CN117684220A - 一种电解铜箔的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电解铜箔的制备装置，包括：电解槽，与阳极电连接的阳极单元及与阴极电连接的阴极辊筒，阳极单元部分环绕阴极辊筒，阳极单元包括同轴心设置的至少两个圆弧型阳极子部，相邻阳极子部之间设有液流通道；均流件，设置在阳极单元与阴极辊筒之间，且与阳极单元间设有第一间隙，与阴极辊筒间设有第二间隙；均流件被设置为沿垂直于阳极单元与阴极辊筒的径向连接面的方向规律摆动。本申请提供的电解铜箔的制备装置可消除和降低电解铜箔产品的泡泡纱问题，提升产品良率。

Description

一种电解铜箔的制备装置

【技术领域】

本发明涉及铜箔制造领域；具体来说，涉及一种电解铜箔的制备装置。

【背景技术】

铜箔具有良好的导电性，是电子和电气工业的重要原材料。主要用于覆铜板、印制线路板和锂电池等制作，广泛应用在电子类终端产品和新能源动力设备等领域中。

目前铜箔泡泡纱异常((即整幅宽铜箔在固定张力拉平后，部分存在波浪状褶皱))是行业内常见的异常，其对铜箔表面涂布有较大影响。当铜箔存在褶皱时，铜箔的褶皱区将容易于制程或后续应用中出现涂布不均或断裂的情况；如将含褶皱的铜箔应用于锂离子电池时，附着于铜箔上的活性材料在锂离子电池充放电的过程中将可能因与铜箔之间缺乏良好的附着强度，而从所述铜箔的表面上剥离或脱落；若应用于印刷电路板制程中，蚀刻液将从铜箔的褶皱区渗入导致其形成的电路发生断线等不良情况。特别随着电子设备朝着多功能化、小型化和高性能化发展，对电镀铜箔的需求也更加的薄箔化，铜箔泡泡纱或褶皱问题已成为行业当前亟待结果的关键共性难题。

【申请内容】

有鉴于此，本申请实施例提供了一种可改善泡泡纱问题的电解铜箔的制备装置。通过改善阴阳极之间的流场和电场，消除或降低电解铜箔产品的泡泡纱问题。

一种电解铜箔的制备装置，包括：电解槽，与阳极电连接的阳极单元及与阴极电连接的阴极辊筒，阳极单元部分环绕阴极辊筒，阳极单元包括同轴心设置的至少两个圆弧型阳极子部，相邻阳极子部之间设有液流通道；

均流件，设置在阳极单元和阴极辊筒之间、与阳极单元间设有第一间隙、与阴极辊筒间设有第二间隙；均流件被设置为沿垂直于阳极单元与阴极辊筒的径向连接面的方向做规律摆动。

进一步地，均流件在阴极辊筒上的投影长度等于阳极单元在阴极辊筒上的投影长度。

进一步地，均流件在阴极辊筒上的投影长度小于阳极单元在阴极辊筒上的投影长度、且均流件对应设置在阳极单元的入液端。

进一步地，均流件在阴极辊筒上的投影长度小于阳极单元在阴极辊筒上的投影长度、且均流件对应设置在阳极单元的出液端。

进一步地，均流件在阴极辊筒上的投影长度小于阳极单元在阴极辊筒上的投影长度、且均流件对应设置在阳极单元的中部。

进一步地，均流件的摆动频率为10-120次/min；优选地，30～60次/min。

进一步地，均流件的网目为10～300，优选为30～60。

进一步地，均流件包括M行、N两列的均流孔，相邻行和/或相邻列上的均流孔错位排布，M、N均为正整数；优选地，沿阳极单元指向阴极辊筒的方向上，均流孔的孔径逐渐增大；或，沿均流板的中轴线指向边缘的方向上，均流孔的孔径分区域渐变增大。

进一步地，均流件包括同轴心设置的多个均流子部，各均流子部可独立摆动。

进一步地，均流件采用硬质的塑酯或金属材料制备；优选地，可选自钛合金、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

本申请提供的电解铜箔制备装置，通过采用通过在阳极单元和阴极辊筒之间设置均流件，可改善在阳极单元和阴极辊筒之间的电场和流场的均匀性，改善因阳极板表面金属层点状缺陷不均匀导致的阴极、阳极之间电力线的不均匀分布导致的铜箔局部面密度、厚度的差异；而且还可以平稳电解液循环的流场，避免因气泡和涌动不均导致电解液在阴极辊筒表面沉积的几率不同刀子的局部面厚度和密度差异；减低电场和流场对电镀铜箔工艺稳定性的干扰，降低或消除铜箔泡泡纱现象，提升产品的良率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种电解铜箔制备装置的结构示意图；

