっき液の自動分析 、 管理装置では測定波長は 600〜800 nmの任意の波長を用いていることが 多い。 この理由は、 光源及び受光部の性能において、 可視光範囲が比較的長めの 波長の方が十分な受光量が確保し易い傾向にあるためで、 まず、 本発明者は一つ の測定波長として 660 nmの波長を選択した。 更に、 二つ目の測定波長には先 の基礎検討と同様に 520 nmの殆ど N i濃度に起因する吸収がない波長を選択 し、 この二つの測定波長での検討を行った。
初めに、 この装置における検量線の作成を、 上述の図 1〜7に示したものと同 じょうな内容で、 無電解 N i— PZPTFE複合めつきの数種類のタイプのめつ き液に対して実施した。 その一例として、 上記と同様にニムフロンめつき液での 結果を表 1と図 10, 11、 更にベース液組成が異なるニムフロン FULめっき 液 (上村工業 (株) 製) での結果を表 2と図 12, 13に示す。
【表 1】
Figure imgf000017_0001
ここで、 図 10及び図 12は、 それぞれニムフロン及びニムフロン FULめつ き液において、 N i濃度を一定とし、 PTFE濃度を変化させたサンプル (サン プル No. 5〜9) での、 波長 660 nmの吸光度 (ABS) と波長 520 nm の吸光度 (ABS) との関係を示すもので、 それぞれ
図 10 : y=0. 7116 x+ 0. 2338、 R2 = 0. 9964 図 12 : y=0. 6765 x+ 0. 2364、 R2 = 0. 9905 の関係が与えられる。 一方、 図 11及び図 13は、 それぞれ各サンプル No. :!〜 9での K値と N i 濃度との関係を示したものである。 この場合、 K値は、
=ABS (660) -aXABS (520)
(但し、 ABS (660) :波長 660 nmでの吸光度、
AB S (520) :波長 520 nmでの吸光度、
CK :上記図 10, 12から得られる関係式 Xの係数、 即ち図 10のニム フロンの場合は 0. 7116、 図 12のニムフロン FULの場合は 0. 6765)
で示される。 従って、 図 11, 13からそれぞれ
図 1 1 : N i =27. 652 X [ABS (660) —0. 7116 XABS
(520) ] - 1. 4267、 R2 = 0. 9989 図 13 : N i =22. 857 X [ABS (660) —0. 6765 XABS
(520) ] -0. 811、 R2 = 0. 9983
の関係式が与えられる。
この図 1 1, 13から得られる関係式は、 ニムフロン及びニムフロン FULに おいて、 それぞれ実際に N i濃度及び P T F E濃度が未知のサンプル液において 、 二つの測定波長で吸光度を測定した際に得られる二つの吸光度、 660 nmで の吸光度 (ABS 660) と 520 nmでの吸光度 (ABS 520) の値を用い て、 N i濃度を求める検量線となる方程式であり、 装置にて演算処理させる際に 用いる計算式である。 ここで例示した 2種類の無電解 N i— P/PTFE複合め つき液では、 先の基礎的な検討結果と同様に N i濃度及び PTFE濃度に対して 良好な比例関係が存在し、 最終計算式で導かれた N i濃度は、 別途、 滴定分析で 求めた値との差は最大でも 0. 04gZLであり、 極めて高い精度となっている ことが確認、された。
参考までに、 もしも従来の一般的な無電解めつき用の装置と同じように、 一つ の波長、 ここでは 660 nmでの吸光度測定から N i濃度を計算した場合、 濁度 による影響でどの程度誤差が生じるかをシミュレーションしてみたところ、 最大 では 8 gZL程度の誤差が生じる可能性を示唆していた。 二つの測定波長を 用いることで単純に計算すると約 20倍も分析精度が向上することを示しており 、 効果が非常に高いことが確認された。
次に、 上記装置を用い、 上記関係式を使って、 実際に無電解複合めつき液を自 動で分析 ·管理させる試験を行った結果について述べる。 代表例として、 無電解
