CN1195906C

CN1195906C - 金属精加工装置及利用该装置的金属精加工方法

Info

Publication number: CN1195906C
Application number: CNB001355929A
Authority: CN
Inventors: 张培淳; 韩文浩; 朴世喆
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Marine origin Supreme Being Ace Co., Ltd.
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: KR20020032782A; MY137770A; KR100371564B1; CN1351197A; JP3901450B2; SG99876A1; JP2002129399A

Abstract

本发明提供了一种金属精加工装置和利用该装置的金属精加工方法。所述金属精加工装置包括：一个电解槽；一个盛放在电解槽中的电解液；一个浸入电解液中的阳电极；一个浸入电解液中的阴电极；一片被安装在阳电极与阴电极之间的并具有微孔以便在电极反应过程中有选择地使溶解在电解液中的特定离子从一个电极渗透向另一个电极的隔膜。

Description

金属精加工装置及利用该装置的金属精加工方法

技术领域

本发明涉及一种金属精加工装置。确切地说，本发明涉及一种具有一片被安装在电解槽中的且用于分隔阳电极和阴电极的隔膜的金属精加工装置，所述隔膜用于防止外来物质电沉积在电极上，本发明还涉及一种采用这种精加工装置的金属精加工方法。

背景技术

通常，半导体引线框根据半导体芯片的高集成性和高密度而具有各种形状和各种安装方法。半导体引线框由铜基合金或铁基合金制成并且各种杂质附着在原材料表面上。

因此，为了获得半导体引线框的理想形状，使半导体引线框接受蚀刻或冲压并接着有必要进行电解抛光以便从原材料表面上去除氧化膜地提高平整效果。另外，有必要进行导线连接以便使具有特殊形状的半导体引线框与半导体芯片相连。在这里，为了改进连接能力、耐腐蚀性能和安装效率，进行电镀是必要的。

图1表示传统的金属精加工装置的电解抛光装置10。

参见图1，电解抛光装置10包括一个装有阳电极12、阴电极1和位于阳电极12与阴电极13之间的电解液14的电解槽11。阳电极12是由铜基合金或铁基合金制成的半导体引线框，阴电极13是不锈钢(SUS)或铂槽板。另外，电解液14是含60±5％磷酸的水溶液。

一个带泵15的容器16被安装在电解槽11的底部中。容器16通过输液流道17和还原流道18与电解槽11相连。能够喷射出经输液流道17而来自容器16的电解液14的喷嘴19被安装在电解槽11的底部上。

具有上述构件的传统电解抛光装置10具有以下反应原理。

在阳电极12上发生了其中铜原子失去电子而作为铜离子溶解的氧化反应，在阴电极13上发生了其中铜离子接纳电子而还原成铜原子的还原反应。

但是，传统的金属精加工装置具有以下缺点。

首先，在电解槽中形成了金属渣并且所述金属渣沿着电解液14的流动路线电沉积在阳电极12的表面上。金属渣是因溶出阳电极12的金属离子与电解液14在阴电极13的表面上反应而凝结的固体物质，它是含有大量水的杂质。另外，即使对被用作阳电极12的产品进行清洗，金属渣也不会被完全除掉，结果带来了产品缺陷。

其次，电沉积在阴电极13表面上的金属渣量可能增大，直到阴电极13完全被金属渣覆盖住为止。因而，电流效率急剧降低，这降低了电解抛光速度。因此，为了除去金属渣，必须在暂时停止金属精加工装置工作的情况下适当定期地反复清洗金属精加工装置。尤其是，必须完全停止在线设备如半导体引线框。

第三，电解液14因金属渣而品质降低并因此降低了浓度。因而，必须随时充填溶液。

第四，在金属电镀过程中，在阳电极上产生的反应副产品被电沉积在阴电极表面上，其中在阴电极表面上形成一个电镀层，由此不利地影响了电镀层，结果导致了电解液使用寿命的缩短。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的一个目的是要改进如此设计的金属精加工装置以及采用该装置的金属精加工方法，即所述金属精加工装置具有一片有选择地在阳电极与阴电极之间透过特定离子的、被安装在电解槽中的并用于抑制生成外来物质的反应并防止外来物质电沉积在电极上的隔膜。

本发明的另一个目的是提供一种通过收集电解液的特定离子来保持电解槽浓度变化的金属精加工装置以及采用该装置的金属精加工方法。

因此，为了实现第一个目的，提供了一种金属精加工装置，它包括：一个电解槽；盛放在电解槽中的电解液；一个浸入电解液中的阳电极；一个浸入电解液中的阴电极；一片被安装在阳电极与阴电极之间的并具有微孔以便在电极反应过程中有选择地使溶解在电解液中的特定离子从一个电极渗透向另一个电极的隔膜。

