CN1272473C - 电解制造金属箔的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供电解制造金属箔的装置，在用转鼓状旋转阴极通过电结晶来连续制造金属箔时，它能精密地均匀控制金属箔在宽度方向的厚度。本发明的电解制造金属箔的装置中，设有电沉积金属箔的转鼓状旋转阴极、沿着旋转阴极的圆周表面形状对向设置的阳极、和具有电解液供应口的电解液供应装置，所述的电解液供应口将电解液从旋转阴极的下方侧供应到旋转阴极和阳极之间；当从所述电解液供应装置供应电解液时，金属通过电解反应而电沉积在旋转阴极的圆周表面上，并且沉积的金属箔从旋转阴极上连续剥离。电解液供应装置在电解液供应口的上方沿着旋转阴极宽度方向设有板状缓冲(damper)体。
Description
技术领域
本发明涉及电解制造金属箔的装置，特别是涉及能使金属箔在箔宽方向上厚度均匀的制造技术。
背景技术
近年来，金属箔以印刷电路板的电解铜箔为代表，已用于各种用途中而被大量制造。作为这种金属箔的制造方法，已知有利用电解反应的方法。
作为这种利用电解反应的电解制造金属箔的装置，例如有图4所示的装置，它使用转鼓状的旋转阴极，可用于连续地制造金属箔。图4所示的电解制造金属箔的装置1，设有电沉积有金属箔的转鼓状旋转阴极2、沿着该旋转阴极2的圆周表面形状对向设置的阳极3、和有电解液供应口4的电解液供应装置5，所述的电解液供应口4将电解液从旋转阴极2的下方侧供应到旋转阴极2和阳极3之间，当电解液从电解液供应装置5供应时，金属通过电解反应而电沉积在旋转阴极2的圆周表面上，然后电沉积的金属箔从旋转阴极2上连续剥离。
能由这种电解制造装置获得的金属箔，有对应于各种用途的强度、表面性状、厚度均一性等多种特性要求，因此必需制造出满足这些要求的金属箔。特别是对于用作印刷电路板材料的铜箔，除了强度特性、表面性状以外，箔厚的均匀性也是作为金属箔质量非常重要的因素。
由该电解制造金属箔的装置获得的金属箔，大多通过将电沉积的金属从旋转阴极上连续剥离，然后将长的金属箔制成卷状而制得。在这种情况下，虽然能较容易通过控制旋转阴极的旋转速度来均匀控制金属箔在长度方向上的厚度，但是不容易控制金属箔在宽度方向的厚度。
迄今为止，为了提高由该电解制造金属箔的装置获得的金属箔在宽度方向上厚度的均匀性，提出了将与旋转阴极对向的阳极沿宽度方向分割，并沿着宽度方向控制电解电流的供应的对策。
但是，这种电流供应方法的改善，虽然能在某种程度上控制金属箔在宽度方向上厚度的均匀性，但并不能充分满足。而且，为将不同的电解电流分别供应到分割后的阳极，电解制造金属箔的装置的结构变得复杂，对装置的设计也不利。
此外，现今的金属箔质量要求，随着各种用途的技术进步，变得更为严格，特别是有强烈需求箔厚度薄的金属箔的趋向。例如，从用作印刷电路板材料的电解铜箔看，以前箔厚为35微米和18微米是主流，但最近，对12微米和9微米的极薄铜箔的要求增多了。在用上述电解制造金属箔的装置制造这种极薄铜箔时，如果不能精密地维持宽度方向上的厚度均一性，在金属箔从旋转阴极剥离时，箔上会生成折皱，从而难以作为最终制品使用。在达到以前提出的金属箔在宽度方向上的厚度均一性的方法中，难以精密地控制制造极薄金属箔所必需的在宽度方向上的厚度均一性。因此，为了向市场稳定地供应厚度像极薄铜箔那样薄的金属箔，可以说必须确立能比以前更精密地使宽度方向上厚度均一化的金属箔电解制造技术。
发明内容
本发明基于上述背景，其目的是提供电解制造金属箔的装置，它在用转鼓状旋转阴极通过电沉积来连续制造金属箔时，能精密地均匀控制金属箔在宽度方向上的箔厚。