N i一 P/PTFE複合めつきであるニムフロン FULめっき液 (なお、 PTF E濃度は 4. O gノ Lであり、 なお、 得られる無電解めつき皮膜中の PTFE含 有量は 25 vo 1 %であった。 ) を用い、 建浴時より連続的に N iイオン (硫酸 ニッケル) 、 次亜りん酸ナトリウム、 PTFEを補給してこれら成分の濃度をほ ぼ一定に保持すると共に、 水酸化ナトリゥムを補給して pHをほぼ一定に保持し つつ、 MTO (ターン数、 1ターンとはめつき浴 1 L当り N i2 +が 4. 46 g消 費乃至は析出した時期を示し、 無電解二ッゲルめつき液の老化度を示す指標であ る) までランニングを行い、 適宜間隔毎に N i濃度分析を行った。 なお、 めっき 液容量は 50 Lであった。 結果を表 3、 図 14〜17に示す。 例えば、 図 16の 場合であれば、 直線式の Xの係数、 即ち 0. 1165を N i濃度標準値 4. 5 ( g Z 1 ) で割った値を 1夕一ンの補正係数とすることができ、
1+ (0. 1165 + 4. 5) =1. 026
を 1ターンの装置の N i濃度に乗じた値を補正後の N i濃度とすることができる
【表 3】
Ni濃度 PH ターン捕正後の Ni濃度 濁度 (%)
MTO
手分析 誤差 装置 手分析 550nm 捕正後 誤差
(補正なし)
0.00 4.46 4.49 -0.03 4.84 4.88 -0.04 79.7 4.49 0.00
0.43 4.48 4.55 -0.07 4.87 4.91 -0.04 80.2 4.55 0.00
0.72 4.47 4.58 -0.11 4.85 4.91 -0.06 80.8 4.57 -0.01
1.08 4.51 4.63 - 0.12 4.84 4.90 -0.06 80.7 4.64 0.01
1.24 4.41 4.58 -0.17 4.82 4.88 -0.06 81.3 4.58 0.00
1.58 4.31 4.52 -0.21 4.88 4.86 0.02 81.9 4.51 - 0.01
1.89 4.29 4.54 一 0.25 4.85 4.85 0.00 82.1 4.52 -0.02
2.25 4.30 4.57 -0.27 4.87 4.86 0.01 82.6 4.57 0.00
2.56 4.24 4.54 - 0.30 4.87 4.85 0.02 83.3 4.53 -0.01
2.76 4.16 4.47 -0.31 4.87 4.86 0.01 83.7 4.48 0.01 表 3には分析結果の代表的な数値をまとめており、 その結果について、 図 1 4 には N i濃度に関する結果、 図 1 5には p Hに関する結果をまとめている。 ラン ニング中のめっき液の N i濃度を手分析で求めた値と上記装置の分析で補正なし として示した値にはそれほど大きな誤差はなかった。 ところが、 ランニングが進 むと共に誤差は無視できないレベルまで大きくなつていく傾向であった。 この原 因は、 無電解複合ニッケルめっき液が使い込まれると共にめつき液中には老化蓄 積成分として亜りん酸塩や硫酸塩が蓄積していくことで N i錯イオンに起因する 吸光度合いが徐々に小さくなるために生じる誤差である。 ここで例示したパタ一 ンとは逆に、 P及光度合いが徐々に大きくなるタイプの無電解複合めつき液もある が、 その場合は、 老化蓄積物による吸光度合いの低下を上回る程度で錯化剤が補 給によって増加していくようなタイプの無電解めつき液であるためで、 この部分 は市販の無電解めつき液であれば、 そのめつき液の癖を事前に把握しておいて、 分析値に対して適切な補正を行えば解決できる。 実際にここで例示したニムフロ ン F U Lめっき液でも、 比例的な補正係数に若干の加算も加えた一定の補正を実 施すると、 図 1 4の補正後の値は手分析値に概ね重なる良好な精度が得られる。 補正係数の算出は図 1 6に示したように、 ターン数に対して N i濃度標準値 ( 例えば 4. 5 g / l ) から誤差 (即ち、 補正なし装置の分析値—手分析値) を引 いた値をプロットしたグラフについて比例関係が存在し、 その直線式から補正係 数を導き出すことできる。
一方、 めっき液の管理項目として重要な p Hの値でも装置による一定した誤差 が生じるが、 図 1 5に示したように約 1 . 4夕一ン頃までは補正を行わなかった ので、 手分析値と分析装置での値には約 0 . 0 6の誤差があつたが、 これを補正 した後は誤差は許容できるレベルまで小さくなっている。
