CN103930599A - 用于制造金属箔的高速水平电铸设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电铸的金属箔制造设备和方法，提供一种水平电铸设备，其包括：母板供应装置，其在一个方向上连续地水平供应用作阴极电极并具有挠性和导电性的母板；水平槽，其包括与所述母板的侧向边缘接触并移动母板且将电流供应至母板的接触辊、在所述母板的单侧或者双侧间隔设置的阳极电极、用于向由所述母板和所述阳极电极之间形成的水平通道供应包含金属离子的电解液的电解液供应装置、以及用于向所述接触辊和所述阳极电极供应电流以在所述母板的单侧或者双侧上电解析出金属离子的电流供应装置；以及剥离装置，其用于从导电性的母板剥离在所述母板的单侧或者双侧上电沉积的金属箔。

Description

用于制造金属箔的高速水平电铸设备及制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于高速制造金属箔的制造方法和设备，尤其涉及一种利用电铸法(electroforming)连续地制造金属箔的制造方法及用于制造该金属箔的制造设备。

背景技术

通常，作为金属箔的制造方法广泛使用的是轧制法和电铸法：在轧制法中，对通过炼铁、炼钢以及连铸来制造的板坯(slab)进行轧制而制造箔；或者，在电铸法中，通过使用鼓式槽(drum cell)来制造铜箔。

利用作为最普遍化的方法——轧制法的薄板(箔)的制造，将板坯再加热并进行热轧，由此制造具有数mm左右厚度的金属箔，通过对由这种热轧所生产的薄板额外地进行冷轧，可以制造厚度在100μm以下的极薄箔。美国专利第4948434号公开了通过这种方法来制造金属箔的方法。根据所述专利文献，为了制造极薄箔需经过数次的冷轧和退火工艺。由此，在该方法中，制造工艺复杂，从而导致在工艺中消耗很多的能源和时间的问题，并且难以维持固定形状。除此之外，不仅发生厚度偏差，表面粗糙度不均匀，而且还引起产生边缘裂缝(edge crack)等问题，由此制造成本变高，并且在制造宽幅金属箔上存在困难。

近年来，为了制造铜箔，对使用电铸法来制造金属箔的方法和装置进行很多研究。例如，在韩国专利公报第1999-0064747号和韩国专利公报第2004-0099972号公开了使用电铸法的金属箔制造方法、和用于使用电铸法的金属箔制造的装置。如上所述，对于通过电铸法来制造金属箔的方法，可以通过简单的工艺生产金属箔，因此具有能够使工艺简单化的优点。

在上述专利文献中，公开了使用鼓式槽的金属箔制造方法。在使用这种鼓式槽并通过电铸法来制造金属箔的情况下，为了制造出具有均匀厚度且具有表面粗糙度的金属箔，很重要的一点是鼓式槽表面的管理，为此，需要中断整个工艺的运行，由此难以连续地实施鼓式槽表面的管理。

另外，使用电铸法生产金属箔的速度受到浸渍于电解液的鼓式槽的表面面积影响，因此存在如下缺点：使用于电铸的鼓式槽的大小限制生产速度，并且巨大的鼓式槽会消耗很多成本，而且鼓式槽的更换受到极大限制。另外，为了提高生产速度，需增加电解液在阳极和阴极之间的流动速度，但阳极和阴极之间的形状以具有曲率的方式构成，因此具有电解液的流动速度逐渐减小的极限点。

发明内容

技术问题

本发明提供一种使用水平槽并通过电铸法来制造金属箔以提高金属箔生产性的方法和设备。

根据本发明的一实施方案，提供一种使用电铸法的如下金属箔制造方法和设备：高速供应电解液，并在母板的上侧和下侧(双侧)形成电沉积层，由此可以提高生产性，并可以降低制造成本。

根据本发明的一实施方案，提供一种使用电铸法的如下金属箔制造方法和设备：将可进行电沉积的任何金属材料通过连续的工艺来制备金属箔。

根据本发明的其他实施方案，提供一种使形成在阳极和阴极之间的电流密度均匀化，由此可以制造具有均匀组分、均匀表面、以及均匀厚度的金属箔的设备。

根据本发明的一实施方案，提供一种如下的水平电铸设备：在使高速供应的电解液的流场稳定化的同时，防止涡流的形成而使电沉积面积最大化，由此可以实现生产性的提高。

解决方案

本发明涉及一种水平电铸设备，所述水平电铸设备包括：母板供应装置，其在一个方向上连续地水平供应用作阴极电极并具有挠性和导电性的母板；水平槽，其包括与所述母板的侧向边缘接触并移动母板且将电流供应至母板的接触辊、在所述母板的单侧或者双侧上间隔设置的阳极电极、用于向由所述母板和所述阳极电极形成的水平通道供应包含金属离子的电解液的电解液供应装置、以及用于向所述接触辊和所述阳极电极供应电流以在所述母板的单侧或者双侧上电解析出金属离子的电流供应装置；以及剥离装置，其从导电性的母板剥离在所述母板的单侧或者双侧上电沉积的金属箔。

所述电解液供应装置包括用于向所述母板的单侧或者双侧供应电解液的电解液供应喷嘴，所述电解液供应喷嘴可以在与母板的移动方向相同的方向、相反的方向或者在这两个方向上供应电解液。

