DE10202431C1

DE10202431C1 - Apparatus for electrochemical metallization, etching, oxidation or reduction of materials uses small electrochemical cells with contact electrodes fed with electrical pulses

Info

Publication number: DE10202431C1
Application number: DE10202431A
Authority: DE
Inventors: Egon Huebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: TW200302298A; WO2003062499A3; DE10390169D2; AU2003208262A1; WO2003062499A2

Abstract

Apparatus for electrochemical metallization, etching, oxidation or reduction of materials (1) comprises:(a) a treating tank (20) containing electrolyte (28); (b) a pump (25) for circulating the electrolyte through the tank, a filter (26) and an electrolyte conditioning unit (27); (c) a workpiece transporter (21); (d) a contact electrode (30) in the tank comprising contact strips (3) with counter-electrodes (7) close to them; and (e) insulators between the two, forming electrolytic cells (9). The cells are fed with electrical pulses and the workpiece is moved along, so that different sections are treated. An Independent claim is included for a method for electrochemical metallization, etching, oxidation or reduction of materials using the apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Gut mit Pulsstrom. Sie sind geeignet zur Anwendung in Durch laufanlagen, Tauchbadanlagen, Bandanlagen von Rolle zu Rolle, oder in Cupplatern. Bevorzugtes Gut sind Leiterplatten, Leiterfolien und Wafer. Die Erfindung eignet sich zur vollflächigen Behandlung der Oberfläche des Gutes und zur Behandlung von elektrisch isolierten Strukturen, wie zum Beispiel Leiterzüge und Pads auf Leiterplatten. Der Pulsstrom kann unipolar oder bipolar sein.The invention relates to a method and an apparatus for electrochemical Treating goods with pulse current. They are suitable for use in through Walk systems, immersion bath systems, belt systems from roll to roll, or in Cupplatern. Preferred goods are printed circuit boards, conductor foils and wafers. The The invention is suitable for the full-surface treatment of the surface of the goods and for the treatment of electrically insulated structures, such as Conductor tracks and pads on printed circuit boards. The pulse current can be unipolar or bipolar his.

Bekannt ist, dass beim Galvanisieren unter anderem durch Anwendung von Pulsstrom das Kristallwachstum im Vergleich zur Gleichstromgalvanisierung vorteilhaft beeinflußt werden kann. Ebenso kann die Intensität der elektrochemi schen Behandlung von unebenen und/oder geformten Oberflächen beeinflußt werden, insbesondere auch die Behandlung von Löchern und Kanälen. For schungsergebnisse weisen darauf hin, dass gerade die Anwendung von zeitlich sehr kurzen Strompulsen vorteilhaft ist. Unter kurzen Strompulsen sind Pulsein schaltzeiten im Bereich von einer Mikrosekunde zu verstehen. Derartig kurze Pulse sind für die technisch erforderlichen hohen Ströme im Bereich von z. B. 100 Ampere beim elektrochemischen Behandeln bisher nur für ein sehr kleines Gut realisierbar. It is known that in electroplating, among other things, by using Pulse current the crystal growth compared to direct current electroplating can be influenced advantageously. Likewise, the intensity of the electrochemical treatment of uneven and / or shaped surfaces especially the treatment of holes and channels. for Research results indicate that the use of temporal very short current pulses is advantageous. There are pulsein under short current pulses to understand switching times in the range of one microsecond. Such a short one Pulse are for the technically required high currents in the range of z. B. 100 amps in electrochemical treatment so far only for a very small one Easy to implement.

In der Patentschrift DE 27 39 427 C2 wird ein Verfahren zum Impulsgalvanisie ren beschrieben. In dieser Druckschrift wird gezeigt, dass das Galvanisieren von tiefen Sacklöchern mit abnehmender Pulszeit wesentlich verbessert wird. Beste Ergebnisse wurden bei Pulszeiten im Bereich von 10 µs bis 1 µs erzielt. Die Pulsfrequenz liegt demnach im Bereich von 0,1 bis 1 MHz.The patent DE 27 39 427 C2 describes a method for pulse electroplating ren described. This document shows that the electroplating of deep blind holes with decreasing pulse time is significantly improved. best Results were achieved with pulse times in the range from 10 µs to 1 µs. The The pulse frequency is therefore in the range from 0.1 to 1 MHz.

Zur Übertragung von Hochstrompulsen mit einer derart hohen Frequenz muß die Induktivität der elektrischen Leiter von der Pulsstromquelle zur elektrolytischen Zelle extrem klein sein.To transmit high current pulses with such a high frequency, the Inductance of the electrical conductors from the pulse current source to the electrolytic Cell to be extremely small.

Das folgende Rechenbeispiel zeigt, dass zur hochfrequenten Pulsstromerzeu gung mit den bekannten Mitteln z. B. eine typische Leiterplatten-Durchlaufanlage oder Tauchbadanlage nicht realisierbar ist.The following calculation example shows that for high-frequency pulse current generation supply with the known means z. B. a typical continuous circuit board system or immersion bath system is not feasible.

Die Induktivität eines runden Hochstromleiters beträgt etwa 0,5 µH/m.The inductance of a round high-current conductor is approximately 0.5 µH / m.

Um die Anoden und die kathodische Leiterplatte mit der außerhalb des elektroly tischen Bades angeordneten Pulsstromquelle verbinden zu können, sind für den Hin- und Rückleiter im Mittel ca. 2 Meter des Leiters erforderlich, auch wenn die Pulsstromquelle unmittelbar am Bad angeordnet ist.To the anodes and the cathodic circuit board with the outside of the electroly table bath arranged pulse current source are for the Forward and return conductors on average approx. 2 meters of the conductor required, even if the Pulse current source is arranged directly on the bathroom.