另外，阳电极是一个抛光构件，阴电极是一块金属板。在这里，金属离子通过电解抛光作用而从阳电极中溶解出来以使阳电极表面变得平整，金属离子没有通过隔膜渗透向阴电极，从而防止了在阴电极表面上生成金属渣。

另外，所述阳电极是一块金属板，所述阴电极是一块板状构件，金属离子从阳电极中溶解出来以便由此通过电镀方式镀覆在阴电极表面上，阳电极的反应副产品没有穿过隔膜渗透向阴电极。

金属精加工装置还包括一个能够在电解槽一侧收集从电解液中还原所得的金属离子或反应副产品的离子收集部。

根据本发明的另一个方面，提供了一种金属精加工方法，它包括以下步骤：制备出这样一个电解槽，它具有一被浸在电解液中的阳电极和一被浸在电解液中的阴电极和一片将阳电极与阴电极相互分隔开并具有微孔以便优选地使特定离子从一个电极渗透向另一个电极的隔膜；给电解槽通电以便在防止从一个电极溶解出来的特定离子向另一个电极渗透的同时引起电极反应；通过一个离子收集部来收集在电极反应过程中产生的特定离子，所述离子收集部与电解槽的一侧相连通以便使电解液浓度保持在一个恒定的水平上。

附图说明

根据以下参见附图地对本发明一个优选实施例的具体描述，本发明的以上目的和优点将变得更加一清二楚，其中：

图1是表示传统金属精加工装置的示意图；

图2是表示根据本发明的一个优选实施例的金属精加工装置的示意图；

图3是表示在图2所示的金属精加工装置中磷酸浓度随时间变化的曲线图；

图4是表示在图2所示的金属精加工装置中磷酸浓度随时间变化的曲线图；

图5是表示在图2所示的金属精加工装置中容器与电解槽中的铜离子浓度随时间变化的曲线图；

图6是表示在图2所示的金属精加工装置中污染度值随时间变化的曲线图。

具体实施方式

图2是表示根据本发明一个优选实施例的金属精加工装置的电解抛光装置20的示意图。

参见图2，电解抛光装置20包括一个具有一个阳电极22、一个阴电极23和在阳电极22与阴电极23之间的电解液24的电解槽21。阳电极22是半导体引线框，它是由铜基或铁基合金制成的抛光材料，阴电极23是不锈钢或铂槽板。另外，电解液24是通电酸溶液，它最好是含60±5％磷酸的水溶液。

在这里，隔膜200被安装在电解槽21中以防止因溶出阳电极22的铜离子与电解液24在阴电极23表面上反应而产生的金属渣电沉积在阳电极22上。

隔膜200被安装在一个其中阳电极22与阴电极23彼此分开的位置上。隔膜200是一片薄膜如过滤纸或明胶，并且它具有许多微孔以便有选择地只允许特定离子透过。在这里，隔膜200防止溶出阳电极22的铜离子电沉积在阴电极23上并有选择地只透过H⁺离子。

装有第一泵25的第一容器26被安装在电解槽21的底部中。第一容器26包括与阳电极室30连通以便为通过隔膜200而与阴电极室40隔开的阳电极室30提供和还原电解液24的第一输液流道27和第一还原流道28。通过第一输液流道27而输入的电解液24通过一个安装在电解槽21底部上的喷嘴29被喷出。

此外，第一容器26通过第三输液流道270和第三还原流道280与一个装有第三泵260的离子收集部220相连。离子收集部220在电解抛光过程中给电解槽21中的铜离子供应电子以便使其还原成铜，由此防止了铜离子浓度的增加。

一个装有第二泵230的且与第二输液流道240和第二还原流道250相连以便为阴电极室40提供和还原电解液24的第二容器210被安装在电解槽21的底部中。其成分与被送往阳电极室30或导电解抛光溶液的电解液24相同的电解液盛放在第二容器210中。

本发明的上述电解抛光装置20具有以下反应原理。

如果给阳电极22和阴电极23提供预定电能，则在阳电极22上发生了其中铜原子失去电子而作为铜离子溶解的氧化反应。在这里，由于隔膜200被安装在阳电极22和阴电极23之间，所以，特定离子因设有隔膜200而不能游向阴电极室40。

