CN1237653A

CN1237653A - 非溶解性阳极均匀电镀方法及其使用装置

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Publication number: CN1237653A
Application number: CN 98109525
Authority: CN
Inventors: 柯建信
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-08

Abstract

一种非溶解性阳极均匀电镀方法，包括供给包含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物，并利用硫酸进行解离而制得含铜离子电解液，然后再于具非溶解性阳极的电镀槽中进行电镀。此外，使用上述方法的装置包括可供给含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物的供料槽、具备复数个解离室且可将该含铜化合物利用硫酸进行解离的解离槽、以及具有利用该解离槽中所制得的电解液进行电镀的电镀槽。

Description

非溶解性阳极均匀电镀方法及其使用装置

本发明涉及一种非溶解性阳极均匀电镀方法及其使用装置，特别是不须补充阳极且可保持电镀液浓度均匀，同时该阳极形状可因应阴极待电镀物的外观形状，进行任意修改，避免电流分布不均，达到均匀电镀的效果的非溶解性阳极均匀电镀方法及其使用装置。

以往如印刷电路板(PCB)、积体电路板(IC)等需高纯度铜的电镀方法是在一电镀槽中设置一个以上非溶解性钛金属网状篮，并于该钛金属网状篮中置放金属铜块(球)，而以此为阳极，同时将待电镀物直接裸露置入电镀槽中且以此为阴极，并通直流电进行氧化还原电镀作业。

可是，此种以往的电镀方法，将产生下列缺失：

1．阳极体积庞大

由于电镀所需的铜离子来源主要依赖置放于钛金属网状篮中的铜金属，配合大量生产所需，必须储放更多的金属铜于该钛金属网状篮中，造成阳极的体积颇为庞大，无法缩短与阴极间的距离，导致通电浪费的情形。

2．阳极补充困难

上述以往电镀槽中阳极钛金属网状篮中所置放的金属铜，将随通电时间日久而逐渐耗尽，故必须经常补充金属铜，但因一般电镀均采连续式生产，而且该属阳极的金属网状篮系固定于电镀槽中，所以在补充铜金属时，必须停机拆除阳极装置始可进行补充，不仅严重的影响生产效率，同时也会增加施工成本。

3．电流分布不均

如图3所示，一般待电镀物的外观表面可能是凹凸不规则形状，在要求高度精密的电镀过程中，若阳极外表形状无法制成与阴极待电镀物外观相同的话，将产生阴阳二极无法等电位相对应，而造成电流局部集中产生电流分布不均情形，导致电镀不均匀的不良后果。而上述传统电镀装置中的阳极形状，便无法随阴极待电镀物的外观形状施行同步调整，所以便无法符合高精密电镀的要求。

4．阳极颗粒脱落

随通电时间的增长，该铜金属将由表面逐渐氧化解离，而使体积逐渐缩小，当铜金属体积解离缩小至小于该该钛金属网状篮的网孔时，便将脱落而沉淀于电镀槽中或附着于待电镀物上，造成待电镀物表面的粗糙，影响品质。

由于上述以往电镀方式所产生的许多缺失，也可采用非溶解性阳极替代，并于电镀槽中利用供给硫酸铜结晶(CuSO₄·5H₂O)，以补充电镀槽中逐渐损耗的铜离子。当通直流电于阴阳极後，将产生下式反应：

1．硫酸铜解离反应

2．阳极反应

3．阴极反应

由上述反应步骤中得知，此类型电镀方法中，每添加1莫耳硫酸铜结晶，便将在电镀槽中产生多余的1莫耳硫酸根离子(SO₄ ^-2)及4莫耳水分子(H₂O)。结果将导致电解液被严重的稀释，同时电解液中的硫酸根离子亦将大幅增加，而严重的造成电解液的浓度不平衡现象，影响电镀作业的稳定性。

本发明的目的是提供一种非溶解性阳极均匀电镀方法，可不须补充阳极且可保持电镀液浓度均匀，同时该阳极形状可因应阴极待电镀物的外观形状进行任意修改，避免电流分布不均，达到均匀电镀的效果。

本发明的另一个目的是提供一种非溶解性阳极均匀电镀装置，配合上述本发明所提供的非溶解性阳极均匀电镀方法使用，除可达上述均匀电镀方法中所述及电镀功效外，还可以取得电镀废液回收再利用的功效。

为达上述本发明提供非溶解性阳极均匀电镀方法的目的，其技术手段包含有添加步骤、解离步骤及电镀步骤；其中，该添加步骤是供给包含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物；该解离步骤是将该添加步骤中所添加的含铜化合物，利用硫酸进行解离形成含铜离子电解液；该电镀步骤是将该解离步骤中所制得含铜离子电解液供给于电镀槽中，进行电镀。