所述水平槽可以沿着母板的移动方向线性地设置多个。

另外，所述水平电铸设备可进一步包括热处理装置，其用于通过感应加热、气氛加热或者直接加热来对所述母板上电沉积的金属箔进行热处理。

所述剥离装置可以是能够向导电性的母板和金属箔赋予剪切应力差的多个辊子。

所述水平槽可以在母板的侧向边缘处设置用于防止金属离子电解析出的边缘遮罩(mask)。

另外，所述阳极电极可以具有厚度从所述母板的宽度方向的中心部向边缘减小的结构。

所述阳极电极可以在母板的宽度方向上分割为多个子电极，所述子电极根据各电极可以具有不同的尺寸。另外，所述子电极优选根据各电极被供应不同大小的电流。

所述阳极电极可以沿着母板的移动方向分割为多个子电极，所述子电极根据各电极可以具有不同的尺寸。另外，所述子电极根据各电极可以被供应不同大小的电流。

另一方面，所述电解液供应喷嘴可以以在电解液流动的方向上供应电解液的方式倾斜或弯曲。此时，对于所述电解液供应管，至少其末端部是可分离的，以在相对于导电性母板的移动方向的顺向和逆向上供应电解液，所述末端部优选具有拉伐尔(de Laval)喷嘴形状的剖面。

另一方面，本发明涉及一种金属箔制造方法，所述金属箔制造方法包括：电解液供应步骤，向母板的表面供应包含金属离子的电解液，该母板作为阴极电极在一个方向上被水平供应，并具有挠性和导电性；电沉积步骤，通过在所述母板的单侧或者双侧上间隔设置的阳极电极和所述母板，所述电解液的金属离子在所述母板的单侧或者双侧上电解析出，从而在所述母板上形成电沉积层；以及剥离步骤，将所述电沉积层从所述母板剥离。

在所述母板的单侧或者双侧上优选形成有氧化保护膜。

本发明的方法进一步包括在300-600℃对所述已剥离的金属箔进行热处理的步骤。

所述电解液通过由母板和阳极电极形成的水平通道，可以在与母板的移动方向相同的方向和相反的方向上供应。

向所述母板的双侧供应的电解液可以互不相同。

另外，在所述剥离步骤之前，本发明的方法可进一步包括第二电解液供应步骤和第二电沉积步骤，所述第二电解液供应步骤中供应的电解液可以与电解液供应步骤中的电解液不同。由此，可以得到具有多层结构的金属箔。

有益效果

根据本发明的实施方案，可以高速制造金属箔。

另外，根据本发明的实施方案，可以高速生产双侧表面的表面粗糙度优异且具有均匀组分和厚度的金属箔。

另外，根据本发明的实施方案，通过连续工艺可以控制金属箔的厚度，或者可以生产多层结构的金属箔。

另外，根据本发明的实施方案，可以同时生产不同种类的金属箔。

进一步地，根据本发明的实施方案，可以在高速供应电解液的同时，结构性地防止母板的振动，由此可以使电解液的流场均匀化，从而能够导致稳定的电解析出，进而可以生产具有均匀组分、均匀表面、以及均匀厚度的质量优异的金属箔。

而且，根据本发明的实施方案，可以扩大产生电解析出反应的面积，因此可以提高金属箔的生产性。

根据本发明的实施方案的水平电铸设备，可以高速生产在宽度方向上具有均匀组分、均匀表面、以及均匀厚度的金属箔。

另外，根据本发明的实施方案的水平电铸设备，可以结构性地防止在宽度方向上形成不均匀的电流密度，由此可以得到质量优异的金属箔，同时可以提高生产性。

而且，根据本发明的实施方案，也可以在母板的移动方向上控制电流密度，从而能够在整体上形成均匀的电沉积层。

附图说明

图1是示意性示出本发明的一实施方案的金属箔制造设备的结构的图。

图2是示意性示出本发明的其他实施方案的金属箔制造设备的结构的图。

图3示出本发明的一实施方案的阳极电极，示意性示出每个电极沿着母板宽度方向分割，并且厚度从中心部向边缘方向减小。

图4是示意性示出本发明的一实施方案的、沿着母板的移动方向分割的阳极电极的图。

图5是示意性示出本发明的一实施方案的、具有倾斜的电解液供应喷嘴的水平槽的图。

图6是示意性示出本发明的另一实施方案的、具有弯曲的电解液供应喷嘴的水平槽的图。

图7是示意性示出本发明的又一实施方案的形成在电解液供应管末端的拉伐尔喷嘴的剖面形状的图。

图8是示出本发明的又一实施方案的，多个水平槽线性地配置的水平电铸设备的图。

图9是示出在使用水平电铸设备和包括现有鼓式槽的鼓式槽电铸设备时的电流密度分布变化的图表，所述水平电铸设备包括设置有图3的电极厚度从母板中心部向侧向边缘减小的阳极电极的水平槽。

图10是示意性示出在实施例2中使用的电解液供应喷嘴的末端结构的图，(a)示出垂直喷嘴，(b)和(c)示出本发明的更优选实施方案的弯曲喷嘴。

图11是示出通过实施例2的图10的各个电解液供应喷嘴以层流供应电解液时的电解液流场的流线的图。

图12是示出通过实施例2的图10的各个电解液供应管以乱流供应电解液时的电解液流场的流线的图。

附图标记说明

10：母板供应装置            11：母板

15、15'：形成有电沉积层的母板

30、130：水平槽

31、31'、131、131'：接触辊    32、132：阳极电极

32a：在母板的宽度方向分割的阳极电极

32b：在母板的移动方向分割的阳极电极

33、133：电流供应装置        35、135：电解液供应管

36：蜂窝

37、137：电解液供应喷嘴      37a：倾斜的电解液供应喷嘴

37b：弯曲的电解液供应喷嘴    38：分配器

40、140：电解液储存罐        41：电解液加热器

42：电解液过滤器             43：电解液泵

45、145：电解液回收管

50：金属箔                   51：剥离辊

52：后清洗装置               53：热处理装置

54：金属箔切割装置           55：金属箔卷曲装置

71：母板切割装置             72：母板卷曲装置

100、1100：水平电铸设备

具体实施方式

本发明提供一种水平槽电铸设备以及用于通过将金属电沉积在电铸设备中水平供应的母板上来制造金属箔的方法。以下，参考附图说明本发明的优选实施方案。但是，本发明的实施方案可以变更为各种其他方案，本发明的范围并不限定于以下说明的实施方案。另外，本发明的实施方案是为了向具有本技术领域的一般知识的技术人员更详细地说明本发明而提供的。为更明确地说明本发明，可以放大附图中的构成要素的形状和大小等。