图2为本申请提供的一种均流件的结构示意图；

图3为图2所示均流件的B-B’向剖视示意图；

图4为本申请提供的又一种均流件的结构示意图；

图5为本申请提供的再一种均流件的结构示意图图；

图6为本申请提供的再一种均流件的结构示意图图；

图7为本申请提供的又一种电解铜箔制备装置的结构示意图；

图8为本申请提供的又一种电解铜箔制备装置的结构示意图；

图9为本申请提供的又一种电解铜箔制备装置的结构示意图；

图10为本申请提供的又一种电解铜箔制备装置的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请权利要求及实施例所描述的“基本上”、“近似”、“大约”、“约”、“大致”“大体上”等词语，是指在合理的工艺操作范围内或者公差范围内，可以大体上认同的，而不是一个精确值。

图1为本申请提供的一种电解铜箔制备装置的结构示意图；图2为本申请提供的一种均流件的结构示意图；图3为图2所示均流件的B-B’向剖视示意图；请结合图1～3所示，电解铜箔装置100包括电解槽1，电解槽1用于承载电镀过程所需的电解液，电解铜箔6的电解液通常为以硫酸及硫酸铜为主成分之水溶液；电解槽1可与外部供液单元联通(图中未示出，可参考现有技术中的任一种类似装置)，以此实现电解槽1中电解液的循环流动，保持整个电镀过程中电解液成本的基本稳定。

如图1所示，在电解槽1中放置有圆弧状的阳极单元2，阳极单元2可以铱元素或其氧化物被覆的钛板材质制备；在铜箔电解制备中充当反应的阳极，与外部电源7的阳极端电连接。阳极单元2可由两块及以上的圆弧型阳极子部201/202组成，各阳极子部201/202按照同轴心的方式围合、且相邻两个阳极子部201/202之间设置有进液口4；在阳极单元2的圆弧状开口的一侧正位对向设有阴极辊筒3，阴极辊筒3为圆柱形的滚轴，通常以钛制辊筒作为阴极辊筒3(cathode drum)，在电镀过程中作为电解反应的阴极，与外部电源7的阴极端电连接。外部电源7通以直流电,使电解液中的铜离子电解析出在阴极辊筒3上，接着将析出的电解铜箔6自阴极辊筒3表面剥离并连续收卷而得；其中，电解铜箔6与阴极辊筒3表面接触的面称做辊筒面601，而将其相对的另一面称做沉积面602。

可选地，阴极辊筒3的纵向中心线可穿过阳极单元2的轴心点；进一步可选地，阳极单元2朝向阴极辊筒3一侧表面上的任一点到阴极辊筒3表面的最短距离相同或相近，由于电场强度会受到阴极、阳极之间距离的影响，采用等间距设置，可以使得阳极单元2和阴极辊筒3之间各位置点上的电场强度尽量均等，降低对阴极辊筒3上电解沉积的铜箔厚度和均匀性造成影响。电解液通过阳极子部201/202之间的进液口4传输到阳极单元2和阴极辊筒3之间。优选地，进液口4的数量在阳极单元2的整体弧长上均匀分布设置，数量大于等于1个；如图1所示，进液口4设置在阳极单元2的弧中部。

在阳极单元2和阴极辊筒3之间设有均流件5，该均流件5的整体形态也为圆弧状，弯曲方向朝向阴极辊筒3一侧。可选地，均流件5的弧度与阳极单元2的弧度相同或基本相当，均流件5的弧长可以与阳极单元2的弧长基本相同，也可以小于阳极单元2的弧长并选择性的与阳极单元2的特定部位对应设置。如图1所示，均流件5的弧长、弧度均与阳极单元2相同。均流件5包括对应的第一表面501和第二表面502，第一表面501朝向阳极单元2一侧、且与阳极单元2之间的距离为第一间隙520，第二表面502朝向阴极辊筒3一侧、且与阴极辊筒3之间的距离为第二间隙530；第一间隙52和第二间隙53的尺寸均大于0；优选地，第一间隙520的尺寸大于第二间隙530的尺寸。均流件5与驱动装置M连接，其用于驱动均流件5进行规律的摆动，均流件5的摆动方向垂直于阳极单元2和阴极辊筒3之间的径向连接面。由于铜箔电镀过程中，一方面因为电解液通过阳极子部201/202间的进液口4进入阳极单元2和阴极辊筒3之间的有效电场范围中时，电解液进入时的冲击力造成的流场涌动在进液口4附近和远离进液口4处的程度不同，使得与阴极辊筒3表面接触的电解液浓度和含量存在差异，进而导致在阴极辊筒3表面电解生成的铜箔的厚度和均匀性不同，当生成的不均匀铜箔在外力的作用下牵拉、卷收时，不同区域的抗拉扯性差异会造成褶皱等不良。此外，均流件5还可以平缓经进液口4上涌的电解液的流速，不易产生气泡，避免在电镀层表面产生花斑。另一方，当阳极单元2使用寿命增长，阳极单元2表面的阳极金属层会出现金属点状缺陷，析氧能力降低，金属点状缺陷的表面和正常阳极表面与阴极辊筒3之间的形成的电流分布存在差异，电流分布的差异影响电解时的铜箔沉积厚度和密度分布，进而影响所得到的原箔的表面性质。举例而言，常作为电解液中平整剂的具有季铵基部分的化合物，其会优先吸附在电力线密集区域，达到抑制铜离子在电力线密集区域过度沉积的效果。通过均流件5加之规律性摆动，可以消除或降低这些点状金属层缺陷引发的电场分布不均匀问题，减弱由此问题引发的阴极辊筒3表面上析出的铜箔局部面厚度、面密度不均一现象。综上，本申请提供的实施例通过在阳极单元2和阴极辊筒3之间设置均流件5，加之均流件5的规律性摆动，不仅可改善因阳极板表面镀层不均匀导致的阴阳极之间电力线的不均匀，而且还可以平稳电解液循环的流场，降低电场和流场对电镀铜箔工艺稳定性的干扰，降低或消除铜箔泡泡纱现象，提升产品的良率。

