專利名稱：在電鍍裝置中貯存金屬離子供應源的方法
技術領域：
本發明涉及的是在例如銅電鍍裝置中銅供應源的有效貯存。
背景技術：
眾所周知，增亮劑是設計用來促進電鍍反應并為金屬鍍層提供光澤的添加劑，例如，4，5-二硫雜辛烷-1，8-二磺酸〔(SCH2CH2CH2SO3H)2〕。當銅陽極存在時，即使電鍍操作停止之后，增亮劑也繼續被分解(例如，J.Eletroanal.Chem.，338(1992)，166-177)。
如A.Thies，H.Meyer，J.Helneder，M.Schwerd和T.Gebhart在《高級金屬化會議文集》(Advanced Metallization Conference)(1999)第69-75頁論述的，在銅電鍍使用不可溶陽極時，可將銅溶解器(溶解槽)附加到電鍍裝置中以提供銅離子。此銅溶解單元設計為可以使從嵌入的銅球中溶解出的銅離子與沉降到基體上(即陰極反應)的銅的量成比例。其中陰極反應是...................(1)陽極反應是...................(2)在銅溶解器中，還按照以下反應供應銅離子......(3)發明解決的問題在使用這樣的不可溶陽極的系統中，銅離子通常是由裝在銅溶解器中的銅球供應的。如在上述參考文獻(J.Electroanal Chem.)論述的，在實際的銅溶解器中，由于銅球的存在，甚至當電鍍裝置停止運行時，增光劑也可能被分解。因此，當電鍍裝置再次運行時，銅溶解器所含的溶液進入電鍍反應器(反應槽)中，使得電鍍不可能在與電鍍裝置停止運行之前存在的條件相同的條件下進行。
在具有可溶性陽極的系統中也出現類似的現象。據報道，重新啟動電鍍裝置時的電鍍性能難以做到與電鍍裝置停止運行之前具有的性能相同(J.Eletroanal.Chem.，338(1992)，167-177)。而且電鍍裝置停止運行期間產生的溶解物成為雜質，并對金屬鍍層表面產生不利的影響。
因此，本發明的目的是，甚至在電鍍裝置中止運行的情況下，也可防止電鍍液的劣化(質量的變化)和電鍍性能的改變。
解決問題的方法根據本發明，上述問題可以這樣解決提供一個設計為貯存不會使金屬離子供應源劣化、作為“置換液”的溶液的貯池，并在電鍍中止期間將至少部分電鍍液置換為所述的“置換液”。
在電鍍裝置具有不可溶陽極的情形下，裝有金屬離子供應源的槽裝配了所述的貯池，電鍍操作完成時，將電鍍液從裝有金屬離子供應源的槽中全部排出，將置換液從貯池中轉移到排空了的裝有金屬離子供應源的槽中，而且當電鍍操作重新開始時，置換液返回到貯池中，然后電鍍液返回到裝有金屬離子供應源的槽中。
對于具有可溶性陽極的電鍍裝置，電鍍槽裝配了貯池和電鍍液貯存槽，電鍍操作完成時，將電鍍液從電鍍槽中轉移到電鍍液貯存槽中，然后將置換液從貯池中轉移到排空的電鍍槽中，并且當電鍍操作重新開始時，置換液返回到貯池中，然后電鍍液返回到電鍍槽中。
有利的是，所述置換液是不含在電鍍操作中止時發生分解反應的增亮劑的電鍍液。在鍍銅的情況下，3-(苯并噻唑-2-硫基)丙磺酸〔3-(benzothiazoryl-2-thio)propylsulfonic acid〕及其鈉鹽、3-巰基丙烷-1-磺酸及其鈉鹽、亞乙基二硫基二丙磺酸及其鈉鹽、二硫化雙-(對-磺基苯)及其二鈉鹽等可用作所述的增亮劑。適于鍍銅的置換液的具體例子包括含有硫酸銅和硫酸的溶液、含有硫酸銅、硫酸和氯的溶液、及硫酸溶液。