为解决上述课题，本发明者对使用转鼓状旋转阴极的电解制造金属箔的装置进行了详细的研讨，着眼于供应到旋转阴极和阳极之间的电解液的液体流动状态对金属箔在宽度方向上的厚度均一性有巨大影响，最终想到了本发明。
本发明的电解制造金属箔的装置中，设有包括电沉积有金属箔的转鼓状旋转阴极、沿着所述旋转阴极的圆周表面形状对向设置的阳极、和具有电解液供应口的电解液供应装置，所述的电解液供应口将电解液从旋转阴极的下方侧供应到旋转阴极和所述阳极之间，其中阳极被一分为二，分割后的阳极之间设有电解液供应装置；当从所述电解液供应装置供应电解液时，金属通过电解反应而电沉积在旋转阴极的圆周表面上，然后沉积的金属箔从旋转阴极上连续剥离，其中电解液供应装置在所述电解液供应口的上方，沿着旋转阴极宽度方向设有板状缓冲体，所述的板状缓冲体在其板宽中心上沿板长方向设有分流用突起部。
当电解液从旋转阴极的下方侧供应到电沉积有金属箔的转鼓状旋转阴极和沿着该旋转阴极的圆周表面形状对向设置的阳极之间时，如图4的虚线箭头所示，所供应的电解液在和电解液供应口对向处的旋转阴极表面处冲撞，沿着旋转阴极的圆周表面形状分成两个方向，形成上升的液流。
由于在和该电解液供应口对向处的旋转阴极表面附近，电解液与旋转阴极表面发生冲撞，容易产生涡流状态，形成与沿着旋转阴极圆周表面形状上升的液体流动状态相比非常复杂的液体流动。而且，新的电解液连续供应到和该电解液供应口对向的旋转阴极表面上，因此用于电沉积所供应的金属离子一直处于充分供应的状态。考虑到这些因素，由于和电解液供应口对向的旋转阴极表面处的液体流动是复杂的，所以认为和其它旋转阴极表面相比，在宽度方向上的电解液供应量容易不均匀。此外，用于电沉积的金属离子一直充分供应到电解液冲撞的旋转阴极表面上，因此本发明者推测，产生了引起金属箔在宽度方向上厚度不均的电沉积。
于是，本发明者为了消除和该电解液供应口对向的旋转阴极表面上产生的复杂液体流动状态，在电解液供应口的上方，沿旋转阴极宽度方向设置了板状缓冲体。通过设置该板状缓冲体，消除和电解液供应口对向的旋转阴极表面附近所产生的复杂液体流动状态，结果发现能像本发明者推测的那样，大幅提高宽度方向上的厚度均一性。而且，还发现设置该板状缓冲体，具有能降低金属箔表面上所产生的异常沉积的效果。
本发明所涉及的电解制造金属箔的装置的缓冲体，除了消除从电解液供应口向旋转阴极表面供应电解液直接与旋转阴极表面冲撞所产生的液体流动状态以外，其形状和设置等没有限制。总之，在电解液供应口和阴极表面之间，沿旋转阴极宽度方向设置板状缓冲体，只要在阻碍从电解液供应口向旋转阴极表面供应的电解液的流动方向的状态下，其形状和位置便没有限制。
本发明所涉及的电解制造金属箔的装置的板状缓冲体，最好在其板宽中心上沿板长度方向设有分流用突起部。如果在电解液供应口的上方设置缓冲体，所供应的电解液就与板状缓冲体直接冲撞，从而在该部位容易形成涡流等复杂的液体流动。因此，在该板状缓冲体的板宽中心上沿板长方向设置分流用突起部，与板状缓冲体直接冲撞的电解液通过分流用突起部而分成两个方向，沿着旋转阴极圆周表面形状顺利上升。通过在板状缓冲体上设置这种分流用突起部，确实能提高金属箔在宽度方向上的厚度均一性。
而且，本发明所涉及的电解制造金属箔的装置中，优选将电解液供应口沿旋转阴极宽度方向被分割成数个口，从分割后的电解液供应口供应的电解液流量最好可调节。这能容易精密地控制金属箔在宽度方向上厚度的均一性。本发明所涉及的电解制造金属箔的装置，为了实现高的生产效率，虽然大多使用较大型的旋转阴极和阳极，但在像这样大的电解制造金属箔的装置中，难以均一地形成构成装置的旋转阴极和阳极的材料，随着装置大型化，每个装置的电沉积都会不同。因此，所制成的金属箔在宽度方向上厚度的差异，也有在每个装置内都不同的倾向。即使在像这样的每个装置中电沉积都不同，通过调节从分割后的电解液供应口供应的电解液的流量，使之与各装置中箔宽方向上厚度的偏差一致，就能与本发明所涉及的板状缓冲体的效果相乘，从而容易地进行对金属箔在宽度方向上厚度的均一性的精密控制。
