CN103184499B - 水中导电阳极结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水中导电阳极结构，包括浸泡液、至少一固定组件及至少一导电性容器，用以串接外部电源以及包括至少一不溶性阳极、阴极、主电镀槽、镀液及搅拌装置的主电镀单元，不溶性阳极具有钩状前端，钩挂至导电性容器，镀液容置于主电镀槽内，浸泡液容置于导电性容器内，固定组件及导电性容器具电气导电性，藉固定组件将不溶性阳极锁固至导电性容器的内侧，以使得导电性容器及不溶性阳极相互电气连接，外部电源的正极经由电气导电线而电气连接至导电性容器，阴极连接外部电源的负极，进而形成导通的电气回路以提供电镀功能。本发明能有效维持电镀质量，并可解决被气泡带出的镀液因析出硫酸铜所造成的问题，避免电阻增加。

Description

水中导电阳极结构

技术领域

本发明涉及一种水中导电阳极结构，尤其是用以串接外部电源及主电镀单元以避免镀液的硫酸铜结晶影响电镀操作。

背景技术

金属铜具有优异的电气传导特性，且来源充足，因此，被大量应用到电气传导用的电线或电路板的电气连接线。由于铜的纯度对导电度的影响很重要，因此，如何制造高纯度铜或铜箔一直以来都业界努力的主要目标，其中电镀铜制程是最重要的制程之一，可直接在基板上形成用于印刷电路板的铜层，或在辊轮上形成厚度均一且表面平整的铜箔。

在习用技术中，常用的电镀铜制程主要是使用包含硫酸铜、光泽剂、螯合剂、缓冲剂及其他添加剂的镀液，藉外部电力还原成高纯度金属铜而在阴极上析出，且由含铜量较低或铜纯度较低的材料所构成的阳极，利用氧化反应将铜氧化成铜离子而溶于镀液中，并释放其中的杂质，藉以提供铜源。这种阳极是直接将铜溶于镀液中，一般称为可溶性阳极，可包括磷铜块，盛装于钛篮中，并成对设置于阴极二侧。不过在电镀过程中，磷铜块的体积逐渐缩小，且表面的解离速度不一，常产生铜屑而崩离，因此需定时停止电镀操作以更换磷铜块并移除崩离的铜屑，造成生产上的不便并影响降低产量。此外，对于特定属性的产品，纯度的要求较高，比如99．9％以上，或甚至高达99．99％，而且需要速度快、厚度薄且均一性佳，而较高电流密度情形下，可溶性阳极容易产生极化，且在电镀过程中，会因阳极的形状改变而容易产生不良的电流分布。因此，一般可使用不溶性阳极，亦即由稳定性较高的材料构成，比如铱钽阳极、白金钛阳极、钛包铜阳极，可制成平板状而设置成平行于阴极，而铜源则由含铜化合物的额外添加物溶于硫酸铜镀液而提供，比如氧化铜。此外，不溶性阳极经常制成网状，有利于镀液的流通，尤其可控制镀液中阳极及阴极之间的电场分布，进而控制电流密度而产生厚度均一的电镀铜层。

此外，为提高电镀的容许电流密度(allowable current density)及降低镀液的温度以改善电镀质量，通常可利用空气、机械、溶液喷射(solution jet)或移动镀件等方法进行搅拌，其中以使用注气机灌入空气形成气泡，藉空气上浮而搅动镀液，是最常使用的方式。然而，上述习用技术的缺点为，镀液中的放升气泡会将部分镀液携出或喷出，进而飘散到镀槽外而附着在周围组件、装置或设备上，尤其是镀液中含有硫酸铜，会在附着后析出固态硫酸铜，影响被附着之组件的电气性能，比如增加电阻。因此，很需要一种水中导电阳极结构，可避免气泡所携带的镀液析出硫酸铜，解决上述习用技术的问题。

发明内容

本发明之主要目的在于提供一种水中导电阳极结构，包括浸泡液、至少一固定组件及至少一导电性容器，可用以串接外部电源及主电镀单元，且主电镀单元至少包括至少一不溶性阳极、阴极、主电镀槽、镀液及搅拌装置，而搅拌装置是用以搅拌镀液，每个不溶性阳极具有钩状前端，并钩挂至导电性容器的内侧，镀液是容置于主电镀槽内，其中浸泡液可为纯水或自来水，是容置于导电性容器内，而部分的固定组件及不溶性阳极是浸泡于该浸泡液中，并藉固定组件将不溶性阳极锁固至导电性容器的内侧，以使得导电性容器及不溶性阳极相互电气连接。

固定组件及导电性容器具电气导电性。外部电源的正极经由电气导电线而电气连接至导电性容器，且该电气导电线是由固定组件而锁固至导电性容器。主电镀单元的阴极连接外部电源的负极。可包含氢离子及金属离子，其中金属离子系包括铜离子、镍离子、锌离子及铬离子的至少其中之一。此外，镀液57还可进一步包含光泽剂、添加剂。