發明的優選實施方案以下以代表性的示例為依據更為詳細地描述本發明。
實施例1在

圖1所示的實施方案中，本發明用于帶有不可溶陽極的電鍍裝置。銅溶解器4附加在作為電鍍裝置主體單元的電鍍槽(圖中未顯示)上，其中裝有銅球5。銅溶解器4和圖中未顯示出的電鍍槽通過管2、3相互連接，它們都裝滿了銅電鍍液。銅電鍍液組合物含有，例如，濃度為35g/升的銅離子、濃度為180g/升的硫酸、濃度為12g/升的鐵離子及濃度為50mg/升的氯離子。銅電鍍液還包含添加劑，如增亮劑、整平劑等。以下稱這種銅電鍍液為“真正的電鍍液”，以使銅電鍍液與置換電鍍液區別開來。
除銅溶解器4之外，還安裝了用于置換液7的貯池。這兩個槽通過裝配了泵6的管道互相連接。泵6的構造可使其反向轉動。置換電鍍液貯存在用于置換液的貯池7中。置換電鍍液是不含添加劑(如增亮劑)的溶液(電鍍基液)。但是，如果添加劑是不會在銅的作用下溶解并且不會導致銅表面劣化的物質，置換電鍍液也可包含添加劑。當使用不含添加劑的電鍍基液時，預計它能夠減小添加劑到銅表面的吸收，并且在電鍍重新開始期間能夠抑制從銅表面到電鍍液的發射。而且還可以使用既不含增亮劑也不含鐵離子的電鍍液，或者使用濃度類似于真正的電鍍液中硫酸濃度的硫酸溶液(這樣就不含硫酸銅)。
為操作電鍍裝置，管2、3中的閥15、16是打開的，電鍍溶液在電鍍槽和銅溶解器之間循環。在此過程中，泵6必須停止，以使貯池7中的置換電鍍液不會供應到銅溶解器4中。
一旦電鍍操作完成并且裝置停止運行，就關閉管2、3中的閥15、16，銅溶解器4中真正的電鍍液就通過管1排放到電鍍槽或另外一個槽中，從而使銅溶解器4中只剩下銅球。然后啟動泵6，將置換電鍍液引入到已排空真正的電鍍液的銅溶解器4中。這樣引入置換電鍍液，是為了防止銅球表面的任何劣化(如反應停止或氧化作用)，并在重新開始電鍍操作之前保持原有的性質。
為重新開始電鍍裝置的操作，需將銅溶解器中的置換電鍍液排入貯池7中，并僅有銅球留在銅溶解器中；然后打開閥15、16通過管3從電鍍槽中引入真正的電鍍液，開始電鍍操作。
實施例2在圖2所示的實施方案中，本發明適用于帶有可溶性陽極的電鍍裝置。圖示的結構主要包括裝有陰極(基體)11和可溶性陽極(磷銅陽極)12的電鍍槽10、用于置換電鍍液的貯池14及電鍍液貯存槽(圖中未顯示)。電鍍槽10和用于置換電鍍液的貯池14通過裝有泵13的管相互連接，電鍍槽10和貯存槽可通過管15彼此連接。泵13的構造也是可使其反向轉動。除了不含鐵離子以外，電鍍槽10中容納的銅電鍍液組合物與上面實施例1中所示的電鍍液相同，而且添加劑的含量也是相同的。可用印刷電路板或半導體片作陰極11的基體，但不限于這些。
電鍍裝置運行時，泵13是停止的，以使貯池14中的置換電鍍基液不會轉移到電鍍槽10中。當電鍍操作完成、裝置停止運行時，將電鍍槽10中真正的銅電鍍溶液通過管15排放到貯存槽中，使電鍍槽10排空。然后啟動泵13，將置換電鍍基液引入到排空的電鍍槽10(真正的電鍍液已從其中排出)中。置換電鍍基液的引入，可以防止表面條件的劣化，包括陽極表面上形成的黑色膜的干燥，以此在重新開始電鍍操作之前保持性能不變。