可选地，均流件5采用硬性的塑酯或金属材料制备所得，可选自钛合金、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)等的一种。均流件5的厚度为1～10mm，优选为2～6mm；进一步地，可以平行设置多层均流件5。

可选地，均流件5的摆动频率可以设置为10-120次/min；优选地，30～60次/min。均流件5摆动频率太低时，对因流场和电场不均匀性改善情况不足，褶皱问题仍较为严重。当摆动频率太高时，均流件5的自身摆动也会扰动电解液的稳定态，干扰铜离子在阴极辊筒3表面的稳定析出。

如图2所示，均流件5包括M行、N列阵列均匀排布的多个均流孔51，其中M、N均为大于等于1的正整数，均流孔51设置的密度可以为10～300目，优选为30～60目。当均流件5的网目设置过大时，造成较大的阻力，不利于电解液的流动；由于阴极和阳极之间的电场是穿过均流孔51行程，当均流件5的网目设置过校时，均流件5对电场均匀性的改善效果欠佳。

可选地，均流孔51的形状可为多边形或圆形；示例性地，如图2和图3所示，均流孔51的形状优选地为圆形、椭圆形等含有圆滑形边界的结构。

进一步可选地，请参阅图3，沿阳极单元2指向阴极辊筒3的方向上，均流孔51的的孔径逐渐增大。也就是开口向上的喇叭状，通常，均流件5孔的孔径为0.1～100mm，优选为1～20mm。均流孔51之间的间距为1～100mm，优选为2～20mm。

图4为本申请提供的又一种均流件的结构示意图；如图4所示，均流件5上均流孔51的网目分区域设置，靠近进液口4的中部区域51a的均流孔51密度大于远离进液口4的边缘区域51b，而靠近进液口4的中部区域51a的均流孔51孔径的尺寸小于远离进液口4的边缘区域51b。如上述可知，靠近进液口4处的电解液冲击力更大，电解液流场的不稳定性更大，通过将对应于此处的均流孔51的密度增大、孔径尺寸变小，能进一步均衡电解液流场造成的不均匀、不稳定的电镀环境。

图5为本申请提供的又一种均流件5的结构示意图；如图5所示，沿着均流板的中心线O’指向均流板边缘的方向上，均流孔51的孔径逐渐增大，密度逐渐减小，如此设置，能对电解液流场稳定性改善更为精细、改善效果更为均匀。

需要说明的是，图4和图5中所示均流件5的均流孔51的孔径和密度变化是针对只有1个进液口4、且进液口4位于阳极单元2正中间情况下的电镀装置。本领域技术人员应当知晓，当进液口4设置数量大于1个时，上述均流件5的孔径和密度变化也可适用在相邻两个进液口4之间的区域、以及进液口4和阳极单元2的两端部之间区域。这些可选择性的变化也均属于本申请的范围中。

图6为本申请提供的又一种均流件的结构示意图；如图6所示，均流件5上相邻列的均流孔51在行方向上错位排布，相邻列的均流孔51在列方向错位排布；相邻列或相邻排中相邻的均流孔51之间的夹角A优选为60～120°，如此排布均流孔51，可进一步提升均流效果。