在外部电源提供电力时，电流从外部电源经水中导电阳极结构而流到主电镀单元的不溶性阳极，用以将镀液中的水氧化而产生氧气，同时镀液中的铜离子还原成金属铜而在阴极上析出，进而电流由阴极流到外部电源而形成导通的电气回路，可提供电镀功能。

综述之，与现有技术相比，本发明的优点至少在于：利用固定组件锁固不溶性阳极至导电性容器，并利用导电性容器中的浸泡液，提供散热、冷却作用，藉以有效维持电镀质量，并可解决被气泡带出的镀液因析出硫酸铜所造成的问题，避免电阻增加。

附图说明

图1显示本发明水中导电阳极结构的示意图；

图2显示本发明水中导电阳极结构结合不溶性阳极的部分示意图；

图3显示本发明水中导电阳极结构中固定组件的示意图；

图示标记说明：10水中导电阳极结构、11导电性容器、13固定组件、13a螺丝钉、13b上部套体、13c下部套体、15浸泡液、40外部电源、50主电镀单元、51不溶性阳极、53阴极、55主电镀槽、57镀液、59搅拌装置、59a注气机、59b注气管、B气泡、I电流。

具体实施方式

以下配合图式及组件符号对本发明之实施方式做更详细的说明，俾使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。

参阅图1所示系本发明一较佳实施方式中一种水中导电阳极结构的示意图。如图1所示，该水中导电阳极结构10主要包括导电性容器11、固定组件13及浸泡液15，用以串接外部电源40及主电镀单元50，形成导通的电气回路，可提供电镀功能。

外部电源40系用以提供电力。

主电镀单元50系用以实现电镀铜功能，且主电镀单元50至少包括至少一不溶性阳极51、阴极53、主电镀槽55、镀液57及搅拌装置59，其中镀液57是容置于主电镀槽55内，且不溶性阳极51及阴极53是浸泡于镀液57中，搅拌装置59是用以搅拌镀液57，改善主电镀单元50的容许电流密度。

不溶性阳极51具有钩状前端，且可为铱钽阳极、白金钛阳极或钛包铜阳极，也可由钛、钛镀白金、钛镀钝金属/抗腐蚀金属钝化层、或抗腐蚀导电非金属而构成，而该抗腐蚀导电非金属系包括石墨。阴极53可当作被镀件，比如印刷电路板的基板。镀液57可包含氢离子及金属离子，其中金属离子系包括铜离子、镍离子、锌离子及铬离子的至少其中之一。此外，镀液57还可进一步包含光泽剂、添加剂。不溶性阳极51及阴极53是浸泡于镀液57中。为获得较均一性的电流分布，以提高电镀品质，可将该等不溶性阳极51对称性配置于阴极53的二侧，如图中所示。然而，本发明的范围系不受限于此，亦即以其他方式配置不溶性阳极51也属于本发明的范围内。

具体而言，搅拌装置5 9可包括注气机59a及注气管59b，其中注气机59a连接注气管59b，且注气管59b进一步穿设或配管连接于主电镀槽55内，使得注气机59a经由注气管59b而将空气注入镀液57中以产生气泡B，藉由气泡B在镀液57中上升产生扰动而搅拌镀液57。

导电性容器11及固定组件13可由铜或铜合金构成，浸泡液15可为纯水或自来水，是容置于导电性容器11内，具有提供散热、冷却作用，能有效维持电气性能，防止温度过高对电镀质量的不利影响。固定组件13是安置在导电性容器10内，用以锁固不溶性阳极51至导电性容器11，且部分的固定组件13及部分的不溶性阳极51的钩状前端是浸泡于浸泡液15中。

为更清楚说明本发明水中导电阳极结构的技术特征，请同时参考图2，水中导电阳极结构结合不溶性阳极的部分示意图，其中只显示部分的导电性容器11。如图2所示，导电性容器11为具有凹槽长条状或U型长条状，且不溶性阳极51的钩状前端是钩挂至导电性容器11的内侧，而不溶性阳极51的尾部是浸泡于镀液57中。

此外，固定组件13也可附属于不溶性阳极51或附属于导电性容器11。

具体而言，固定组件13可由如图3所示的膨胀螺丝而实现，其中固定组件13包括螺丝钉13a、上部套体13b及下部套体13c，而上部套体13b及下部套体13c个别具有相互贴合的斜面，且螺丝钉13a系穿设并锁固上部套体13b及下部套体13c而结合成一体，因此，上部套体13b及下部套体13c的斜面可藉螺丝钉13锁固上部套体13b及下部套体13ca而使得上部套体13b及下部套体13c相互挤压，并向外产生迫紧力，可提供迫紧功能，以锁固不溶性阳极51至导电性容器11。然而，本发明的固定组件13并不受限于此，亦即也可利用其他具有向外迫紧功能的组件而实现。