附图的简单说明
图1是电解制造金属箔的装置的部分放大斜视图。图2是设有板状缓冲体的电解制造金属箔的装置的部分放大剖面图。图3是板状缓冲体的部分放大斜视图。图4是电解制造金属箔的装置的简要剖面图。图5是设有板状缓冲体时宽度方向上厚度分布的曲线图。图6是未设板状缓冲体时宽度方向上厚度分布的曲线图。
实施发明的最佳方式
下面说明本发明的合适实施方式。
本实施方式的电解制造金属箔的装置，具有和迄今所用的装置基本相同的结构，其简要剖面图如图4所示。电解制造金属箔的装置1具备电沉积有金属箔的转鼓状旋转阴极2、和沿着该旋转阴极2的圆周表面形状对向设置的阳极3。该旋转阴极2和阳极3与图示的供电装置相接。而且，旋转阴极2几乎一半的体积都浸渍在电解液中。阳极3被一分为二，分割后的阳极3之间设有电解液供应装置5，该电解液供应装置5具有从旋转阴极2的下方供应电解液的电解液供应口4。从该电解液供应口4向旋转阴极2供应电解液时，如图4的虚线所示，电解液沿着旋转阴极2的圆周表面形状上升流动到电解槽7中形成溢流。在旋转阴极2的圆周表面上电沉积的金属箔，从旋转阴极2剥离，并经由导辊8卷绕在收卷辊9上。
图1所示的是图4中A所围部分的放大斜视图。电解液供应装置5的电解液供应口4沿旋转阴极2的宽度方向被分割成几段，这些经分割的电解液供应口4’、4’……，可分别装有用于调节所供应的电解液流量的流量调节装置(虽然在图中省略示出)。
图2所示的是本实施方式中电解制造金属箔的装置1中设在电解液供应口4上方的板状缓冲体的剖面放大图。而图3所示的是该板状缓冲体的部分放大斜视图。板状缓冲体10具有和旋转阴极2的宽度几乎相等的长度、和比电解液供应口4的宽度稍宽的板宽。该板宽的中央沿板长方向形成有分流用突起部11。而板状缓冲体10的下方，即电解液供应口4的对向侧，设有和经分割的电解液供应口4相应的间壁12。而该间壁12在电解液供应口4的两侧处设有固定板13。因此，在板状缓冲体10的下方，形成了和经分割的电解液供应口4’、4’……相应的电解液流出口14。
当图2和图3所示的板状缓冲体10设在电解液供应口4的上方时，如图2的箭头所示，从电解液供应口4供应的电解液与板状缓冲体10冲撞，其流动方向通过分流用突起部11改变，分成2个方向，形成沿着旋转阴极2的圆周表面形状上升的液体流动状态。
下面，由本实施方式所涉及的电解制造金属箔的装置制造作为金属箔的铜箔，对所制成的铜箔在箔宽方向的厚度分布和表面形状的研究结果进行说明。
制造作为金属箔的铜箔时，所用的铜箔电解制造装置使用圆周表面为Ti制的转鼓状旋转阴极(直径3米、宽1.35米)、和被称为DSA的不溶性阳极，并且旋转阴极和不溶性阳极之间的间隙为20毫米。而且，由Ti材形成设有分流用突起部的板状缓冲体(隔板、固定板都由Ti材形成)，它设在旋转阴极和阳极之间的中间位置处，电解液供应口的上方。该板状缓冲体的设置，通过在阳极和固定板之间设置绝缘材料而进行，以防止电解电流流过板状缓冲体。还使用硫酸铜溶液作为电解液。
在该铜箔电解制造装置中设置板状缓冲体时和不设置板状缓冲体时，分别通过电解处理制造铜箔，比较和研究铜箔在宽度方向上的厚度分布和表面性状。
首先，对铜箔在宽度方向上的厚度分布的测量结果进行说明。该宽度方向上的厚度分布的测量，是通过使旋转阴极在静止状态下供应电解液，通过电解处理形成铜箔。通过电解处理形成厚70微米左右的铜箔，在电解处理停止后，从旋转阴极半圆周表面上剥离电沉积的铜箔，将此作为用于测定宽度方向上厚度分布的试样。由该静止电解获得的试样，沿旋转阴极圆周表面的圆周方向，以和电解液供应口对向的部分为中心，切成前后各2块、总共4块的长150毫米×宽1350毫米(旋转阴极宽)的带状试样(A～D)。