参考图1和图2，对本发明的一实施方案的水平电铸设备进行说明。图1和图2是分别示意性地示出本发明的一实施方案的水平电铸设备的图。

本发明的水平电铸设备100包括母板供应装置10、水平槽30、电解液供应装置、以及金属箔分离装置。

母板11通过所述母板供应装置10供应至电铸槽30内。对所述母板11而言，可以间断地供应具有预定大小的母板11，也可以连续地供应具有预定大小的母板11。此时，为了进行母板11的连续供应，所述母板11并非必须限定于此，也可以将以线圈形状卷曲的母板11供应于水平槽30内，而且，当供应这样的两种母板11时，可以接着先前供应的母板11连续地供应以线圈形状卷曲的其他母板11。

此时，根据需要也可以以如下方式供应：通过如焊接等规定的接合方法来接合先前供应的母板11的后端和之后供应的母板11的前段，由此连续地供应至所述水平槽30内。而且，为了容易接合，可以将欲接合的各末端加工成适当的形状。

而且，由于电沉积在母板11的电沉积层转印母板11的表面粗糙度，因此根据需要，所述母板11可以具有均匀的表面粗糙度。通过研磨母板11的表面可以赋予这种均匀的表面粗糙度。因此，可以包括用于对母板11赋予适当的表面粗糙度的研磨单元。如果母板11被研磨具有如上所述的期望表面粗糙度，表面粗糙度可以在电铸过程中从母板11转印至金属箔50，由此金属箔50可具有与母板相同的表面粗糙度。

为了对所述母板11的表面赋予表面粗糙度，对使用方法无特别限定，可以采用本技术领域所公知的机械、化学或者化学机械研磨单元。例如可以举出机械研磨如抛光、化学研磨如蚀刻、如主要在半导体工艺中使用的CMP方法的化学机械研磨等。

在利用电铸法来制造金属箔50的过程中，表面粗糙度对金属箔50的质量的影响相当大。例如，电沉积在母板11的电沉积层转印母板11的表面粗糙度，在得到的金属箔50的表面粗糙度不合格的部位发生短路而损坏母板11的表面，并导致不均匀的电沉积层和表面不良。此时，母板11的表面粗糙度，可以根据金属箔50的使用用途适当地调整，并无特别限定，例如，在使用于显示器设备的衬底用材料的情况下，通常可以将母板11的表面研磨成4nm以下的表面粗糙度；在使用于太阳能电池的衬底用材料的情况下，可以将母板11的表面研磨成40nm以下的表面粗糙度。

如上所述，当研磨母板11时，在母板11表面可能存在研磨剂或研磨液、或者由研磨形成的母材渣滓等杂质，因此可以实施用于去除这些的清洗操作。为此，本发明的水平电铸设备100可以包括预清洗装置。对于这种母板11表面的清洗，可以使用如稀释的盐酸或者硫酸的酸性溶液和水。

而且，为烘干所述被清洗的母板11，可以进一步包括烘干装置(未图示)。烘干可以通过以高压施加空气或者施加高温气体进行，或者也可以通过加热母板11进行。

在本发明的通过电铸法形成金属箔50时可以使用的母板11，只要是挠性和导电性的，就可以无特别限制地使用。例如可以使用不锈钢、钛等。

在本发明的实施方案中，在制造过程中，如果金属箔50电沉积在母板11上并坚固地粘附在母板11，则很难从母板11分离该金属箔50，因此优选在母板11上形成氧化保护膜。形成在母板11的电沉积层(金属箔50)可以容易地分离，因为形成在母板11上的这种氧化保护膜可以降低金属箔50和母板11之间的粘附性。

本发明的一实施方案的水平电铸设备100包括水平槽30，该水平槽30与所述母板11的供应装置10分开，并且用于将金属电沉积在母板11上。

在本发明中，向电铸槽30内连续且以固定方向供应所述母板11。此处，所述“电铸槽30'”是这样一种单元槽，在该单元槽中，电解液供应至母板11，通过金属离子和母板11之间的电解析出反应来将金属层电沉积在母板11上。并且，“固定方向”是指，母板11供应至电铸槽30的移动方向未改变，至少直到母板11与电铸槽30分离。在本发明中，根据情况将这种母板11的移动方向称为“水平方向”或者仅仅称为“水平”，而且，为了说明母板11以水平方向穿过电铸槽30，并使电解液内的金属离子在母板11电解析出的现象，所述电铸槽30可以称为“水平槽30”。

在使用现有鼓式电铸设备的情况下，存在当为了向鼓表面赋予表面粗糙度而进行研磨时所产生的异物混入电解液而污染电解液的问题，但是，如上所述，由于水平槽30与母板11的供应装置10分开，因此可以防止这种问题。另外，在使用现有鼓式电铸设备的情况下，当需要更换母板时，需要更换鼓自身而需要很多成本，但在本发明的情况下，可以容易更换母板11，因此可以实现成本的降低。