此外，为达上述本发明提供非溶解性阳极均匀电镀装置的目的，其主要技术手段是包含一供料槽、一解离槽及一电镀槽；其中，该供料槽储存并输出含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物；该解离槽具有接收该供料槽所输出含铜化合物的容置空间，该容置空间内部由隔板区隔成复数个可互相流通的解离室，并供给硫酸溶液，将来自该供料槽中的含铜化合物予以解离；该电镀槽具有一电解液进口及一电镀残液出口，该电解液进口输入该解离槽中所解离而得的含铜化合物电解液进行电镀，该电镀残液出口输出电镀槽中的电镀残馀液。

藉由本发明所提供的均匀电镀方法及装置，可充分回收利用电镀槽中所产生的电镀废液，并随时保持所需浓度的硫酸铜电解液，同时，因为阳极可配合待电镀物阴极进行自由变更形状，可避免产生电流局部集中的不良现象。另，因为本发明所采用的含铜化合物不含水分子，所以不致对电镀槽中的电解液产生稀释作用，减少能源消耗，可增进工业上效益。

图1是本发明较佳实施例的装置配置关系示意图。

图2是本发明非溶解性阳极与被电镀物的配置图。

图3是以往溶解性阳极与被电镀物的配置图。

首先，请参阅图1所示，本发明主要程序可大致区分为下列三大步骤：

1)添加步骤

在供料槽1中添加不含结晶水的含铜化合物，以作为储备原料用。所谓“不含水非结晶铜化合物”，系指不含水分子结晶的含铜化合物，可举例如氧化铜、碳酸铜等。

2)解离步骤

将上述供料槽1中所储存的含铜化合物，供给于解离槽2中，并利用该解离槽2中所容置的硫酸液进行解离，而产生硫酸铜(CuSO₄)溶液，其解离反应式，若所添加的是氧化铜时，则如下：

另，若所添加者为碳酸铜，则如下：

3)电镀步骤

将上述解离槽2中所制得的硫酸铜溶液作为电解液，输送进入电镀槽3中进行相关铜电镀步骤。

藉由上述本发明所提供的三大步骤，可不需在阳极中置放大量铜金属块，同时阳极亦可采用非溶解性电极，甚至配合阴极上的待电镀物形状进行适当配合(例如制成相同外观形状)，如图2所示，此外并可自由进行调整阳极与阴极间的距离。利用上述改善结果，将不致产生电流局部集中现象，可使电流分布呈现均匀分布，而达均匀电镀的目的。此外，因阴极与阳极间的距离可轻易控制，故可大幅提升电镀精密度。

另外，本发明所提供的均匀电镀方法中，为使电镀槽3中的电解液可更加纯化，可在进行解离步骤后，更进一步施行纯化步骤，俾将所制得电解液中所含的非铜离子(如Fe⁺³、Zn⁺²等)杂质予以去除。上述的纯化步骤，可利用在弱电解纯化槽4中设置复数个钛金属电极所组成的电解沉淀室，并通过弱电流而将夹杂于电解液中的杂质予以沉淀去除。该弱电解槽4可装设于解离槽2下游端，以接受来自解离槽2中所制得的硫酸铜电解液进行纯化步骤。

此外，上述解离槽2，配合所添加含铜化合物的充分解离，可利用隔板21上下交叉区隔呈复数个互相流通的容置空间22，并使该供料槽1中所添加的含铜化合物由解离槽2一端进入，再依序流经各个容置空间22予以充分解离後，再由另一端流出供下一步骤使用。

一般电镀槽3中的硫酸铜电解液，经过电解电镀後，阴极所剩馀的硫酸根离子(SO₄ ^-2)与阳极所产生的H+将形成硫酸溶液的电镀废液。同时，在电镀作业进行中，电镀槽中的硫酸铜溶液浓度亦将逐渐降低，而形成无法使用的硫酸铜溶液废液。配合该上述包含低浓度硫酸铜溶液及硫酸溶液的电镀废液的充分利用，可在该电镀槽3上分别设置电解液进口及电镀液出口，分开接收电解液及排放电镀废液用，并将该电镀废液回流于上述解离槽2中进行回收再利用，使整体系统形成一循回管路状分布。利用本发明所提供的方法及装置，也可防止该电镀废液随意排放而造成环境污染。

为使本系统中所输送硫酸铜电解液可顺畅流动送入电镀槽3中，可在上述弱电解纯化槽4下游接装一输送构件5，该输送构件5是采用加压泵所构成，以加压输送该弱电解纯化槽4中的电解液，确保管路流通。

再者，配合输送进入电镀槽3中的电解液可更加纯化，可在电镀槽3的电解液入口前装设过滤构件6，该过滤构件6是采用具细孔滤材或活性碳所构成，藉此更进一步去除夹杂于电解液中的杂质。为确保该解离槽2中所制得硫酸铜电解液能保持在一定水准以上，同时避免由该供料槽1中所添加含铜化合物过量，造成浪费，可在该电镀槽3的电镀废液回流管路上，外接一侦测器7，并于该供料槽1出口端装设一控制供量构件8，使该侦测器7与该控制供量构件8相连线。该侦测器7是浓度检测分析仪，利用该侦测器7分别侦测该电镀槽3中所回流电镀废液中所夹杂混合的硫酸铜及硫酸废液浓度，进而利用该控制供量构件8控制由该供料槽1所供给含铜化合物的速率。该控制供量构件8，并无特别限制，只要可调节控制流量就可以，例如可采用一般以往常用的流量控制阀。