然后，再将切好的各带状试样细分成宽10毫米×长100毫米的短片状。经细分的带状试样沿宽度方向被分割成84个短片。接着测量这些短片各自的质量，算出质量厚度(克/米2)，以该值作为铜箔的厚度。
对于由静止电解制成的切成4个的带状试样(A～D)，测量被分成84个的短片各自的质量，厚度与宽度方向位置相应的曲线图示于图5和图6。
图5是设有板状缓冲体的场合，图6是未设板状缓冲体的场合。该带状试样A～D中，带状试样B和C之间处于和电解液供应口对向部分相应的位置。而且，图5和图6中，指定由带状试样分成的84个短片中的最大质量厚度值，分别计算各短片的质量厚度值和最大质量厚度值之差，通过将各质量厚度差除以最大质量厚度值，算出各厚度比率(％)值，作出该值的曲线。
在不设板状缓冲体时，在A～D带状试样的全部都显示出产生了最大为14.2％的质量厚度差和平均为6.5％的质量厚度差。因此，从图6判定，如果不设板状缓冲体，A～D各带状试样在宽度方向上的质量厚度会产生偏差，此时的标准偏差为3.05(由A～D的全部数据算出的值)。
另一方面，在设有板状缓冲体时，质量厚度差减少到最大也只有10.8％，平均为3.4％。因此，从图5可判定，在设有板状缓冲体时，A～D的各带状试样在宽度方向上的质量厚度非常均一，标准偏差也只有1.89(由A～D的全部数据算出的值)。而且，本实施方式中对宽度方向上厚度分布的研究，虽然通过经细分的宽10毫米×长100毫米的短片来进行，但只要在沿铜箔宽度方向以这样精密的程度分割时，能将偏差控制到标准偏差为1.89那么低，用以前的铜箔制造装置是完全做不到的。
接着，下面对铜箔表面性状的研究结果进行说明。表面性状的比较研究，是通过制成长10米的35微米厚铜箔，观察所得铜箔的粗面(毛面；和电沉积完毕时的表面相应的表面)上的异常沉积。所谓异常沉积，是指在制成的金属箔表面的电沉积完毕的表面侧上，在比圆周表面异常突起的状态下沉积的部分。该表面性状的研究，是通过从制成的铜箔中任意采用所形成的100毫米×100毫米方的试样，用立体显微镜观察该试样的粗面侧，确认有无异常沉积的存在。
结果，在未设板状缓冲体时，在几乎所有的试样上，确定有许多可视为异常沉积的物质。而在设有板状缓冲体时，任何一个试样上，可视为异常沉积的物质都非常少，因此，确认板状缓冲体有减少异常沉积的效果。
工业实用性
通过本发明，能在用转鼓状旋转阴极通过电沉积来连续制造金属箔时，精密地控制金属箔在宽度方向上厚度的均一性，抑制金属箔表面上产生异常沉积。
Claims (2)
1.电解制造金属箔的装置，它设有电沉积有金属箔的转鼓状旋转阴极、沿着所述旋转阴极的圆周表面形状对向设置的阳极、和具有电解液供应口的电解液供应装置，所述的电解液供应口将电解液从所述旋转阴极的下方侧供应到所述旋转阴极和所述阳极之间，其中阳极被一分为二，分割后的阳极之间设有电解液供应装置，
当从所述电解液供应装置供应电解液时，金属通过电解反应而电沉积在所述旋转阴极的圆周表面上，并且沉积的金属箔从旋转阴极上连续剥离，
所述电解液供应装置在所述电解液供应口的上方，沿着旋转阴极宽度方向设有板状缓冲体，所述的板状缓冲体在其板宽中心上沿板长方向设有分流用突起部。
2.如权利要求1所述的电解制造金属箔的装置，其特征在于，所述的电解液供应口沿旋转阴极宽度方向被分割成数个，从分割后的电解液供应口供应的电解液流量通过设置在经分割的电解液供应口的流量调节装置来调节。
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