所述水平槽30包括：接触辊(conduct roll)31、31’，用于移动母板11并将阴极连接至电源；阳极电极32，其与所述母板11以一间隔隔开，并配置在母板11的单侧或者双侧；电流供应装置33，其分别向所述接触辊31、31’和阳极电极32供应带(-)电荷和(+)电荷的电流；以及电解液供应装置，其容纳进行电解反应的电解液。

所述接触辊31、31’作为输送装置，起到将母板11向水平槽30内移动并且使其从水平槽30移出的功能，同时用作连接器：将用作阴极电极的母板11连接至电流供应装置33，导致阳极电极32和母板11之间的电解反应，从而引起金属离子在母板11析出的电解析出反应。这种接触辊31、31’可以与母板11的侧向边缘相接触，以将母板11移动至水平槽30，以及从水平槽30移出。

本发明的一实施方案中，由于母板11使用具有挠性的导电性母板11，因此在穿过水平槽30时由于其自身重量会发生下垂现象，在该情况下，母板11和阳极电极32之间的间隔产生变化，由此引起电流密度之差，因此不能获得具有均匀厚度的金属箔50。为防止母板11下垂，可以使入口侧处的接触辊31和出口侧处接触辊31’的旋转速度不同。即，可以使出口侧处的接触辊31’的旋转速度大于入口侧处的接触辊31的旋转速度，由此防止由母板11自身重量引起的下垂现象。

所述阳极电极32被配置为与穿过水平槽30的母板11以一间隔隔开。通过使所述阳极电极32与母板11隔开距离，在阳极电极32和母板11之间形成用于供应电解液并使其流通的流路。

此时，对向母板11上供应的电解液而言，向母板11的宽度方向供应均匀的量才可以实现电流密度的均匀化，进而可以获得具有均匀厚度的金属箔50。但是，在从电解液供应管35向母板11上供应电解液的情况下，发生电解液集中在母板11的侧向边缘部分而无法在宽度方向形成均匀的电流密度的现象，在该情况下，会获得电流密度在宽度方向不均匀的金属箔50，从而导致产品不良。因此，优选在母板11的宽度方向形成均匀的电流密度。为此，在边缘处设置遮罩等，由此可以防止具有由过电流密度引起的不均匀厚度的电沉积层的形成。

另外，所述阳极电极32的厚度可以从中心部向侧向边缘方向减小。如上所述，阳极电极32以其厚度向边缘方向减小的方式构成，由此与起到阴极电极的功能的母板11的间隔向边缘方向增大，因此可以抵消由电解液的集中而引起的电流密度的增大，从而可以控制电沉积在母板11的电沉积量。

例如，如图3所示，电极32的厚度可以是以弯曲形状从母板11的中心部向侧向边缘而连续地减小(弯曲阳极电极32a)。此时，所述弯曲阳极电极32a并非必须在整体上具有一恒定曲率。据此，通过使电极厚度在母板11的宽度方向变化，可以消除由电解液在边缘部分集中而引起的电流密度集中的现象，因此可以均匀地维持金属在作为阴极电极的母板11和阳极电极之间析出的速度和组分，从而，可以防止由电流密度在宽度方向不均匀引起的金属箔50的表面的缺陷。

尽管使用中心部比边缘厚的所述弯曲阳极电极32a可以维持均匀的电流密度，但每个阳极电极32可以在其宽度方向上划分成多个子电极以具有更均匀的电流密度，如图3所示(称为“在宽度方向的子阳极电极”)。所述子电极的分割宽度可以相同，或者也可以互不相同。此时，所有分割的电极大小并非必须互不相同，根据需要也可以仅仅将部分电极的大小设定成不同。在图2中示出了弯曲并在宽度方向分割的阳极电极的一例，但并不限定于此，阳极电极可以仅是弯曲的或者仅在宽度方向分割。

通过像这样分割阳极电极32，可以单独地控制向分割的各个阳极电极32a供应的电流，由此可以实现更加精密的电流密度的均匀化。即，根据宽度方向的电沉积量单独地控制从电流供应装置33向子阳极电极32a供应的电流大小，由此可以在母板11的宽度方向均匀地调整在母板11电解析出的金属的电沉积量，从而可以获得具有均匀厚度的金属箔50。

另一方面，本发明的阳极电极32可以是在长度方向，即在母板11的移动方向分割的子阳极电极32b(称为“在母板的移动方向的子阳极电极”)，并且厚度向所述宽度方向变化的阳极电极32a可以是在母板的移动方向分割的子阳极电极32b。与在宽度方向分割的阳极电极32a相同，在所述母板的移动方向分割的阳极电极32b可以使分割的各电极的大小不相同，并且可以向分割的各个电极供应不同大小的电流。

当母板11供应于水平槽30时，初始电沉积的金属可以用作接下来电沉积的电沉积核，由此在穿过水平槽30的同时，可以得到持续、稳定迅速的电沉积性能，进而，即使高速供应电解液，也可以防止电沉积层剥离或脱落的现象。

另外，电沉积速度受到电解液的流动速度和母板11的供给速度的影响。在本发明中，电解液可以以向与母板11的移动方向相同的方向或者相反的方向流动的方式供应，也可以以向这两个方向流动的方式供应。此时，在电解液与母板11的移动方向相反的方向供应的区域，电解液与母板11接触的时间相对较短，因此可以降低电沉积速度，如上所述，在母板11的移动方向分割阳极电极32而形成子电极，并对各个子电极设定不同的电流量并供应，由此可以实现迅速的电沉积。

