CN1061055A - 对金属箔进行表面处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

对金属箔进行表面处理的一种装置，包括一个可 绕水平轴线旋转的圆筒引导连续的金属箔按预定路 线运行；阳极件用来盛电解液，它有光滑向上的阳极 的表面形成柱状凹腔，其尺寸能围绕圆筒的一部分， 光滑表面和圆筒之间构成环状间隙，金属箔运行预定 路线的预定部分在间隙中延伸，液流从入口进入间 隙，能源连接至金属箔，阳极使箔与阳极装置的光滑 表面间产生电位。

Description

本发明涉及电镀，特别涉及电镀装置中的阳极。本发明尤其适用于处理铜箔，尽管本发明亦可很好地用于对其它金属的表面处理，但仍将以对铜箔的处理为例对本发明进行详细描述。

本发明适用于对电解沉淀铜箔的处理。很多种由电解沉淀法制成的铜箔用于印刷线路板工业。当将铜箔用于印刷线路板时，需将这种电解沉淀铜箔粘在电介质绝缘基片上。众所周知，由于其表面较光滑，因此赤裸的电解沉淀铜箔粘结性很差。为改善粘接性能，人们已经知道须对铜箔进行表面处理。这种表面处理包括将添加枝状晶体铜层，或将铜氧化物颗粒加在铜箔基层上。其它金属，如黄铜或铬，也可以加在箔片上以加强其物理性能。

对于电沉积制造箔片来说，对制成箔片的处理不需要很高电能，因此处理线速度通常是电沉积装置的速度的三至四倍。这样，箔处理线的速度和效率主要不受能源要求所限制，而取决于对某些其它操作参数的控制能力。

阳极与待处理表面之间的两极间隙就是一个上述参数。由于处理装置中的两极间隙不象箔制做装置中极间隙那么关键（与制做新箔相比，处理制成箔需要较少能源），因此，一个均匀的极间间隙能在箔运行路线上得到准确电流密度控制，加上对其它参数的控制，能实现较均匀的表面处理。

其它重要参数为阳极与须镀表面间电解流的流量及该液体的化学成分。其中，重要的是在需镀箔旁保持适量的可镀离子浓度（即须处理的箔片），并补充沉积在箔片上的离子量。这样控制电觖溶液的能力，即其离子浓度及流速，也影响处理线的效率。

通常与电解溶液和处理线效率有关的另一参数是电解溶液的温度。从已有技术中可知，在极间间隙进行电解处理会产生相当大的热量，该热量会导致极间隙中的电流密度变化。迫使电解溶液流过极间隙是带走热量的一个方法，但会产生气体。这样通过控制间隙中电解溶液的流速，可减少极间隙中的热量，并可将电流密度的变化减至最小。

已知将阴极表面浸在一个盛有电解溶液的大槽之中，将阳极靠近阴极浸入槽中，即可制成一个电解器。槽中电解液的大体积能提供简便的热渗透以消散热量，并通过热交换实现电解溶液的再循环以保持选定的温度。也可提供一种混合液，保持电解溶液中的选定化学成分的浓度。

应当理解，上述结构一般要求较大量的电解溶液，更重要的是很难提供一个精确装置来监测极间隙中的实际溶液浓度和通过间隙的液流率。还有两极间的电流密度可能受到围绕阳极电解液和其浓度的影响。

本发明涉及对金属箔提供表面处理的装置，该装置能较好地调节时优质箔的有效处理产生不良影响的参数。本发明对上述参数的调节是通过提供一个限定两极间隙的阳极来实现的，该阳极同时又作为一个槽以盛放间隙中的电解溶液。根据本发明，仅面对所需处理箔的阳极表面暴露在电解溶液中，其中在需处理的箔与阳极之间有电位。通过将电解溶液限制在已知尺寸的予定空间中，即可对液流，温度和电解液浓度进行监测，并予以控制，从而优选出温度参数，这样能更好地控制极间隙中的电流密度。

本发明提供用于处理金属箔的电解沉淀器的阳极，该箔可在沉淀器中绕旋转圆筒移动。该阳极一般包括弯曲板装置，该装置具有一个背向圆筒的下表面;以及一个光滑的圆筒状上表面，其大小能容纳相邻的圆筒，并在圆筒与圆柱上表面间隙限定一个环状间隙。使用板装置可在间隙中盛放电解溶液，该装置是用电导全材料制做的，其上圆柱表面对电解溶液不起反应。限定在圆筒和阳极之间的环状间隙包括一个由金属箔运动方向确定的始端与尾端。间隙始尾端之间的极装置上有孔装置，用以将间隙与电解液源连通，该电解液最好连续地流进间隙中。在板装置上，于间隙的始尾端处均安装有收集装置，收集从间隙中溢流出的电解溶液。相间设置的连接装置安装在板装置的下表面上，以将板装置与电源相连接。

