CN207109132U - 一种采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置 - Google Patents
一种采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，包括有镀槽和储液槽在镀槽内设有阴极工件，在阴极工件的两侧设有不溶性阳极；还包括有螺旋上料机，螺旋上料机与一铜粉储存槽连接形成，螺旋上料机的出料口直接通往储液槽内部，在螺旋上料机上安装有加料电机；储液槽上设有铜离子浓度监测器。本实用新型采用特殊的不溶性阳极结构配合氧化铜粉对铜离子补充的方案，可以完全避免阳极产生磷粉、铜粉和不溶性杂质，有效减少因悬浮颗粒造成的麻点、毛刺，避免针孔和镀层中的颗粒夹杂，提高镀层防腐能力和电镀产品质量；且阳极吸氧后不会分解镀液中的添加剂，传统酸性镀铜工艺可以很方便地转换为本实用新型技术方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及电镀技术领域，具体涉及一种通过添加氧化铜粉补充镀液中铜离子的镀铜装置。
背景技术
在电镀铜行业，硫酸盐镀铜（简称酸铜）是最要的电镀工艺之一，普遍采用磷铜阳极。由于电解铜在溶解时会产生铜粉，造成利用率降低，故普遍采用阳极中含有磷元素（0.6-0.8%）的阳极，但阳极在溶解过程中会产生少量的磷化亚铜黑色不溶物，仍然会污染镀液，因此阳极钛篮必须套装阳极袋，以提高镀液的纯净度，但这种方式仍然治标不治本，镀层依然会因镀液不纯而产生毛刺点、麻点等缺陷。目前也有技术提出使用不溶性阳极镀铜，铜离子的补充采用往溶液中加活性氧化铜粉的方式，但传统以聚乙二醇为载体的镀铜添加剂会因不溶性阳极的析氧，很快在镀液中氧化分解，镀液稳定性达不到工业应用的要求，因而到目前为止还得不到推广。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、设计合理、不会因阳极吸氧而分解镀液中的添加剂、电镀产品质量更好的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，包括有镀槽和储液槽，镀槽通过上液管连接储液槽形成镀液循环结构；在镀槽内设有阴极工件，在阴极工件的两侧设有不溶性阳极，不溶性阳极和阴极工件分别通过阳极铜排和阴极铜排连接电源，其特征在于：还包括有螺旋上料机，螺旋上料机的进料口与氧化铜粉储存槽连接形成氧化铜粉的送料机构，螺旋上料机的出料口直接通往储液槽内部，在螺旋上料机上安装有加料电机构成驱动机构；储液槽上设有铜离子浓度监测器；
所述不溶性阳极包括有阳极板和纤维膜，纤维膜安装于阳极板与阴极相对一侧面的前面形成对阳极板产生的氧气泡进入镀液的阻隔结构，且纤维膜与阳极板的该侧面之间具有间隙；阳极板连接电源。
进一步地，所述螺旋上料机采用PLC作为控制机构，储液槽的铜离子浓度监测器亦连接该PLC控制机构。
进一步地，所述不溶性阳极还包括有阳极骨架和阳极压盖，两者均为钛质材料制成；阳极骨架为框架型结构，上面分布若干螺丝孔，其通过氩弧焊固定到阳极板上，而纤维膜和阳极压盖通过钛基沉头螺丝固定在阳极滑架上。
进一步地，所述阳极板为铱钽涂层阳极板，由厚度为1.5-2.5mm的钛板上涂覆5-10um厚的铱钽复合材料涂层而成，阳极板通过钛质螺丝与阳极铜排连接；所述阳极骨架的厚度为5-10mm；所述阳极压盖为激光切割成蜂窝孔的1.5-3mm厚钛板，蜂窝孔边距为8-12mm，边墙宽度为2-3mm，蜂窝孔的总面积为纤维膜压盖总面积的60-80%。
进一步地，连接储液槽与镀槽之间上液管设有过滤器和上液泵，上液泵通过上液泵进口连接储液槽，过滤器通过上液管连接镀槽。
进一步地，在镀槽的上部设有排风管，排风管连接电镀车间排气系统构成氧气泡的排出结构，排风管采用塑胶管或橡胶管制成；在镀槽的下部设有回流管和排液管，回流管连接储液槽构成溢出溶液的回流结构；排液管连接到电镀车间污水管构成电解槽清洗后的排废液结构。