なお、 図 1 7に示した結果は、 装置において測定された主として濁度に起因し て変化する 5 2 0 n mの測定波長において測定された透過率についてターンとの 関係でまとめたものである。 実際は、 めっき液中にはターンの進行と共に補給に より P T F E粒子の量は徐々に増加している。 このことは、 透過率が徐々に低下 することを予想させるが、 実際には透過率は徐々に上昇して濁りが小さくなる傾 向を示す。 この原因も先にも述べた老化物の蓄積による変化である。 この値の変 化は約 2 . 6ターンまでで 4 %近い大きな透過率の変動となって現れている。 も しもこの変動を無視して一つの波長での測定を行っていたと仮定すると、 この変 動に伴う誤差は約 1 . 0 g /Lほどの誤差に繋がる可能性がある。 二つの波長で の測定だけでなく、 従来から市販されている一般的な無電解めつき用の装置にあ る既存の各種ターン補正機能については、 ベース液が無電解めつき液で共通して いる以上は必ず必要であることがこの結果から理解することができる。
一方、 各種めつき液でランニングを行う中で特異な不具合が発生する場合があ る。 その不具合とは、 N i濃度の分析値が突然異常に高い値を示すもので、 当初 は原因がなかなか特定できなかったが、 原因の調査 ·検討を進めた結果、 以下の 要因が不具合を引き起こしていることが明らかになった。
( 1 ) サンプリングしためつき液中に包含されて吸光セル内に輸送されてきた泡 が、 サンプリング停止後、 吸光度測定までの短い時間内で十分に分離できなかつ たために吸光度の測定中に値が変動し易かったため、 結果的に分析精度の悪ィ匕を 招いた。 このような不具合が発生し易くなる要因としては、 複合めつき液の種類 やめつき液の老化がある。
( 2 ) 薬剤の補給位置とめっき液のサンプリング位置が近かったために補給した 薬品が十分拡散均一化しないままサンプリングが行われ、 結果として、 分析値が 異常に高くなつた。
( 3 ) 干渉フィルターの切り換え機構の安定性が不足しており、 装置に対するち よつとした振動又は衝撃で誤差が発生した。
そして、 これら不具合の原因に対して、 以下のような対策が有効である。 ( 1 ) P及光セルへの泡の持ち込みを極力抑制するために、 装置配管内でめっき液 が吸光セルに至るまでの適当な場所において、 サンプリング配管の断面積よりも 2倍以上の断面積を有する垂直方向に長いめつき液滞留部分からなる泡が分離し 易くなるようなトラップ部分を設ける。 具体的には、 めっき液が P Hセルへ流入 する入口を p Hセルの上部に設置する一方、 出口は下部に設ける。 p Hセルでは サンプリングチューブよりも断面積がかなり大きくなつているので流速が極端に 低下するため、 この部分で、 大きめの泡は p Hセルの上部へと逃げることができ 、 一方、 p Hセル下部では泡が比較的減少した状態となるので、 その下手側に位 置する吸光セルには泡の少ないめつき液が供給され易くなる。
( 2 ) 吸光セル内に入り込んだ泡の影響を極力除いて吸光測定を行うために、 め つき液のサンプリングを停止してから、 吸光測定の開始までの時間を 1 5秒以上 とする。
「サンプリングを停止してから」 とは、 例えば図 9の装置では第 1又は第 2サ ンプルをサンプリングポンプ 1 8により、 光度測定ュニット 1 0内へ流入させ た後、 サンプリングポンプ 1 8を停止してからということを意味する。
( 3 ) 薬品を自動補給する位置から極力遠くにサンプリング位置を設定する。
( 4 ) 干渉フィルター切り換え機構の動作制御と機械強度が増すような改造を行 い、 停止位置の変動や振動 ·衝撃の影響の抑制を行う。
これらの改良により、 異常な分析値は殆ど発生しなくなる。 特に改善策 (2 ) のサンプリング停止から吸光度測定開始まで静止時間延長は効果的で、 1 5秒以 上の静置時間を確保すれば、 ほぼ問題のない程度まで変動は抑制されたが、 より 好ましくは 3 0秒以上、 最も好ましくは 6 0秒以上である。 この静置時間は極力 長めに設定するのが理想的であると言えるが、 めっき液の分析頻度に対するニー ズとしては、 短ければ 1 2 0秒程度から存在するため、 無用に長時間静置するこ とはできない。