另一方面，在电解液以与母板11移动方向的相同的方向供应的区域，由于母板11与电解液的接触时间相对较长，因此可以得到更快的电沉积速度，但是由于电解液内的金属离子浓度减小，由此导致与先前的电沉积量相比电沉积量降低的现象。因此，通过沿着母板11的移动方向分割阳极电极32，并向分割的各电极供应不同的电流量，可以实现电沉积速度的提高。

而且，根据需要，所述阳极电极32以电极厚度从母板11的中心部向侧向边缘方向减小的方式构成，也可以同时实现在宽度方向和长度方向分割的子电极。该情况下，可以在多个区域单独地控制阳极电极32的电流密度，因此可以获得具有更加均匀的厚度的金属箔50。

如上所述，通过与作为阴极电极的母板11的作用来产生使电解液内的金属离子在母板11上电解析出的电解反应，在高速供应电解液的情况下，可以通过新供应的电解液来增加金属离子在母板11表面的电沉积速度。

对现有使用鼓式槽的电铸设备而言，作为阴极的母板的形状以鼓形状弯曲使得电解液的流路也弯曲形成，因此，电解液的流速逐渐变慢，从而导致电沉积速度的降低，并且使获得的金属箔的厚度变得不均匀。

但是，在如本发明那样使用水平槽30的情况下，水平槽30具有水平形成的流路，由此可以在不发生电解液的流动速度减小这一现象的情况下高速供应电解液，从而可以增加金属离子的电沉积速度。电解液的供应速度可以最大以5,000的雷诺数(Re)供应，并且根据母板11的移动速度，可以适当地增加或者减小相对速度。另外，根据电沉积反应的状况，可以以层流(以直线供应的流体流动且无湍流)的流动速度供应电解液，在形成稳定的电沉积反应之后，可以以乱流(以湍流供应的流体流动)的高速流动速度供应。

在初始电沉积时，如果增加电解液的流场速度，可能则发生电沉积层的剥离，从而可能会使电沉积失败，如果电沉积层以几微米的厚度生长，则由于电沉积层中的应力集中能够使粘合性提高，因此可以使用高速流场。另一方面，当使用高速流场时，优选地，将控制流体供应速度不超过将电沉积层和母板11之间的表面张力抵消的流动速度。在以超过将电沉积层和母板11之间的表面张力抵消的流动速度供应电解液的情况下，由电解液的供应而引起的流场和电沉积层之间的剪切应力超过电沉积层和母板11之间的表面张力，由此导致电沉积层的剥离。

另一方面，所述电流供应装置33用于分别向接触辊31、31’和阳极电极32供应(-)电流和(+)电流，只要是通常使用的装置，就可以无特别限制地适用于本发明，此处省略其详细说明。

此时，向供应至所述水平槽30内的母板11的任意一个表面供应电解液，由此可以仅仅在母板11的单侧电解析出金属而获得金属箔50，并且还可以通过向所述母板11的双侧均供应电解液使金属在母板11的双侧电解析出，由此提高金属箔50的生产速度。

如上所述，当母板11供应至水平槽30内时，通过电解液供应喷嘴37向母板11的单侧或者双侧供应电解液，并且通过由母板11和阳极电极32之间形成的水平流路使电解液流动，同时基于用作阴极电极的母板11和阳极电极32的电解析反应使金属离子析出在母板11的表面而形成电沉积层。

为此，所述电解液供应装置包括用于储存和容纳电解液的电解液储存罐40、和用于向母板11表面供应电解液的电解液供应喷嘴37，储存在所述电解液储存罐40的电解液通过电解液供应管35流动至电解液供应喷嘴37，并在水平槽30中向母板11上供应。所述电解液供应喷嘴37可以将电解液供应至母板11的单侧，也可以将电解液供应至母板11的双侧。

在本发明的附图中，示出了从一个电解液储存罐40向母板11的双侧供应电解液，如果分别向母板11的双侧供应不同的电解液，则可以实现对母板11的双侧的不同金属的电沉积，从而可以同时获得两种金属箔50。

所述电解液供应喷嘴37，通过由母板11和阳极电极32形成的水平通道高速供应电解液。此时，可以使电解液向与母板11的移动方向相同或者相反的方向流动，也可以如下方式供应电解液：以电解液供应喷嘴37为中心使电解液向与母板11的移动方向相同的方向(顺向)和相反的方向(逆向)流动。

当电解液在相对于母板11的移动方向的两个方向流动时，可以得到实质性地进行两次电沉积的效果。即，以相反方向供应的电解液由于与母板11的相对速度差而与母板11接触相对较短的时间，由此得到以相对较少量的电沉积的一次电沉积的效果；通过以相同方向供应使电解液与母板11接触更长时间，由此与一次电沉积相比，可以得到以相对较多量的电沉积的二次电沉积的效果。

可以划分本发明的电解液供应管35，使得其向母板11移动方向的顺向和逆向供应电解液。像这样，通过将电解液供应管35相对于母板11移动方向分成顺向和逆向而供应电解液，由此当向母板11供应电解液时，可以减少由电解液的不均匀流场引起的母板11的不均匀的电解析出，从而可以形成具有均匀厚度的金属箔50。

为此，如图5所示，优选地，所述电解液供应管35是：其末端部相对于母板11的移动方向向顺向和逆向倾斜的倾斜电解液供应喷嘴37a。如图6所示，更优选地，电解液供应管35可以形成为相对于母板11的移动方向向顺向和逆向弯曲的弯曲电解液供应喷嘴37b，以向母板11和阳极电极32之间供应电解液。通过将这种弯曲的电解液供应喷嘴37b形成在电解液供应管35的末端，可以抑制向母板11和阳极电极32之间供应的电解液所产生的不均匀流场，由此实现流场的稳定化。