进一步地，在镀槽上安装有绝缘固定件，与阳极板连接的导电铜排的两端通过绝缘固定件固定于镀槽上后与阳极铜排连接；绝缘固定件为U型结构，其中间和两侧均设有嵌槽，绝缘固定件通过其两侧的嵌槽固定在镀槽上，而导电铜排则嵌固于绝缘固定件中间的嵌槽中。
进一步地，所述阴极工件的两端通过阴极铜刷固定于镀槽中。
工作原理：
1）、电镀溶液由上液泵经过上液管注入到镀槽内，随着上液量的增多，液位逐步升高，逐步浸没阴极工件和不溶性阳极，当达到镀槽溢流板的高度后，镀液会溢流到溢流室内，并通过回流管回流到储液槽内；
2）、在工作过程中，当电镀溶液浸没不溶性阳极后，电镀溶液通过阳极压盖上的蜂窝状孔和阳极纤维膜渗入到阳极骨架内部，并逐步浸没铱钽不溶性涂层阳极板；
3）、打开直流电源，在直流电的作用下，阴极工件开始有铜层沉积，并逐步消耗镀液中的铜离子，阴极反应为；阴极反应：Cu2++2e=Cu；
4）、铱钽涂层阳极板表面发生氧化反应，电解水产生氧气和氢离子，氧气泡在不溶性阳极内逐步溢出液面，氢离子在电场作用下向阴极方向移动，并穿过纤维膜补充到电镀溶液中，提高镀液的酸度；阳极反应：2H2O-4e=4H++O2；
5）、纤维膜因被电镀溶液浸湿，形成一个物理屏障，防止产生的氧气泡进入电镀溶液，有效防止了氧气对电镀溶液中添加剂的氧化作用，对正常电镀工艺的稳定则没有影响；
6）、随着电镀过程的进行，镀液中的铜离子逐步降低，硫酸含量逐步升高，铜离子浓度监测器会将浓度信号传递给PLC控制机构，当铜离子浓度低于设定的下限后，PLC会发出指令让加料电机工作，并将氧化铜粉补充到储液槽内，氧化铜粉溶解，铜离子逐步升高，达到浓度上限后PLC会发出指令加料电机停止工作；此时发生的化学反应为：CuO+2H+=Cu2++H2O。随着电解的进行，以上过程重复进行，保证铜离子在设定的浓度范围内持续工作；
7）、铱钽涂层阳极板电解水产生的氧气，会将前期浸入阳极内部的镀液中的添加剂氧化掉，但因阳极骨架的厚度只有5-10mm，故保证了前期侵入阳极内部的电镀溶液量很少，对电镀溶液的稳定性的影响几乎可以忽略；又保证阳极在免维护的状况下持续工作，同时因特殊的结构设计，使电解产生的氧气与电镀溶液完全隔离，对传统以聚乙二醇为载体镀铜添加剂不会被阳极的析氧氧化，从而保证了传统添加剂也可以在该工艺中顺利应用。
对于传统的电镀工艺，只需要将阳极钛篮更换为本技术方案设计的阳极结构，设备上增加铜离子浓度监测装置，在储液槽增加自动加料系统，就可以转变成新型的镀铜工艺，在行业中具有更好的推广价值。
本实用新型的有益效果在于，特殊的不溶性阳极结构配合通过氧化铜粉对铜离子补充的方案，可以完全避免阳极产生磷粉、铜粉和不溶性杂质，实现高纯度的电镀溶液，有效减少因悬浮颗粒造成的麻点、毛刺，避免针孔和镀层中的颗粒夹杂，提高镀层防腐能力和电镀产品质量；且阳极吸氧后不会分解镀液中的添加剂，传统酸性镀铜工艺可以很方便地转换为本实用新型技术方案。
附图说明
图1为本实用新型装置整体正面示意图；
图2为本实用新型装置整体俯视示意图；
图3为本实用新型镀槽分解结构示意图。
图中，1为镀槽，2为阴极工件，3为回流管，4为上液管，5为过滤器，6为上液泵，7为加料电机，8为螺旋上料机，9为出料口，10为铜粉储存槽，11为上液泵进口，12为储液槽，13为铜离子浓度监测器，14为阳极铜排，15为阴极铜排，16为不溶性阳极，17为排风管，18为阳极板，19为阳极骨架，20为纤维膜，21为阳极压盖，22为排液管，23为绝缘固定件，24为阴极铜刷。
具体实施方式