本发明另外提供对金属箔进行表面处理的装置。该装置包括一个圆筒，该圆筒可绕一条大致水平的轴线旋转，以引导连续金属箔沿预定路线运行。用以盛放电解液的阳极装置设置在圆筒旁。该阳极装置包括一个光滑的，大体向上的阳极表面。其形状大体呈圆柱形，其大小能围绕圆筒部分，从而在阳极装置的光滑表面和圆筒体之间形成一个环状间隙。金属箔的预定路线的一部分在间隙中穿过。在提供使电解液连续液流通过间隙的装置的同时，还提供与金属箔连接的电源装置，通过箔产生电位的阳极装置，以及该阳极装置的光滑表面。

本发明的一个目的是提供对金属箔进行电解沉积表面处理的装置。

本发明的另一个目的是为改进效率提供一个具有上述较高处理线速度的装置。

本发明的另一个目的是提供一个如上所述的具有精确两极间隙的装置。

本发明的另一个目的是提供一个如上述便于排除电解过程中所产生的气体的装置。

本发明进一步的目的是提供一个如前述能对通过极间隙的电解液准确流量进行控制的装置。

本发明进一步的目的是提供一个装置，它如上所述使用较小量的电解液。

本发明进一步的目的是提供一个装置，该装置如前述仅仅面向需处理表面的阳极表面暴露在电解溶液中。

本发明进一步的目的在于提供一个装置，该装置如前所述其阳极主要作为包容需镀表面的槽。

本发明进一步的目的在于提供一个装置，该装置如前述有加大的对着需镀箔片的阳极表面。

上述和其它目的，以及其它优点通过以下参考附图对优选实施例的描述会变得更明显。

本装置可以采用一定的部件及这些部件的配置的物理形式，在说明书中将详细描述一个优选实施例，并以一个部件的形式配以相应附图予以图示，其中：

图1是本发明实施例中金属箔表面处理器的后剖视图;

图2为沿图1中2-2线所取的剖视图;

图3为沿图1中3-3线所取的剖视图;

图4为沿图2中4-4线所取的剖视图;

图5为沿图4中5-5线所取的剖视图;

图6为图1中装置的电解溶液入口的放大图;

图7为本发明阳极和圆筒间密封结构的放大剖面图。

下面详细描述优选实施例。

参考诸附图，其中所示仅用于解释本发明的优选实施例并不构成对本发明的限制。图1表示对金属箔F进行表面处理的处理槽10。根据本发明，其方法和装置用来处理铜箔。虽然下面的描述是关于处理铜箔的，但同时应理解本发明的用途广泛，也可以用于处理铜以外的金属箔或金属片。

广义地说，处理槽10主要包括一个圆筒12，它可以绕一个基本水平的轴线转动，该轴线也是阳极14的纵轴线。圆筒12和阳极14之间构成一个环形间隙16，根据本发明，间隙16中有含金属离子的电解溶液，该离子用来镀在箔F上。箔F沿着导向辊18和圆筒12限定的路线运行。这样，箔F在圆筒12的表面上穿过间隙16。动力装置（未示出）用来在箔与阳极14之间产生电位，使电解液中的金属离子镀到箔F的暴露表面。

具体讨论处理槽10，圆筒12基本是圆筒状，并能以通常方式（未示出）围绕轴20的基本水平轴线转动。图1表示出圆筒12的后视剖面图。如本实施例所示，圆筒12一般包括一个内环壁22及其外表面上的非导体材料层24。内壁22可以用任何刚性材料制成，最好使用碳钢。层24最好用半硬橡胶材料（90-97丢洛硬度）制成，并具有光滑的圆筒状的外表面26。

实施例中的阳极14包括阳极段14a，14b。段14a和14b相互成镜像设置。因此仅对其中一段详细描述，当然这种描述也适用于另一段。参见图1的左半部分，阳极段14a一般包括固定在多个纵向间隔开的壁30上的弯板28。板28大致为圆筒状，并具有向上的圆柱表面32。通常根据圆筒12的外表面26决定板28的尺寸，它最好至少围成圆筒12周边的25%，即1/4圆。在该实施例中，每个阳极段14a、14b由轴20的轴线限定其外切角大约为105°。