当以稳定化的电解液流场向母板11表面供应电解液时，可以防止电解液涡流的形成，由此可以扩大均匀接触的面积，从而最终可以增大基于电解析出的电沉积速度。进而，可以得到具有均匀的组分、均匀的表面、以及均匀厚度的金属箔50。另外，在向母板11的上部和下部双侧垂直供应电解液的情况下，由于在上下部供应的电解液存在压力差，因此使母板11产生振动而导致不均匀的电沉积。但通过形成弯曲的电解液供应喷嘴37b并向水平方向供应电解液，能够进一步抑制这种问题的发生。

如上所述，在具有本发明实施方案的弯曲的电解液供应喷嘴37b的情况下，流场的稳定化可以通过以下实施例记载的试验确认。

在本发明的其他实施方案中，所述电解液供应管35可以在其末端具备分配器38。所述分配器38可以通过电解液供应管35在母板11的宽度方向均匀地分配向母板11表面供应的电解液。即使通过电解液供应管35向由阳极电极32和母板11形成的电解液流路供应电解液，也可以使向母板11的宽度方向供应的电解液、和向中心部供应的电解液的流量不同，从而可以实现流速差。在该情况下，由于在母板11的边缘部和中心部存在电流密度差，因此难以确保电沉积层的均匀性，但是通过分配器38可以向母板11整体均匀地供应电解液。

如图7所示，所述分配器38优选具有拉伐尔喷嘴形状的剖面。通过使所述分配器38具有拉伐尔喷嘴形状的剖面，可以在不减小电解液流场的情况下将通过电解液供应管35供应的电解液向母板11的宽度方向均匀地供应。

在所述实施方案中，所述分配器38还可以设置在弯曲的电解液供应喷嘴37b的末端，所述电解液供应喷嘴37b形成在电解液供应管35的末端。通过具有这种结构，可以实现电解液流场的稳定性，同时向母板11整体均匀地供应电解液，由此可以实现电解液在母板11的宽度方向的均匀流速。

如上所述，通过在电解液供应管35的末端设置倾斜的电解液供应喷嘴37a、弯曲的电解液供应喷嘴37b、分配器38或者它们的组合，可以达到如以上说明的本发明所要得到的全部或部分效果。进而，当以垂直方向供应电解液时，可以更加抑制直至电解液的不稳定流场变稳定时所产生的不均匀的电沉积，从而可以使最终获得的金属箔50的厚度均匀化。

另外，本发明的电解液供应管35可以在其内部包括蜂窝36。通过包括这种蜂窝36，使通过电解液供应管35向母板11表面供应的电解液形成层流。像这样，在电解液以层流供应的情况下，如上所述，在母板11表面形成电解液的涡流，由此可以最小化使流场不稳定的现象。进而，即使高速供应电解液，也可以抑制电解液与表面碰撞时所产生的母板11的振动，从而可以得到能够抑制不均匀的电沉积的效果。

如图8所示，如上所述的通过水平槽30的电沉积过程，可以通过线性地设置多个水平槽30、130来连续进行多次。当多次进行这样的通过水平槽30、130的电沉积过程时，分别在水平槽30、130中进行电沉积，由此可以增加金属箔50的厚度。因此，根据需要可以控制金属箔50的厚度，即使以更高的速度供应母板11，也可以获得具有期望厚度的金属箔50，从而可以提高生产性。例如，设置第一水平槽30和第二水平槽130，并且在第一水平槽30中在母板11上电沉积金属，在第二水平槽130中供应与第一水平槽30相同的电解液，从而在形成有电沉积层的母板15上的电沉积层上额外进行电沉积，由此形成带有期望沉积层的母板15’，从而获得金属箔50。

或者，在水平槽30、130中供应不同的电解液而进行电沉积，由此也可以获得具有多层的金属箔50，据此，可以向金属箔50赋予各种各样的功能。例如，设置第一水平槽30和第二水平槽130，在第一水平槽30中供应第一电解液而在母板11上电沉积第一电沉积层15，并在第二水平槽130中供应与第一水平槽30不同的第二电解液而在所述第一电沉积层上电沉积第二电沉积层15’。像这样，通过设置多个水平槽30、130，可以获得不同的金属以多层形成的金属箔50。

对于在所述电解液内包含的金属离子，只要是可以适用于电铸法，就无特别限定，例如可以是Cu、Fe、Ni、Zn、Cr、Co、Ag、Pd、Al、Sn或者这些的合金等。

另一方面，电解液储存罐40可进一步包括用于加热电解液的电解液加热器41、用于去除包含在电解液中的污泥等杂质的电解液过滤器42、及用于向水平槽30供应电解液的电解液泵43等。

而且。根据需要，可以将已用于电沉积的电解液重新回收至电解液储存罐40。为此，可以具备电解液回收管45。此时，对回收的电解液而言，金属离子在电沉积过程中被消耗，由此电解液储存罐40内的金属离子浓度低于进行电沉积所需的浓度，因此通过适当地补充金属离子，可以调整为预定浓度。