浸泡液15本身为水所构成，所以热容量相当大，而其主要作用是在于提供散热、冷却作用，可降低整体水中导电阳极结构10的温度，防止操作时发生过热现象而影响电气特性，而且在浸泡液15被配置成接触到外部空气时，可进一步藉蒸发作用而带离一部分热量，以强加散热、冷却效应。

在实际应用上，本发明的水中导电阳极结构10可如上所述而电气连接主电镀单元50的不溶性阳极51，同时水中导电阳极结构10藉电气导电线而进一步电气连接外部电源40的正极，且主电镀单元50的阴极53电气连接外部电源40的负极。因此，在外部电源40提供电力时，来自外部电源40之正极的电流I经由本发明的水中导电阳极结构10流向主电镀单元50的不溶性阳极51，而不溶性阳极51将镀液57中的水氧化而产生氧气，且镀液57中的铜离子在阴极53被还原成金属铜而析出，同时，来自阴极53的电流I进一步流向外部电源40的负极，因而形成导通的电气回路，其中图式的电流I系显示电流的流向。

由于镀液57中的铜离子会因电镀而损失，为补充铜源，一般可直接添加氧化铜粉末于镀液57中，因氧化铜可轻易溶于含硫酸的镀液57中。

为进一步加强浸泡液15的冷却功能，本发明可包括循环管路(图中未显示)及循环泵浦(图中未显示)，其中循环泵浦连结循环管路，而循环管路连接每个导电性容器11，使得导电性容器11内所容置的浸泡液15可相互流通，并由循环泵浦驱动浸泡液15。此外，可藉循环泵浦将浸泡液15抽离导电性容器11，比如浸泡液15被污染时，或包含过多来自镀液57的硫酸铜时。

综上所述，本发明的特点在于，利用固定组件锁固不溶性阳极至导电性容器，并利用导电性容器中的浸泡液，提供散热、冷却作用，藉以有效维持电镀质量，并可解决被气泡带出的镀液因析出硫酸铜所造成的问题，避免电阻增加。

以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (7)

1.一种水中导电阳极结构，用以串接用以提供电力的一外部电源及一主电镀单元，该主电镀单元包括至少一不溶性阳极、至少一阴极、一主电镀槽及一镀液，每个不溶性阳极具有钩状前端，该镀液容置于该主电镀槽内，且该镀液至少包含氢离子及金属离子，该金属离子包括铜离子，而该不溶性阳极及该阴极浸泡于该镀液中，该主电镀槽内还设有用以搅拌该镀液的搅拌装置，其特征在于，该水中导电阳极结构包括：

一浸泡液，为纯水或自来水；

至少一固定组件，具电气导电性；以及

至少一导电性容器，具电气导电性，且每个导电性容器为凹槽长条状，用以容置该浸泡液，该不溶性阳极的钩状前端是钩挂至该导电性容器的内侧，并藉该固定组件锁固该不溶性阳极至该导电性容器，部分的该固定组件及部分的该不溶性阳极的钩状前端浸泡于该浸泡液中；

其中该外部电源的一正极经由电气导电线而电气连接至该导电性容器，且该电气导电线由该固定组件而锁固至该导电性容器，该主电镀单元的阴极电气连接该外部电源的一负极，使得该外部电源提供电力时，该主电镀单元将该镀液中的铜离子还原成铜而在该阴极上析出。

2.依据权利要求1所述之水中导电阳极结构，其特征在于，该导电性容器是由铜或铜合金构成。

3.依据权利要求1所述之水中导电阳极结构，其特征在于，该固定组件是由铜或铜合金构成。

4.依据权利要求1所述之水中导电阳极结构，其特征在于，该固定组件是由膨胀螺丝而实现，且该固定组件包括一螺丝钉、一上部套体及一下部套体，而该上部套体及该下部套体个别具有相互贴合的斜面，该螺丝钉穿设该上部套体及该下部套体而结合成一体，使得贴合的该斜面提供向外迫紧功能。

5.依据权利要求1所述之水中导电阳极结构，其特征在于，它还包括一循环管路及用以驱动该浸泡液的一循环泵浦，其中该循环泵浦连结该循环管路，而该循环管路连接每个导电性容器以使得所述导电性容器内所容置的该浸泡液相互流通。

6.依据权利要求1所述之水中导电阳极结构，其特征在于，该不溶性阳极是由钛、钛镀白金、钛镀钝金属/抗腐蚀金属钝化层、或抗腐蚀导电非金属而构成，而该抗腐蚀导电非金属系包括石墨。

7.依据权利要求3、4、6之中任一项所述的水中导电阳极结构，其特征在于，该固定组件附属于该不溶性阳极或附属于该导电性容器。