上述电镀槽3中所采用的阳极电极可为非溶解性电极，其材质并无特别限制，只需具备良好导电性且非电解溶解性就可以，例如采用钛被覆氧化铱所形成的材质。

同时，因为本发明所提供的阳极，在电镀过程中，电极本身并不溶解，所以可直接将待电镀物直接悬挂于阴极上，然後再将阳极制造成与该待电镀物具相同外观形状，藉此可达电镀槽3内部电流分布均匀，不致产生电流局部集中，造成电镀表面不均匀情形。再者，配合电镀槽3中电流流通的顺畅性，可将阳极利用多孔性平板制成。另，为确保电镀的精密度，可将阳极与阴极间的距离尽量拉近，最好保持在2～3公分范围左右。

综上所述，本发明乃藉由所添加的不含结晶水含铜化合物及充分利用回收电镀槽3中的电镀废液，而可采用具与待电镀物阴极的外观形状相匹配的非溶解性阳极，同时亦可大幅缩短阴极与阳极间的距离，达到确保电镀精密度的功效。

Claims

1．一种非溶解性阳极均匀电镀方法，包含添加步骤、解离步骤及电镀步骤，其特征在于：

该添加步骤是供给包含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物；

该解离步骤是将该添加步骤中所添加的含铜化合物，利用硫酸进行解离形成含铜离子电解液；

该电镀步骤是将该解离步骤中所制得含铜离子电解液供给于电镀槽中，进行电镀。

2．如权利要求1所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：在该添加步骤中，更进一步包含流量控制步骤，以控制含铜化合物的供给量。

3．如权利要求1所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：在该解离步骤后，更进一步包含纯化步骤，将含于所制得含铜离子电解液中的其他非铜金属离子以电解沉淀去除。

4．如权利要求3所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该纯化步骤采用弱电解方式去除非铜金属离子，

5．如权利要求1所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该解离步骤中所采用的硫酸源是来自由电镀步骤中所残馀的硫酸液体回流产生。

6．如权利要求4所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该纯化步骤的弱电解方式中的电极是钛金属。

7．如权利要求1的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该电镀步骤至少包含：

1)依据待电镀物的表面形状制造一与其配合的非溶解性阳极构件；

2)将待电镀物固定于阴极处，并将所制成的非溶解性阳极构件依相隔一距离配置；

3)通电于阴极及阳极，进行电镀。

8．如权利要求7所述的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该非溶解性阳极构件是用钛被覆氧化铱材料所制成。

9．如权利要求8的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该非溶解性阳极构件是多孔性平板。

10．如权利要求7的非溶解性阳极均匀电镀方法，其特征在于：该非溶解性阳极构件与待电镀物间的距离为2～3公分。

11．一种非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该电镀装置包含一供料槽、一解离槽及一电镀槽，

该供料槽系储存并输出含有氧化铜或碳酸铜中至少一种的含铜化合物；

该解离槽具有接收该供料槽所输出含铜化合物的容置空间，该容置空间内部由隔板区隔成复数个可互相流通的解离室，并供给含硫酸的电镀废液的溶液；

该电镀槽具有一电解液进口及一电镀残液出口，该电解液进口输入该解离槽中所解离而得的含铜化合物电解液进行电镀，该电镀残液出口输出电镀槽中的电镀残馀液。

12．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：更包含纯化槽，该纯化槽装设于该解离槽出口端，接收由该解离槽所输出的电解液，该纯化槽内部设有至少两个电极。

13．如权利要求12所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该纯化槽中的电极是钛金属。

14．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：更包含一输送构件，该输送构件装设于该电镀槽的电解液进口前端。

15．如权利要求14所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该输送构件是由加压泵所构成。

16．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：更包含一过滤构件，该过滤构件装设于该电镀槽的电解液进口与该纯化槽的间。

17．如权利要求16所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该过滤构件是由具细孔滤材或活性碳所构成。

18．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该电镀槽的外部更装设有一回流管，该回流管一端连接于该电镀残液出口，另一端则接通该解离槽内部。

19．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该电镀液出口处还设有一侦测器，以针对所流出电镀残液中的铜离子浓度进行侦测，该供料槽出口处也装设有一控制供量构件，且与该侦测器相接通，以藉由该侦测器所测得数值进行该供料槽的供料量控制。

20．如权利要求11所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该电镀槽系具有：

悬挂待电镀物的一阴极；及

一非溶解性阳极构件，是一种金属构件且其外部形状与该待电镀物的表面形状相配合。

21．如权利要求20所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：

该非溶解性阳极构件是由钛被覆氧化铱材料所制成。

22．如权利要求20所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该非溶解性阳极构件是多孔性平板。

23．如权利要求20所述的非溶解性阳极均匀电镀装置，其特征在于：该非溶解性阳极构件与阴极间的距离为2～3公分。