本实施例中，参照图1、图2和图3，所述采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，包括有镀槽1和储液槽12，镀槽1通过上液管4连接储液槽12形成镀液循环结构；在镀槽1内设有阴极工件2，在阴极工件2的两侧设有不溶性阳极16，不溶性阳极16和阴极工件2分别通过阳极铜排14和阴极铜排15连接电源；还包括有螺旋上料机8，螺旋上料机8的进料口与一铜粉储存槽10连接形成氧化铜粉的送料机构，螺旋上料机8的出料口9直接通往储液槽12内部，在螺旋上料机8上安装有加料电机7构成驱动机构；储液槽12上设有铜离子浓度监测器13；
所述不溶性阳极16包括有阳极板18和纤维膜20，纤维膜20安装于阳极板18与阴极相对一侧面的前面形成对阳极板18产生的氧气泡进入镀液的阻隔结构，且纤维膜20与阳极板18的该侧面之间具有间隙；阳极板18连接电源。
所述螺旋上料机8采用PLC作为控制机构，储液槽12的铜离子浓度监测器13亦连接该PLC控制机构。
所述不溶性阳极16还包括有阳极骨架19和阳极压盖21，两者均为钛质材料制成；阳极骨架19为框架型结构，上面分布若干螺丝孔，其通过氩弧焊固定到阳极板18上，而纤维膜20和阳极压盖21通过钛基沉头螺丝固定在阳极骨架19上。
所述阳极板18铱钽涂层阳极板，由厚度为1.5-2.5mm的钛板上涂覆5-10um厚的铱钽复合材料涂层而成，阳极板18通过钛质螺丝与阳极铜排14连接；所述阳极骨架19的厚度为5-10mm；所述阳极压盖21为激光切割成蜂窝孔的1.5-3mm厚钛板，蜂窝孔边距为8-12mm，边墙宽度为2-3mm，蜂窝孔的总面积为纤维膜压盖总面积的60-80%，即空占比为60-80%，保证通电工作后有足够的导电面积。
连接储液槽12与镀槽1之间上液管4设有过滤器5和上液泵6，上液泵6通过上液泵进口11连接储液槽12，过滤器5通过上液管4连接镀槽1。
在镀槽1的上部设有排风管17，排风管17连接电镀车间排气系统构成氧气泡的排出结构，排风管17采用塑胶管或橡胶管制成；在镀槽1的下部设有回流管3和排液管22，回流管3连接储液槽12构成溢出溶液的回流结构；排液管22连接到电镀车间污水管构成电解槽清洗后的排废液结构。
在镀槽1上安装有绝缘固定件23，与阳极板18连接的导电铜排的两端通过绝缘固定件23固定于镀槽1上后与阳极铜排14连接；绝缘固定件23为U型结构，其中间和两侧均设有嵌槽，绝缘固定件23通过其两侧的嵌槽固定在镀槽1上，而导电铜排则嵌固于绝缘固定件23中间的嵌槽中。
所述阴极工件2的两端通过阴极铜刷24固定于镀槽1中。
工作原理：
1）、电镀溶液由上液泵6经过上液管4注入到镀槽1内，随着上液量的增多，液位逐步升高，逐步浸没阴极工件2和不溶性阳极16，当达到镀槽溢流板的高度后，镀液会溢流到溢流室内，并通过回流管3回流到储液槽12内；
2）、在工作过程中，当电镀溶液浸没不溶性阳极16后，电镀溶液通过阳极压盖21上的蜂窝状孔和阳极纤维膜20渗入到阳极骨架19内部，并逐步浸没铱钽不溶性涂层阳极板18；
3）、打开直流电源，在直流电的作用下，阴极工件2开始有铜层沉积，并逐步消耗镀液中的铜离子，阴极反应为；阴极反应：Cu2++2e=Cu；
4）、铱钽涂层阳极板18表面发生氧化反应，电解水产生氧气和氢离子，氧气泡在不溶性阳极内逐步溢出液面，氢离子在电场作用下向阴极方向移动，并穿过纤维膜补充到电镀溶液中，提高镀液的酸度；阳极反应：2H2O-4e=4H++O2；
5）、纤维膜20因被电镀溶液浸湿，形成一个物理屏障，防止产生的氧气泡进入电镀溶液，有效防止了氧气对电镀溶液中添加剂的氧化作用，对正常电镀工艺的稳定则没有影响；
6）、随着电镀过程的进行，镀液中的铜离子逐步降低，硫酸含量逐步升高，铜离子浓度监测器13会将浓度信号传递给PLC控制机构，当铜离子浓度低于设定的下限后，PLC会发出指令让加料电机7工作，并将氧化铜粉补充到储液槽12内，氧化铜粉溶解，铜离子逐步升高，达到浓度上限后PLC会发出指令加料电机7停止工作；此时发生的化学反应为：CuO+2H+=Cu2++H2O。随着电解的进行，以上过程重复进行，保证铜离子在设定的浓度范围内持续工作；
