[发明专利]作铜添加剂用的烷氧基化二硫醇

说明书

发明背景

本发明涉及一种生产基本无枝晶、无结瘤和无硫杂质的光亮铜沉积层用的添加剂。更具体地说，本发明一方面涉及一种可用于电解精炼铜沉积物的二硫醇醚添加剂。本发明添加剂也可用于装饰性镀铜及功能性镀铜，例如电连接件与线路板以及各种电解冶金方面的应用。另一方面，本发明涉及各种电解精炼应用中的一种使电极去极化以降低电流并节约成本的方法。

十九世纪末以来，就用于含铜矿物精炼而言，工业上的含铜矿物电解精炼一直是有益的方法。采用这种方法，可用不纯的铜阳极，在酸性铜溶液组成的槽液中，在阴极上沉积出非常纯的铜。正如所料，电解精炼工艺过程经连续操作后，酸性槽液中含有大量杂质。这些杂质一般由操作过程中不纯阳极溶解时所提供。一般，这些杂质包括铋、砷、硫酸铁、锝、硒、银、金以及镍。用于这些槽液以非常大的工业规模量进行电解，故而电解精炼过程中出现的麻烦，导致极大量的不合格铜沉积物，抑或导致过程效率极大减低。与此相反，这些工艺过程的改进通常导致极大的生产率增益与产量增益。因此，即使电极间可施加电流量的很小增加，也会大大增加这种电解精炼装置的总产量。

以前，电解精炼槽液一直存在着两个难以解决的问题。随着计算机技术的出现和对电解精炼铜的其它应用，纯度标准已经提高。电解精炼槽液中所加的添加剂化合物勉强能够维持必需的纯度等级。举例来说，已用于这些槽液的现有技术添加剂包括胶和硫脲类化合物。尽管这些添加剂临时有益于槽液，然而这些添加剂很快分解，并与锑、铋、镍及/或砷配合，致使这些杂质同镍和砷一起，在镀铜产品中共沉积。

过去存在的第二个难以解决的问题是，当胶和硫脲在槽液中分解时，阴极上就开始形成枝晶铜。最终，枝晶长成节瘤，并使阴阳极之间的间隙发生短路。一旦这些极板发生短路，则电极上的进行的特定镀覆就会停止，从而工艺过程变得低效。因此，所希望的是，在这些槽液中加入一种能减少枝晶形成、且在槽液中不与杂质配合或生成不希望产物的光亮剂。

除此之外，去极化剂在槽液中也有用。以前，槽液中使用含硫-氮的物质(一般具有活泼位点)进行去极化。这种试剂的缺点是，它们在铜电解液中有进行二聚的倾向，并与诸如砷、锡或铋之类的杂质配位化合。这最终导致这些杂质共沉积到铜沉积物之中，而这是不希望发生的。因此，人们已知希望能找到一种适宜的替代试剂来代替这些已知的去极化剂。

含硫-氮的化合物也用来防止枝晶生长。这样的试剂见诸于美国专利说明书U4,376,683或US5,151,170。尽管这些物质对于防止铜沉积物中枝晶生长起着很好的作用，但是正如上面所述，这些添加剂可能使某些电镀过程镀覆出以硫为杂质的铜沉积产物。这在那些铜沉积产物纯度至关重要的应用场合是不合要求的。这样的应用场合包括电连接镀覆、线路板镀覆以及电解精炼作业。在这些应用场合中，硫是必须予以避免的杂质。因此，现有的镀铜添加剂不可能解决上述技术难题。

许多电镀光亮铜用的市售光亮剂价格高昂，而且就所能获得结果的类型而论，也只产生些许灵活性。例如，以常规的光亮铜添加剂不能得到饰品级网纹铜表面精饰。电子器件用的无硫镀铜赋予较好的导电性。

因此，同样在改进电解精炼工艺过程的领域内，目的一直是寻找一种能减少枝晶形成的合宜添加剂，该添加剂在槽液中不发生配合化合的问题或者分解成不希望杂质的问题。除此以外，该领域中还有一个目的是提供一种镀铜添加剂，这种添加剂不太昂贵，能提供较大的装饰选择余地，并且适于镀出纯铜，而镀不出硫来。

该领域中，还有一个长期需要达到的目的是，对那些在电解精炼过程中能节省成本的槽液改进其效率。

发明概述

本发明提供了一种基本无枝晶、节瘤及杂质硫的铜沉积物电镀方法。该方法包括一个首先提供电解精炼或电解冶金用槽液的步骤，该槽液含有至少一种有效量的离子态铜和一种有效量的烷氧基化二硫醇醚。之后，在该槽液中将铜沉积物电镀在阴极上。

本发明二硫醇醚的优点是，所得铜沉积物基本上保持无枝晶，而这种枝晶会使电镀用的电极之间发生短路。本发明添加剂还能防止节瘤形成，而且不分解成能使所配合物质从溶液中沉积出来的配合剂。除此之外，本发明的二硫醇醚不容易分解成那些能使硫杂质共沉积进入到铜沉积物中的组分，而又在需要时对应用于装饰性应用场合起作用。

优选实施方案详述

本发明提供了一种基本无枝晶、节瘤及杂质硫的铜沉积物电镀方法。该方法包括，首先提供一种电镀液，该电镀液含有离子态铜和一种有效量的烷氧基化二硫醇醚。其次，在将铜沉积物电镀到阴极上，提供一种基本上无枝晶、节瘤和硫杂质的铜沉积物。