この他、 複合めつき液の自動分析 ·管理装置を構築する上で課題となる特有の 問題としては、 吸収セルへの分散粒子の付着汚染である。 セルの汚染はめつき液 中の分散粒子と同様に透過率又は吸光度が変動する要因である。 本発明の複数の 測定波長で分析することは、 この問題に改善効果を与えるが、 一般的な無電解め つき液とは比較できないレベルで吸光セルへ分散粒子の付着汚染が起こる。 この 問題を解決するためには、 比較的高頻度で洗浄を実施することが望ましいが、 装 置に組み込まれた吸光セルを洗浄するには、 装置からセルを取り外すなどの手間 が非常にかかり、 なおかつ、 付着した汚れはかなり取れ難い傾向があるため、 超 音波洗浄、 酸性 (塩酸や硝酸など) 又は塩基性 (苛性ソーダやアンモニアなど) の溶液や洗剤の併用及びエタノールなどの有機溶媒などを用いた洗浄などが必要 となる。 装置では、 セルの取り外しを容易にするなどの設計上の工夫も行ってい るが、 自動分析 ·管理装置に吸収セル内面の自動洗浄のために超音波装置や上述 の各種洗浄液を送り込む機構を組み込むことはコスト的にマイナスが大きく、 装 置の構造も複雑となり、 酸、 アルカリ、 有機溶媒等の廃液発生などはユーザーへ の大きな負担となり、 結論としては実質的に不可能と言える。
上述したように、 複数の測定波長を用いて分析することは、 分析対象のめっき 液における濁度が分析毎に変動する可能性があるために必要不可欠である。 しか し、 吸光セルの汚れについては比較的緩やかに変化する場合が多く、 その際の問 題の多くは基準となる純水における透過率 1 0 0 %又は吸光度ゼロの基準が変化 することによる誤差だけであり、 ある程度は二つ以上の測定波長で測定している ことで補正されてしまう。 このためには、 一つの吸収セルを用いて測定すること が必要で、 例えば測定波長毎に吸光セルを設けるような吸光度測定ュニッ卜を設 計した場合を想定すると、 純水での基準値測定後に汚れの差が生じるとその後の 分析値に大きな誤差が生じてしまう。 従って、 定期的に純水を用いた透過率 1 0 0 %又は吸光度ゼロの基準値を測定することは重要であり、 一つのセルを用いた 上記例の装置ではこの問題は十分緩和されているものである。
例えば、 「純水での透過率/ 1 0 0 X分析サンプルの透過率」 として、 次に行 うめつき液の分析結果を演算することで、 吸光セルの汚れにより生じる誤差を緩 和することができる。 また、 吸光セルの汚れが分析結果に影響がでるような看過 できないまでになるのを防ぐため、 前回の純水での透過率の測定から純水での透 過率が所定以上 (例えば、 1 %以上) に変動した場合には、 警報を発し、 吸光セ ルの洗浄又は交換を促すようにすることができる。
なお、 図 1 8, 1 9は、 本装置を組み込んだめっき装置の一例を示す。 即ち、 図 1 8は、 主として定量ポンプを用いて主成分の薬液を補給するように構成した 例であり、 定量ポンプ形式のメリットとしては、 設備コストが比較的安価で補給 量を動作時間で制御できるので、 毎回の分析結果に対して、 補給量を任意に自動 調整することが可能であることなどが挙げられる。 一方、 図 1 9は、 主成分の薬 液をカラムにより行うようにした例で、 定量ポンプよりも補給量の抨量安定性が 高いことが利点である。
ここで、 図 1 8において、 2 0はめつき槽であり、 オーバ一フロー槽 2 2が付 設されている。 また、 2 4は定量ポンプ、 2 6は補給剤 (ニッケル塩、 還元剤、 錯化剤等) タンク、 2 8はアルカリ供給タンク、 3 0は複合材供給カラムであり 、 補給剤、 アルカリ、 複合材がオーバーフロー槽に供給され、 これがめっき槽内 のめつき液に流入されるものである。 また、 図 1 9において、 3 2は定量ポンプ 、 3 4は補給カラムであって、 主補給剤をカラムを用いて補給する以外は図 1 8 の場合と同様である。
一方、 図 1 8, 1 9において、 3 6は冷却機構であり、 ここで室温まで冷却さ れためつき液が自動分析 ·管理装置 1に供給され、 上述したように分析が行われ るものである。 なお、 図中、 3 8は純水タンク、 4 0は p H 4標準液タンク、 4 2は p H 7標準液タンクである。