如上所述，形成有电沉积层的母板11通过出口侧处的接触辊31’从水平槽30移出。从水平槽30移出的母板11通过金属箔50分离装置从母板11分离金属箔50，由此可以得到金属箔50。所述金属箔50通过表面张力结合在表面形成有氧化保护膜的母板11上，因此可以通过金属箔50和母板11之间的剪切应力差进行分离。因此，所述金属箔50分离装置优选赋予金属箔50用于将其从母板11分离的剪切应力，例如，可以设置由多个辊子形成的剥离辊51。另外，可以利用所产生的剪切应力差进行分离。另外，通过使金属箔50和母板11的移动速度存在差值，同时或不同时剥离在母板11的单侧或者双侧上电沉积的金属箔50。

另外，还可以包括用于在将所述金属箔50从母板11分离之后，卷取金属箔50和母板11的金属箔卷曲装置55和母板卷曲装置72。例如，可以缠绕在圆筒形状的卷曲机上。根据所述卷曲装置55、72的卷曲量可以以适当的量进行卷取，并在切割后缠绕在其他卷曲机上。根据需要，可以包括用于进行所述切割的金属箔切割装置54和母板切割装置71，在切割母板11时，更优选在接合的部位进行切割。

另外，本发明的一实施方案的水平电铸设备100，可以根据需要设置后处理装置，该后处理装置是在金属箔50从水平槽30移出后、并在分离金属箔50之前或分离之后对金属箔50进行处理的装置。这种后处理装置可以例如为后清洗装置52和烘干装置(未图示)、及热处理装置53等。

由于在所述母板11上电沉积的金属箔50的表面可能会残留电解液，因此优选清洗金属箔50的表面。为此，可以设置后清洗装置52，其使用酸性溶液和水去除可能存在于金属箔50表面的电解液和异物。并且，为了有效地去除残留电解液，可以采用柔软的刷子(brush)等。这种清洗可以在金属电沉积在母板11上而形成电沉积层的状态下进行，但也可以在将金属箔50从母板11分离之后进行。

在进行所述清洗之后，为了去除存在于金属箔50表面的水分，还可以包括以高压喷射空气或喷射高温气体的喷射单元、或者通过加热等方法来烘干金属箔50的加热单元，由此烘干所述金属箔50。

通过电铸形成的金属箔50具有纳米结构，为了确保对获得的金属箔50具有期望的精细结构，可以进行适当的热处理。对于通过电铸形成的金属箔50，根据使用用途，作业工艺的温度并不相同，例如，在Fe等的金属箔50的情况下，在300-600℃产生非正常晶粒的生长，由此导致金属箔50从纳米结构的精细结构变化为微观结构。这种由非正常晶粒的生长所引起的精细结构的变化，可能在使用金属箔50制造所期望的产品的工艺中，导致产品质量不合格。例如，当在金属箔50形成电路等时，可能会在高温工艺中引起该电路的剥离或者短路。

从而，优选地，当使用在引起非正常晶粒生长的温度区域所获得的金属箔50时，预先对金属箔50进行热处理，由此预先转变为微观结构的精细结构，从而防止在工艺中精细结构产生变化的现象。因此，根据需要可以包括热处理装置53。如上所述的热处理可以根据所期望的精细结构而不同，对此无特别限定，但优选在300-600℃的温度下进行热处理。此时，为了防止在热处理时的表面氧化，优选使用氮气、氩气等惰性气体的气氛，并且作为热处理方法可以采用感应加热、直接加热、接触加热。

如上所述，对本发明的各个实施方案的基于电铸法的金属箔50的制造方法和水平电铸设备100进行了说明，但是这种方法和设备并不限定于这些实施方案，对本发明所属领域的技术人员来说，可以适当地进行变更是理所当然的。

实施例

通过下述实施例具体说明本发明的部分实施方案。但是，本发明不限定于以下的实施例。

实施例1

除使用了在整体上相对于宽度方向具有均匀厚度的阳极电极(水平阳极电极)、和本发明一实施例的如图3所示的弯曲阳极电极(没有分割为子电极)以外，使用相同的设备并向母板和阳极电极之间供应电解液，以这些为前提条件进行了模拟实验。

此时，母板的整体宽度为1000mm，将Re＝1000的雷诺数设定为层流条件而供应了电解液。

从实验结果测量了对母板宽度方向的电流密度分布并在图9示出。在图9中，位置是指以电解液供应管作为基准在母板宽度方向的位置，并且示出了对母板的一半宽度的结果。

由图9可知：在使用水平阳极电极的情况下，从母板的中心部向边缘侧，经过大约300mm之处时电流密度急剧增加。但是，在使用弯曲阳极电极的情况下，电流密度几乎在整个母板保持稳定，在达到400mm之处时才逐渐增加。

另外，还可知：在使用弯曲阳极电极的情况下，距边缘500mm之处的电流密度与水平阳极电极的电流密度相比，表现出减小35％左右的倾向，且具有呈现均匀分布的区间增加的结果。

由该结果可知：通过改变阳极电极的形状而改变阴极电极和阳极电极之间的间隔的情况，与使用水平阳极电极的情况相比，可以使电流密度分布更加均匀化。

实施例2

作为电解液供应管，使用了具有如图10(a)的结构的电解液供应喷嘴和具有如图10(b)和图10(c)的结构的、弯曲的喷射喷嘴，为了分析供应电解液时的电解液流场的稳定化程度，对向各个喷嘴供应层流和乱流的电解液的情况进行了模拟实验。

将基于所述模拟实验的电解液流场的流线分别在图11和图12示出。图11示出以Re＝1000的雷诺数的层流供应电解液时的流线，图12示出以Re＝5000的雷诺数的乱流供应电解液时的流线。