壁30对板28提供结构支持。在本实施例中，壁30大体呈L形状，带有与板28的弧线相应尺寸的弯边，并固定在板28上。壁30相隔设置，且相互平行并延板28的长度延伸。

板28和壁30最好用导电金属或合金制成。板28最好由不活泼金属制成，即对用来处理箔F的电解溶液不反应，或者使用带镀层的金属，使其对电解溶液不起反应。这样，阳极14可由铅，不锈钢，钽，钛，或其合金制成。在优选的结构中，阳极14包括钛，壁30上的板28被焊接形成一个整体的刚性结构。

每个阳极14a和14b的上端都包括一个槽33。该槽33可用来收集从间隙16溢流出的电解溶液。槽33一般包括相邻壁30间的由L形壁36构成的多个腔34。L形壁36与壁30及板28连接，并由此形成液体密封连接。其中壁36最好焊接在板28和壁30上。相邻的腔34通过壁30上的开口38相互连通。将一个或多个排泄管40连接在槽33上，并与腔34连通，将槽33收集的电解溶液通过常用管装置送至储液槽（未示出）。

再看图2-5，阳极段14a包括设置在壁30间的多个连接块42。连接块42一般是用导电材料制成的矩形条，其尺寸选择能在相邻壁30之间延伸，并靠在板28上。连接块42设置在各壁30之间，并排成一排大致构成多组隔开的连接块42，各组连接块沿板28的长度延伸，大致平行于圆筒12的轴线。连接块42可与电源（未示出）相连接，并相应地也可以用导电材料或金属合金制成，如铅，不锈钢，钶，钽，钛，或其合金制成。最好使用与板28和壁30相同材料制做的连接块42。在上述实施例中，连接块42用钛制成。

在上述实施例中，连接块通过焊接与板28和壁30相连接。在板28和连接块42及相邻壁30和连接块42之间是角焊连接44，可以从图2和图5中清楚看出这种连接。为保证连接块42和板28之间良好的电接触，连接块42最好用塞焊焊接在板28上，从图3-5中可以清楚看出这种结构。为达此目的，在板28上有多个对齐的圆柱孔46。设置孔46与连接块42配准，并填入焊点48，从而将连接块42固定在板28上，更重要的是由此提供了从连接块42至板28的电流通路。在本实施例中，共有8处塞焊，其中焊接材料包括大约47%与连接块42接触的表面。连接块42上有多个安装电缆的孔50。孔50的尺寸可容纳公知的电缆（未示出）固定件，用以将连接块42连接到前述电源的一极上。为利于电传导和防止腐蚀，连接块42的外表面可镀上导电材料，如银、铂或金。

图6示出阳极段14a、14b的下端，各段14a、14b包括一个基本竖直的结构件52，该件上端固定在弯板28上，下端固接于安装片54。每个安装片54上开有孔56，其大小可容纳标准紧固件。竖直件52从板28的端部起开有槽。阳极段14a、14b的尺寸选择为能相互固定，并在板28两端之间限定一个开口58。阳极段14a、14b上的板28和竖直支承件52形成了一个其下端敞开的细长的大体呈矩形的腔60，该腔60基本平行地沿圆筒12的轴线延伸。根据本发明，腔60的端部是封闭的，其中在腔60的底端形成细长的大致呈矩形的开口62，安装片54沿开口62的周边延伸。安装片54用来与电解液运送管（未示出）相连接，通过该运送管将电解液压送至腔60，并通过开口58进入环形间隙16中。

如图1所示，确定阳极段14a、14b的尺寸以使其围绕圆筒12设置，从而形成其间的环形间隙16。紧靠在阳极段14a、14b的端点上在电解槽10的两端上装有端壁70（能从图7中明显看出）。端壁70与阳极段14a、14b共同限定一个基本呈半圆柱形的电解槽，槽中安装圆筒12。根据本发明，阳极段14a、14b最好相互是电绝缘的。因此，最好在阳极段14a、14b的接触表面之间安装绝缘材料制成的垫片（未示出），并且端壁70最好由非导体材料制做。在本实施例中，端壁70包括一个内板72和外板74，两者最好都使用氯化聚氯乙烯材料制做（CPVC）。外板74包括一个环形肩76，其尺寸如图7所示可以容纳阳极段14a、14b上的板28。外板74用通常方法（未示出）固接在阳极段14a、14b上。