换句话说，溶出阳电极22的铜离子不能渗透，但它们可以以离子状态存在于阳电极室300中。只有H⁺离子可以通过隔膜200的微孔游向阴电极室40。因此，由于从阳电极22中电离出的铜离子没有游动，所以在阴电极23表面上抑制了因铜离子而生成外来物质的反应。因此，可以防止在电解槽21中生成铜渣并且防止所述铜渣电沉积在电极表面上。

另外，含铜离子的电解液24从阳电极室30中通过第一还原流道28、第一容器26和第三还原流道280而流向离子收集部220，从而将铜离子收集了起来。因此，可以防止在电解液24中的铜离子浓度升高。

这种情况同样适用于把适当金属用作阳电极并把电镀构件如半导体引线框用作阴电极地进行电镀的情况。换句话说，即使在电镀时产生了阳电极反应的副产品，但由于可以独立地根据阳电极室和阴电极室并通过在电解槽的阳电极和阴电极之间安装隔膜来控制电镀溶液，所以在阳电极室内产生的电镀副产品没有影响阴电极室。

本申请人利用电解抛光装置20所作实验的结果归纳如下。

表1列出了在各电极室内的电解液浓度以及铜渣生成情况随时间的变化情况。

表1

时间(hr)	阴电极室		阳电极室		在阴电极上的金属渣的电沉积
	阴电极室		阳电极室			磷酸(％)	铜(g/l)	磷酸(％)	铜(g/l)
	0	64.3	没有	64.2		磷酸(％)	铜(g/l)	磷酸(％)	铜(g/l)	0.75	没有
2	0	64.3	没有	64.2	64.3	没有	62.3	1.23	没有	0.75	没有
2	4	64.6	没有	59.7	64.3	没有	62.3	1.23	没有	1.71	没有
6	4	64.6	没有	59.7	62.9	没有	58.7	2.36	没有	1.71	没有

参见表1，阳电极22是半导体引线框，阴电极23是不锈钢或铂槽板。另外，电极液24含有磷酸。供给电解槽21的电流是60A/dm²，抛光时间间隔为2小时。在这里，用于防止特定离子如铜离子渗透的隔膜200被安装在电解槽21内的阳电极22与阴电极23之间。

根据实验结果，当以两个小时的间隔进行抛光时，在阳电极室30内的磷酸浓度从64.2％转变为62.3％、59.7％再转变为58.7％。接着，铜离子浓度从0.75g/l转变为1.23g/l、1.71g/l再转变为2.36g/l。换句话说，在阳电极室30中，磷酸浓度随着时间的推移而逐渐降低，铜离子浓度逐渐升高。这是因为溶出阳电极22的铜离子不能透过隔膜200并保留在阳电极室30中。

另一方面，在阴电极室40中，磷酸浓度从64.3％转变为64.3％、64.6％再转变为62.9％，即磷酸浓度的变化很轻微，而且没有检测到铜离子。这意味着，铜离子因设有隔膜200而不可能从阳电极室30游向阴电极室40。结果，铜渣没有电沉积在阴电极23的表面上。

图3是表示铜离子浓度随时间变化的曲线图，其中X轴表示时间，Y轴表示磷酸浓度。曲线A表示在阳电极室30内的铜离子浓度变化，曲线B表示在阴电极室40内的铜离子浓度变化。

参见这张曲线图，随着时间的推移，铜离子浓度如表1所示地在阳电极室30内逐渐提高。另一方面，在阴电极室40内，铜离子浓度没有变化。换句话说，由于溶出阳电极22的铜离子不能游向阴电极23，所以没有因为铜离子与电解液之间的而在阴电极23表面上形成铜渣。

图4是表示磷酸浓度随时间变化的情况，其中X轴表示时间，Y轴表示铜离子浓度。曲线A表示在阳电极室30内的磷酸浓度变化，曲线B表示在阴电极室40内的磷酸浓度变化。

参见这张曲线图，随着时间的推移，在磷酸浓度在阳电极室30内逐渐提高的同时，在阴电极室40内，磷酸浓度没有变化。换句话说，在阳电极22中，随着铜离子浓度的升高，磷酸浓度降低了。

图5是表示在容器26和电解槽21中的铜离子浓度随时间变化的情况，其中X轴表示时间，Y轴表示铜离子浓度。曲线C表示在电解槽21内的铜离子浓度的变化，曲线D表示在容器26内的铜离子浓度变化。

参见这张曲线图，在电解槽21中，随着时间的推移，铜离子浓度逐渐升高。另一方面，在容器26中，铜离子浓度逐渐降低。铜离子浓度在容器26中降低原因是铜离子被收集到离子收集部220中。