图7为本申请提供的又一种电镀铜箔装置的结构示意图；如图7所示，均流件5包括同轴心设置的4个均流子部501，各均流子部501与驱动装置M连接，可实现不同步的自由摆动。如一种情形下，四个均流子部501在同一时刻的摆动方向恰好属于一个摆动周期中的不同位置；另一种情形下，不相邻的两个均流子部501的摆动方向同步，相邻的两个均流子部501的摆动方向相反。当然在实际情况下，可根据需要调整为其他的摆动配合规律。通过将均流件5切割为多个自由的均流子部501，可实现更多可变化的调节形态，提高均流件5的实际可应用场景。

图8为本申请提供的又一种电镀铜箔装置的结构示意图；如图8所示，均流件5/52的弧长小于阳极单元2的弧长，且设置在阳极单元2的入液端，因为在阴极辊筒3旋转进入电解液槽时，阴极辊筒3需要先击破电解液槽内电解液表面形成的张力，对电解液的流场稳定性的干扰大于其他部位，将均流件5设置在入液端可以改善阴极辊筒3入液破除电解液表面张力引发的电镀不均匀问题。

图9为本申请提供的又一种电镀铜箔装置的结构示意图；如图8所示，均流件5/53的弧长小于阳极单元2的弧长，且设置在阳极单元2的出液端，由于电镀完成后，铜箔6在外界的拉力下从阴极辊筒3表面剥离，并离开电解液槽，因此铜箔6离开电解液槽需要先击破电解液表面形成的张力，对电解液的流场稳定性的干扰液大于其他部位，将均流件5设置在出液端可以改善铜箔6出液破除张力引发的电镀不均匀问题。

图10为本申请提供的又一种电镀铜箔装置的结构示意图；如图8所示，均流件5/51的弧长小于阳极单元2的弧长，且设置在阳极单元2的中部，电解液通过阳极子部201/202间的进液口4进入阳极单元2和阴极辊筒3之间的有效电场范围中时，电解液进入时的冲击力造成的液流场涌动在进液口4附近和远离进液口4处的影响不同，使得与阴极辊筒3表面接触的电解液浓度和含量存在不同，进而导致在阴极辊筒3表面电解生成的铜箔6的厚度和均匀性不同。将均流件5/51设置在对应进液口4处的中部区域51a可以改善因进液口4冲击力过大引发的电镀不均匀问题。

本申请提供的电镀铜箔装置，通过在阳极单元和阴极辊筒之间设置均流件，不仅可改善因阳极板表面镀层不均匀导致的阴阳极之间电力线的不均匀，而且还可以平稳电解液循环的流场，降低电场和流场对电镀铜箔工艺稳定性的干扰，降低或消除铜箔泡泡纱现象，提升产品的良率。

Claims (10)

1.一种电解铜箔的制备装置，其特征在于，包括：电解槽，与阳极电连接的阳极单元及与阴极电连接的阴极辊筒，所述阳极单元部分间隔环绕所述阴极辊筒，所述阳极单元包括同轴心设置的至少两个圆弧型阳极子部，相邻所述阳极子部之间设有液流通道；

均流件，设置在所述阳极单元与所述阴极辊筒之间、与所述阳极单元间设有第一间隙、与所述阴极辊筒间设有第二间隙；所述均流件被设置为沿垂直于所述阳极单元与所述阴极辊筒的径向连接面的方向规律摆动。

2.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件在所述阴极辊筒上的投影长度等于所述阳极单元在所述阴极辊筒上的投影长度。

3.根据权利1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件在所述阴极辊筒上的投影长度小于所述阳极单元在所述阴极辊筒上的投影长度、且所述均流件对应设置在所述阳极单元的入液端。

4.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件在所述阴极辊筒上的投影长度小于所述阳极单元在所述阴极辊筒上的投影长度、且所述均流件对应设置在所述阳极单元的出液端。

5.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件在所述阴极辊筒上的投影长度小于所述阳极单元在所述阴极辊筒上的投影长度、且所述均流件对应设置在所述阳极单元的中部。

6.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件的摆动频率为10-120次/min；优选地，30～60次/min。

7.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件的网目为10～300，优选为30～60。

8.根据权利要求7所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件包括M行、N两列的均流孔，相邻行和/或相邻列上的所述均流孔错位排布；优选地，沿所述阳极单元指向所述阴极辊筒的方向上，所述均流孔的孔径逐渐增大；和/或，沿所述均流板的中轴线指向边缘的方向上，所述均流孔的孔径分区域渐变增大。

9.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件包括同轴心设置的多个均流子部，各所述均流子部可独立摆动。

10.根据权利要求1所述的电解铜箔制备装置，其特征在于，所述均流件采用硬质的塑酯或金属材料制备；优选地，可选自钛合金、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚酮酮中的一种。