在内板72上装有细长密封组件80，以此在端壁70和圆筒12和远端之间形成一道密封，从而约束间隙16间的电解液，好圆筒12外表面和板28之间的间隙。密封组件80包括一个夹持件82和一个可胀密封件84。夹持件82通过普通紧固件86安装在内板72上，并沿阳极段14a，14b旁的板72的边缘延伸。从剖视图可看出，夹持件82大致呈U形，它有侧边88，该部分有相互向里突起的内表面。

密封件84是一个细长的，弹性材料的管状件，如橡胶件，它有可胀底部90，其大小能容纳在侧边88上的突起部分之间的夹持件82中。密封件84包括一个大体朝向圆筒12的带齿突起垫92。根据本发明，在突起垫92上配有聚四氟乙烯制成的边层94。密封件84包括一个空气连接件（未示出），最好设置在该件的一端，该连接件可与大气相通。密封件84可以胀至图7中剖视图所示的位置，其中突起垫92顶住并密封圆筒12。这样，边层94减小橡胶突起垫92和圆筒12上橡胶套层24之间的摩擦。由于本发明的阳极14与圆筒12和其环绕的支持表面是绝缘的，因此，绝缘垫片可以将阳极14和任何安装或连接表面连接在一起。

现在来看电解槽10的操作，要进行处理的箔F通过导辊18和圆筒12在间隙16中运行。圆筒12旋转使箔F连续地通过间隙16。在本实施例中，圆筒12逆时针旋转，而辊18顺时针转动从而使箔F在图1中从左向右移动。这样箔F从间隙16的一端（始端）进入，并从其另一端（尾端）移出。应当了解，圆筒12和辊18的旋转方向对电解槽10的操作无影响。电解液以控制速度被连续地泵入腔60中，并通过开口58进入间隙16中。该电解液可用已知方式从储液槽（未示出）供入。电解液从间隙16中溢流至阳极14上端，并被收集进槽33中，以便流回到储液槽中。

根据本发明，设置电源以便在箔F和阳极14上产生电位。电源负极最好如图1所示接到导辊18上。在本实施例中，导辊18最好由导电金属制成，以使箔F上带正电。阳极14通过固定在连接块42上的公知的电缆装置连接到电源的正极上。

这样，间隙16中的阳极14与箔F之间有电位。当带正电的箔F在间隙16中通过电解液是，电解液中的离子就沉淀在箔F上。因此，非导电外表面26使箔F与圆筒12的金属内表面22绝缘，同时对箔F的上表面（未暴露的）提供密封，从防止当箔F暴露在间隙16里的电解液中时，这些表面的被电镀。

根据本发明，重要的是对箔有影响的数参能被有效地监测，这是本设备的突出特点。本发明的优点之一是对处理区有明确的限定，因此，可以更严密地控制和监测处理区中对处理有影响的控制参数。特别是本发明在圆筒12的外表面26与阳极14的上表面32之间提供了一个均匀的环状间隙。通过将间隙16的轴线端密封，间隙16的始端与尾端之间得到具有已知尺寸的清楚限定的处理区。其中阳极14除了作为带电表面外，主要也是盛放电解液的槽。还有，通过对阳极的整个表面充电，当箔F和阳极14上有电位时，可以明确限定阳极14和圆筒12之间的处理区。由于电解液仅与阳极14的表面32接触，间隙16中的电位仅存在于阳极14的表面32和箔F之间。由于明确限定了处理区，对箔F和阳极14间的电位调节可以更精确地控制。这样，加上环形间隙16的体积已知的条件，能更好地控制间隙中电解液的流量，以及其中所含有的离子浓度。由于各因素共同实现更准确的流量控制，因此提高了处理效率。

如上所述，本发明提供了准确的两极间隙。其中，板28构成形状准确的长的稳定阳极表面，并且利用钛的不活泼性质保证较长的电解槽寿命。同样重要的是本发明有助于提供一个较长的处理区，在该区中确定阳极14的尺寸，以使其包围圆筒12的更大部分。在所示的本发明实施例中，阳极14大约包围圆筒12外表面积的58%。通过提供较长的处理区，在该区中可产生较低的电流密度，以提供一个期望的对箔F的处理。换言之，通过结合在一起的阳极段，圆筒12的较大部分面积被包围，从而构成较长处理区。有了较长处理区即可增加线速度，因为充电的箔在电解液中暴露的时间周期与具有较短处理区慢速操作的装置是一样的。