图6是表示在容器26中的污染度随时间变化的情况，其中X轴表示时间，Y轴表示铜离子浓度。曲线E表示污染度值随时间的变化。在这里，电流密度为3A/dm²。

参见这张曲线图，在容器26中，污染度值具有随时间推移而降低的趋势，这是因为溶出阳电极22的铜离子的收集率在离子收集部220中相对提高的缘故。

如上所述，根据本发明的金属精加工装置和利用该金属精加工装置的金属精加工方法因在阳电极与阴电极之间安装了一片隔膜并收集特定离子而具有以下优点。

首先，溶出阳电极的离子不能游向阴电极，由此防止了离子与电解液在阴电极表面上反应，从而没有形成金属渣。因而，可以防止金属渣电沉积在阳电极上，由此显著降低了次品率。

其次，由于金属渣没有电沉积在阴电极表面上，所以可以防止电流效率随时间的推移而降低。结果，可以将抛光速度保持在恒定的水平上。另外，由于可以减少定期清洗工序，所以可以提高生产率。

第三，由于解决了电解液因金属渣而品质降低的问题，所以电解液更换周期可以延长。

第四，由于出现在阳电极上的阳电极反应副产品不能在电镀过程中游向阴电极，所以可以有效地控制电镀液。

尽管参照一个特定优选实施例地描述和表示了本发明，但对于本领域普通技术人员来说，显然在阅读和理解了说明书后，他能够设想出等同替换方式和修改方案。本发明包括所有等同替换方案和修改方案，并因而只由权利要求书的保护范围来限定本发明。

Claims

1.一种金属精加工装置，它包括：一个电解槽；一种盛放在电解槽中的电解液；一个浸入电解液中的阳电极；一个浸入电解液中的阴电极；一片被安装在阳电极与阴电极之间的并具有微孔以便在电极反应过程中有选择地使溶解在电解液中的特定离子从一个电极渗透向另一个电极的隔膜，所述的金属精加工装置还包括一个能够在电解槽一侧收集从电解液中还原所得的金属离子或反应副产品的离子收集部。

2.如权利要求1所述的金属精加工装置，其特征在于，所述阳电极是一个抛光构件，所述阴电极是一块金属板，金属离子通过电解抛光而从阳电极中溶解出来以便平整阳电极表面，金属离子没有通过隔膜渗透向阴电极，从而防止了在阴电极表面上生成金属渣。

3.如权利要求2所述的金属精加工装置，其特征在于，所述阳电极是一个引线框。

4.如权利要求2所述的金属精加工装置，其特征在于，所述电解液是以磷酸作为主要成分的水溶液。

5.如权利要求1所述的金属精加工装置，其特征在于，所述阳电极是一块金属板，所述阴电极是一块板状构件，金属离子从阳电极中溶解出来以便由此通过电镀方式镀覆在阴电极表面上，阳电极的反应副产品不透过隔膜渗透向阴电极。

6.如权利要求2所述的金属精加工装置，其特征在于，离子收集部和第一容器相连，而第一容器与电解槽相连通以便从一个通过隔膜与阴电极室分隔开的阳电极室提供电解液和还原电解液。

7.如权利要求5所述的金属精加工装置，其特征在于，离子收集部与和第一容器相连，而第一容器与电解槽相连通以便从一个通过隔膜与一个阴电极室分隔开的阳电极室提供电解液和还原电解液。

8.如权利要求6所述的金属精加工装置，其特征在于，第二容器与电解槽的另一侧相连通，并且用于为通过隔膜与阳电极室分隔开的阴电极室提供电解液和还原电解液。

9.如权利要求7所述的金属精加工装置，其特征在于，第二容器与电解槽的另一侧相连通，并且用于为通过隔膜与阳电极室分隔开的阴电极室提供电解液和还原电解液。

10.一种金属精加工方法，它包括以下步骤：

制备出这样一个电解槽，它具有一个被浸在电解液中的阳电极和一个被浸在电解液中的阴电极和一片将阳电极与阴电极相互分隔开并具有微孔以便选择性地使特定离子从一个电极渗透向另一个电极的隔膜；

给电解槽通电以引起电极反应同时防止从一个电极溶解出来的特定离子向另一个电极渗透；

通过一个离子收集部来收集在电极反应过程中产生的特定离子，所述离子收集部与电解槽的一侧相连通以便使电解液浓度保持在一个恒定的水平上。