7）、铱钽涂层阳极板18电解水产生的氧气，会将前期浸入阳极内部的镀液中的添加剂氧化掉，但因阳极骨架19的厚度只有5-10mm，故保证了前期侵入阳极内部的电镀溶液量很少，对电镀溶液的稳定性的影响几乎可以忽略；又保证阳极在免维护的状况下持续工作，同时因特殊的结构设计，使电解产生的氧气与电镀溶液完全隔离，对传统以聚乙二醇为载体镀铜添加剂不会被阳极的析氧氧化，从而保证了传统添加剂也可以在该工艺中顺利应用；
以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，包括有镀槽和储液槽，镀槽通过上液管连接储液槽形成镀液循环结构；在镀槽内设有阴极工件，在阴极工件的两侧设有不溶性阳极，不溶性阳极和阴极工件分别通过阳极铜排和阴极铜排连接电源，其特征在于：还包括有螺旋上料机，螺旋上料机的进料口与一铜粉储存槽连接形成氧化铜粉的送料机构，螺旋上料机的出料口直接通往储液槽内部，在螺旋上料机上安装有加料电机构成驱动机构；储液槽上设有铜离子浓度监测器；
所述不溶性阳极包括有阳极板和纤维膜，纤维膜安装于阳极板与阴极相对一侧面的前面形成对阳极板产生的氧气泡进入镀液的阻隔结构，且纤维膜与阳极板的该侧面之间具有间隙；阳极板连接电源。
2.根据权利要求1所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：所述螺旋上料机采用PLC作为控制机构，储液槽的铜离子浓度监测器亦连接该PLC控制机构。
3.根据权利要求1所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：所述不溶性阳极还包括有阳极骨架和阳极压盖，两者均为钛质材料制成；阳极骨架为框架型结构，上面分布若干螺丝孔，其通过氩弧焊固定到阳极板上，而纤维膜和阳极压盖通过钛基沉头螺丝固定在阳极滑架上。
4.根据权利要求3所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：所述阳极板为铱钽涂层阳极板，由厚度为1.5-2.5mm的钛板上涂覆5-10um厚的铱钽复合材料涂层而成，阳极板通过钛质螺丝与阳极铜排连接；所述阳极骨架的厚度为5-10mm；所述阳极压盖为激光切割成蜂窝孔的1.5-3mm厚钛板，蜂窝孔边距为8-12mm，边墙宽度为2-3mm，蜂窝孔的总面积为纤维膜压盖总面积的60-80%。
5.根据权利要求1所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：连接储液槽与镀槽之间上液管设有过滤器和上液泵，上液泵通过上液泵进口连接储液槽，过滤器通过上液管连接镀槽。
6.根据权利要求1所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：在镀槽的上部设有排风管，排风管连接电镀车间排气系统构成氧气泡的排出结构，排风管采用塑胶管或橡胶管制成；在镀槽的下部设有回流管和排液管，回流管连接储液槽构成溢出溶液的回流结构；排液管连接到电镀车间污水管构成电解槽清洗后的排废液结构。
7.根据权利要求4所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：在镀槽上安装有绝缘固定件，与阳极板连接的导电铜排的两端通过绝缘固定件固定于镀槽上后与阳极铜排连接；绝缘固定件为U型结构，其中间和两侧均设有嵌槽，绝缘固定件通过其两侧的嵌槽固定在镀槽上，而导电铜排则嵌固于绝缘固定件中间的嵌槽中。
8.根据权利要求1所述的采用不溶性阳极配合氧化铜粉补充铜离子的镀铜装置，其特征在于：所述阴极工件的两端通过阴极铜刷固定于镀槽中。
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