上面结合优选实施例描述了本发明。在阅读和理解本说明书的基础上可以改进或改变本发明。但它们应属于本发明的范畴。

Claims (20)

1、一种对金属箔进行表面处理的装置，其特征在于它包括：

一个圆筒，它能绕一个大体水平轴线转动，用以沿预定路线引导一连续的金属箔；

适于盛放电解溶液的阳极装置，上述阳极装置有一光滑的，基本向上面的并限定出一个圆柱凹腔的阳极表面，确定该腔尺寸以使其能围绕上述圆筒的一部分，并在上述光滑表面和圆筒间限定一个环状间隙，上述金属箔预定路线的一部分在上述间隙中延伸；

使电解液连续液流通过上述间隙的装置；以及

连接到上述金属箔和阳极装置上的能源装置，用以在上述箔和上述阳极装置光滑表面间之产生电位。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述阳极装置至少围绕上述圆筒表面积的1/2。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于产生连续液流的装置包括一个入口装置，设置在上述阳极装置的最低部分，收集装置沿上述阳极装置的最高部分设置，上述收集装置可用来收集从上述间隙溢流出的电解液。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述阳极装置包括：

一个弯曲金属板，它的弯曲半径与上述圆筒的弯曲半径完全一致，该弯板有一个朝向上述圆筒的上表面，和一个背向上述圆筒的下表面;以及

多个固定在上述板下表面上的连接条，该连接条连接到上述电源的一极。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述电源与作为阴极的上述箔片并上述阳极装置连接。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述阳极装置包括并排的阳极段，其尺寸能围绕上述圆筒与其组装在一起，每个上述段包括形成上述阳极表面一部分的弯板。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于上述阳极段相互间隔开地组装，以在其间形成一个细长开口，上述开口构成将电解液导入上述间隙的入口。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于上述各阳极段在其上端都有收集装置，收集溢流出上述间隙的电解溶液。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述圆筒一般用金属制成，并在其圆柱外表面上设有非导体材料层。

10、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述阳极装置包括一块弯板，其上装有多个连接装置，上述连接装置可与电源的一极连接。

11、一个用于处理金属箔表面的电解沉淀槽的阳极，上述电解沉淀槽包括一个上述金属箔绕其运行的可旋转圆筒，其特征在于它包括：

弯板装置，其上有背向上述圆筒的下表面，以及一个其大小可环绕上述圆筒的光滑圆柱状上表面，在上述圆筒与柱状上表面之间形成一个圆环状间隙，上述板装置可用来盛放间隙中的电解溶液，由电导体材料制成的上述板装置有一个上表面，该表面与电解液不起反应，弯板顺上述金属箔的移动方向设有始端与尾端;

上述板装置在始尾端之间设有孔装置，用以将间隙与电解溶液源连接，其中上述溶液可以被压入上述间隙中;

弯板的始端与尾端上安装有收集装置，用以收集从上述间隙中溢流出的电解溶液;并且

弯板下表面上相间设置的连接装置可与电源的一极连接，其中通过上述连接装置使上述板装置通电。

12、根据权利要求11所述的阳极，其特征在于上述连接装置包括多个对齐排成一排固定在上述板装置上的金属块。

13、根据权利要求12所述的阳极，其特征在于上述块体通过焊接连接在上述板装置上。

14、根据权利要求13所述的阳极，其特征在于上述板装置和上述连接块由钛制成。

15、根据权利要求11所述的阳极，其特征在于上述阳极至少环绕上述圆筒表面积的50%。

16、根据权利要求11所述的阳极，其特征在于上述阳极包括第1和第2阳极段，各上述阳极段环绕上述圆筒表面积25%以上。

17、根据权利要求16所述的阳极，其特征在于上述孔装置是在两极段之间形成的细长开口。

18、根据权利要求11所述的阳极，其特征在于上述弯板装置用金属制成，该金属对上述电解溶液不起反应。

19、根据权利要求18所述的阳极，其特征在于上述板装置用钛或其合金制成。

20、根据权利要求11所述的阳极，其特征在于上述弯板由导电金属制成，并具有对上述电解溶液不起反应的镀层。

Images