前述のように、 濃度測定部 Bの分析値を受けて、 制御部 Aが分析結果を演算す る。 この分析結果に応じて、 制御部 Aによって定量ポンプ 2 4、 複合材供給カラ ム 3 0の作動制御が行われる。 例えば、 分析結果からめっき液中の金属濃度が不 足していることがわかると、 補給剤タンクの定量ポンプ 2 4を予め設定されてい た時間作動し停止させる。 あるいは、 補給剤タンクの定量ポンプ 2 4を作動し、 以降の分析結果で金属濃度の不足が解消されたことがわかると、 上記定量ポンプ 2 4を停止してもよい。 p H調整用のアルカリ供給タンクの定量ポンプ 2 4の作 動も同様にできる。 複合材供給カラムの制御は、 例えば上記補給剤の定量ポンプ 2 4の作動回数が所定回数となった場合に 1回作動させる、 又は、 上記補給剤の 定量ポンプ 2 4の作動時間からめっき液中へ補給された金属量を算出して、 補給 された金属量が所定量となった場合に 1回作動させることで、 所定量をめつき液 中に補給する。
本発明によれば、 無電解複合めつき液中の金属ィォン濃度を容易かつ確実に自 動分析することができる。

Claims

請求 の 範 囲
1 . 無電解複合めつき液を自動分析し、 適切な液組成及び Z又は使用条件に自動 管理する装置において、 めっき液中の^属成分の液中濃度を吸光光度法により測 定する手法として、 自動でめっき液を分析セル内に導入した後、 少なくとも二つ 以上の異なる波長で透過率又は吸光度を測定する機構と、 その測定値から目的と する濃度を演算処理により算出して結果を表示する機構とを備えていることを特 徴とする無電解複合めつき液の自動分析 ·管理装置。
2 . 測定波長の少なくとも一つの波長が半値幅 1〜 1 0 0 nm以下に分光されて いることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の自動分析 ·管理装置。
3 . 測定波長の組み合わせが、 少なくとも一つの測定波長として 2 5 0〜 3 5 0 n m又は 4 5 0〜5 5 0 nmの波長範囲を選択し、 この波長と重複しないその他 の測定波長として、 その少なくとも一つの測定波長として 3 5 0〜 4 5 0 n m又 は 5 5 0〜 8 0 0 nmの波長範囲を選択した組み合わせであることを特徴とする 請求の範囲第 1項又は第 2項記載の自動分析 ·管理装置。
4. 分析セル内にめっき液を自動で導入した後、 透過率又は吸光度の測定を開始 するまでに 1 5秒以上の静置時間を確保するように測定タイムテーブルが設定さ れていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれか 1項記載の自 動分析 ·管理装置。
5 . 定期的に分析セル内に純水を導入して分析セル内を洗浄すると共に、 セル内 にこの純水を満たした状態で設定している測定波長において透過率又は吸光度の 測定を行う機能を有し、 その後同様の純水での測定を行うまでの時間内に実施さ れるめっき液での透過率又は吸光度の測定値に対してこれらの測定値を 1 0 0 % 透過率又は吸光度ゼロの基準値として用いることを特徴とする請求の範囲第 1項 乃至第 4項のいずれか 1項記載の自動分析 ·管理装置。
6 . 分析セルにめっき液を導入するサンプリング経路の途中に、 サンプリング配 管の断面積よりも 2倍以上の断面積を有する垂直方向に長いめつき液滞留部分を 有し、 そのめつき液滞留部分の入口を上部に設け、 出口を下部に設けることによ り、 めっき液に抱き込まれてきた微細な泡を分析セル内に持ち込まないためのト ラップ機構を備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれ か 1項記載の自動分析 ·管理装置。
7 . 無電解複合めつき液が無電解複合ニッケルめっき液であり、 このめつき液中 の二ッケル成分を測定するようにした請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれか 1 項記載の自動分析 ·管理装置。
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