可知：在以层流的流场供应电解液的情况下，如图11(a)所示，当使用具有图10(a)结构的电解液供应喷嘴时，流场在电解液流动0.15m左右后形成稳定化。相反，当使用如图10(b)所示的弯曲的电解液供应喷嘴时，如图11(b)所示，流场在流动0.03m左右后形成稳定化，当使用如图10(c)的弯曲的电解液供应喷嘴时，也如图11(c)所示，流场在电解液流动约0.03m左右后形成稳定化。

由该结果可知：如图11所示，当以层流供应电解液时，使用如图10(b)和(c)的弯曲的电解液供应喷嘴的情况与使用具有如图10(a)的电解液供应喷嘴结构的情况相比，可以实现迅速的流场的稳定化，进而，可以预料到能够实现均匀电沉积的面积也会增加。

另一方面，由图12(a)可知：在向各个喷嘴以乱流的流场供应电解液的情况下，当使用具有图10(a)结构的电解液供应喷嘴时，流场在电解液流动0.15m左右后形成稳定化；当使用如图10(b)的弯曲的电解液供应喷嘴时，如图12(b)所示，流场在电解液流动0.05m左右后形成稳定化；如图12(c)所示，当使用如图10(c)的弯曲电解液供应喷嘴时，流场在电解液流动0.05m左右后形成稳定化。

从该结果可知：当以乱流供应电解液时，本发明实施实施方案的使用弯曲喷射喷嘴的情况与具有垂直电解液供应管结构的情况相比，可以迅速地实现流场的稳定化，而且，可以预料到能够实现均匀电沉积的面积也会增加。

Claims (24)

1.一种水平电铸设备，其包括：

母板供应装置，其在一个方向上连续地水平供应用作阴极电极并具有挠性和导电性的母板；

水平槽，其包括与所述母板的侧向边缘接触并移动母板且将电流供应至母板的接触辊、在所述母板的单侧或者双侧上相间隔设置的阳极电极、用于向由所述母板和所述阳极电极形成的水平通道供应包含金属离子的电解液的电解液供应装置、以及用于向所述接触辊和所述阳极电极供应电流以在所述母板的单侧或者双侧上电解析出金属离子的电流供应装置；以及

剥离装置，其用于从导电性的母板剥离电沉积在所述母板的单侧或者双侧上的金属箔。

2.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述电解液供应装置包括用于向所述母板的单侧或者双侧供应电解液的电解液供应喷嘴，所述电解液供应喷嘴在与母板的移动方向相同的方向、相反的方向或者在这两个方向上供应电解液。

3.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述水平槽沿着母板的移动方向线性地设置有多个。

4.根据权利要求1所述的水平电铸设备，

所述水平电铸设备进一步包括热处理装置，其用于通过感应加热、气氛加热或者直接加热来对所述母板上电沉积的金属箔进行热处理。

5.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述剥离装置是能够向导电性的母板和金属箔赋予剪切应力差的多个辊子。

6.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述阳极电极具有从所述母板的中心部向侧向边缘厚度减小的结构。

7.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述水平槽在所述母板的侧向边缘处设置有用于防止金属离子电解析出的边缘遮罩。

8.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述阳极电极是在母板的宽度方向分割为多个子电极。

9.根据权利要求8所述的水平电铸设备，其中，

所述子电极根据各电极具有不同的尺寸。

10.根据权利要求9所述的水平电铸设备，其中，

所述子电极根据各电极被供应不同的电流。

11.根据权利要求1所述的水平电铸设备，其中，

所述阳极电极是在母板的移动方向分割为多个子电极。

12.根据权利要求11所述的水平电铸设备，其中，

所述子电极根据各电极具有不同的尺寸。

13.根据权利要求12所述的水平电铸设备，其中，

所述子电极根据各电极被供应不同的电流。

14.根据权利要求3所述的水平电铸设备，其中，

所述电解液供应喷嘴以在电解液流动的方向上供应电解液的方式倾斜或弯曲。

15.根据权利要求14所述的水平电铸设备，其中，

所述电解液供应管的至少末端部是可分离的，以在相对于导电性母板的移动方向的顺向和逆向上供应电解液。

16.根据权利要求14所述的水平电铸设备，其中，

所述末端部具有拉伐尔喷嘴形状的剖面。

17.一种金属箔制造方法，其包括:

电解液供应步骤，向母板的表面供应包含金属离子的电解液，所述母板作为阴极电极在一个方向上被水平供应，并具有挠性和导电性；

电沉积步骤，通过在所述母板的单侧或者双侧上间隔设置的阳极电极和所述母板，所述电解液的金属离子在所述母板的单侧或者双侧上电解析出，从而在所述母板上形成电沉积层；以及

剥离步骤，将所述电沉积层从所述母板剥离。

18.根据权利要求17所述的金属箔制造方法，其中，

在所述母板的单侧或者双侧上形成有氧化保护膜。

19.根据权利要求17所述的金属箔制造方法，其中，

所述金属箔制造方法进一步包括在300-600℃对已剥离的金属箔进行热处理的步骤。

20.根据权利要求17所述的金属箔制造方法，其中，

所述电解液通过由母板和阳极电极之间形成的水平通道在与母板的移动方向相同的方向和相反的方向上供应。

21.根据权利要求17所述的金属箔制造方法，其中，

向所述母板的双侧供应的电解液互不相同。

22.根据权利要求17所述的金属箔制造方法，其中，

在剥离步骤之前，所述方法进一步包括第二电解液供应步骤和第二电沉积步骤。

23.根据权利要求22所述的金属箔制造方法，其中，

在所述第二电解液供应步骤中供应的电解液与电解液供应步骤中的电解液不同。

24.根据权利要求23所述的金属箔制造方法，其中，

所述金属箔为具有多层结构的金属箔。