為重新運行電鍍裝置，將電鍍槽10中的置換電鍍基液排放到貯池14中，排空電鍍槽10，然后通過管15將真正的電鍍液從貯存槽引入。
在所述的兩個實施例中，被電鍍的物體不限于印刷電路板或半導體片。
發明的效果根據本發明，由于安裝了用于貯存不會使金屬離子供應源劣化的置換電鍍液的貯池，并且在電鍍操作中止期間將至少部分電鍍液更換為所述的置換電鍍液，在電鍍操作中止后可防止電鍍性能的變化。
在電鍍裝置帶有不可溶的陽極時，通過給裝有金屬離子供應源的槽安裝一個貯池，或者在電鍍裝置帶有可溶性陽極時，通過給電鍍槽安裝一個貯池和一個電鍍液貯存槽，可以在進行電鍍操作期間防止陽極表面或其它金屬離子供應源的劣化，還可以防止由于電鍍液所含增亮劑的分解可能引起的電鍍性能的變化。
附圖的簡要說明圖1此圖畫出了當本發明用于帶有不可溶陽極的電鍍裝置時的主要組成。
圖2此圖畫出了當本發明用于帶有可溶性陽極的電鍍裝置時的主要組成。
附圖的解釋4銅溶解器5銅球6、13能夠反向轉動的泵7、14用于置換溶液的貯池10電鍍槽11陰極12陽極
權利要求
1.電鍍裝置中有效貯存金屬離子供應源的方法，含有以下步驟提供一個容納作為置換液的使金屬離子供應源不會劣化的溶液的貯池，并在電鍍操作停止時用所述置換液更換至少部分電鍍液。
2.根據權利要求1的貯存方法，其中在帶有不可溶陽極的電鍍裝置中，容納金屬離子供應源的槽安裝了所述的貯池，電鍍操作完成時將電鍍液從容納金屬離子供應源的槽中全部排出，將置換液從貯池中轉移到已排空的容納金屬離子供應源的槽中，并且當電鍍操作重新開始時，將置換液返回到貯池中，然后將電鍍液返回到容納金屬離子供應源的槽中。
3.根據權利要求1的貯存方法，其中在帶有可溶性陽極的電鍍裝置中，電鍍槽安裝了所述的貯池和電鍍液貯存槽，電鍍操作完成時將電鍍液從電鍍槽轉移到電鍍液貯存槽中，并將置換液從貯池轉移到已排空的電鍍槽中，而且當電鍍操作重新開始時，將置換液返回到貯池中，然后將電鍍液返回到電鍍槽中。
4.根據權利要求1到3任一項的貯存方法，其中所述置換液是不含在電鍍操作停止時發生分解反應的增亮劑的電鍍液。
5.根據權利要求1到4任一項的貯存方法，其中所述的電鍍是鍍銅。
6.根據權利要求4的貯存方法，其中所述置換液是硫酸溶液。
全文摘要
為了防止電鍍性能的變化(甚至是在電鍍裝置中止運行時發生的)，需要保持電鍍液的性質。對于帶有不可溶陽極的電鍍裝置，給具有金屬離子供應源(銅球(5))的槽(4)增加了一個用于貯存置換液的貯池(7)，并且在電鍍操作終止時，電鍍液全部從容納金屬離子供應源的槽(4)中排出，而置換液從貯池(7)中轉移到帶有金屬離子供應源的空槽中，而且緊鄰電鍍操作重新開始之前將置換液轉移回貯池(7)并將電鍍液轉移回容納金屬離子供應源的槽(4)中。
文檔編號C25D21/00GK1636086SQ03804283
公開日2005年7月6日 申請日期2003年2月17日 優先權日2002年2月21日
發明者村主欣久, 齋藤正 申請人:阿托特希德國有限公司