Die gesamte Induktivität der Leiter beträgt dann mindestens 1 µH. Der gesamte Wirkwiderstand setzt sich aus den ohmschen Widerständen des gesamten elektrischen Kreises zusammen. Er besteht demnach aus den Leiterwiderstän den und allen Kontaktwiderständen sowie dem Widerstand der elektrolytischen Zelle und beträgt etwa 10 Milliohm.The total inductance of the conductors is then at least 1 µH. The whole Active resistance is made up of the ohmic resistances of the whole electrical circuit together. It therefore consists of the conductor resistances the and all contact resistances as well as the resistance of the electrolytic Cell and is about 10 milliohms.

Nach der Formel tau = L/R läßt sich die stromunabhängige Zeitkonstante tau für den Pulsstromanstieg berechnen. Sie beträgt im obigen Beispiel
The current-independent time constant tau for the pulse current increase can be calculated using the formula tau = L / R. In the example above it is

tau = 1.10^-6 H/10.10^-3 Ω = 0,1.10^-3Sekunden.tau = 1.10 ^-6 H / 10.10 ^-3 Ω = 0.1.10 ^-3 seconds.

Zum vollständigen Anstieg eines Pulses werden 5.tau, d. h. 5.0,1 ms = 0,5 ms benötigt. Dies entspricht einer realisierbaren Pulsfrequenz von etwa 1 kHz.For a pulse to rise completely, 5.tau, i.e. H. 5.0.1 ms = 0.5 ms needed. This corresponds to a realizable pulse frequency of approximately 1 kHz.

Die praktisch verfügbaren elektrochemischen Anlagen verwenden von daher auch nur Pulse mit diesen Anstiegszeiten und mit Frequenzen im Bereich von 100 Hz bis 1 kHz.The practically available electrochemical systems therefore use also only pulses with these rise times and with frequencies in the range of 100 Hz to 1 kHz.

Der in obiger Druckschrift genannte vorteilhafte Bereich von Pulszeiten und damit von Pulsanstiegszeiten von 10 µs bis 1 µs ist mit dieser bekannten Technik nicht realisierbar. The advantageous range of pulse times and in the above publication thus with pulse rise times of 10 µs to 1 µs is known with this Technology not feasible.

In der Patentschrift DE 197 26 510 C2 werden eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur elektrolytischen Metallabscheidung mittels Pulsstrom für die Leiter plattentechnik beschrieben. Anwendung findet diese Erfindung in Tauchbadan lagen und in horizontalen oder vertikalen Durchlaufanlagen. Zur Verbesserung, d. h. zur Verkürzung der Pulsanstiegszeit wird vorgeschlagen, die Pulsstrom quelle in die Anode oder Kathode zu verlagern. Die Warenträger, d. h. die Kathode und die Anodenträger einer üblichen elektrolytischen Tauchbadanlage haben je eine Länge von 1 m bis zu 8 m. Wird die Pulsstromquelle in einen der beiden Träger verlagert, so ändert sich bezüglich der Länge des zu betrachten den elektrischen Stromkreises gegenüber einer direkt am elektrolytischen Bad angeordneten Pulsstromquelle nichts. Der Stromkreis schließt sich immer von der Quelle über den Anodenträger, die daran befestigten Anoden, durch den Elektrolyten zum Behandlungsgut, zum Kathodenträger und zur Quelle zurück. An welcher Stelle die Stromquelle in diesen Stromkreis eingefügt wird, ist grundsätzlich bedeutungslos. Zumindest läßt sich durch eine Anordnung der Stromquelle in einen der beiden Träger keine Verkürzung der Länge des Gesamtstromkreises erreichen. Somit läßt sich auch nicht die wirksame Induktivität des Gesamtstromkreises verringern. Dies bedeutet, dass auch bei Anwendung dieser Erfindung nur Pulsfrequenzen von einigen hundert Herz möglich sind.In the patent DE 197 26 510 C2 a device and a Ver drive for electrolytic metal deposition by means of pulse current for the conductors plate technology described. This invention finds application in immersion baths and in horizontal or vertical continuous systems. For improvement, d. H. to shorten the pulse rise time, it is proposed the pulse current source in the anode or cathode. The product carriers, i. H. the Cathode and the anode supports of a conventional electrolytic immersion bath system each have a length of 1 m to 8 m. If the pulse current source is in one of the both carriers shifted, so changes in length to consider the electrical circuit opposite one directly at the electrolytic bath arranged pulse current source nothing. The circuit always closes the source over the anode support, the anodes attached to it, through the Electrolytes back to the material to be treated, to the cathode support and to the source. At which point the power source is inserted in this circuit basically meaningless. At least by arranging the Power source in one of the two carriers does not shorten the length of the Reach the entire circuit. Thus, the effective one cannot be Reduce the inductance of the entire circuit. This means that at Applying this invention only pulse frequencies of several hundred hearts possible are.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu beschrei ben, die es ermöglichen, auch bei der großtechnischen elektrolytischen Anwen dung Pulsströme mit Frequenzen von bis zu 1 MHz zu verwenden.The object of the invention is to describe an apparatus and a method ben, which also make it possible for large-scale electrolytic applications to use pulse currents with frequencies of up to 1 MHz.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren nach Patentanspruch 12. Die Vorrichtung und das Verfah ren werden in einer neuen Kontaktelektrode verwendet. Kontaktelektroden und ihre grundsätzlichen Anwendungen sind in den nicht vorveröffentlichten Druck schriften DE 100 43 817.2-45 und DE 100 43 816.4-45 beschrieben.The object is achieved by the device according to claim 1 and by the method according to claim 12. The device and the procedure Ren are used in a new contact electrode. Contact electrodes and their basic uses are in unpublished printing publications DE 100 43 817.2-45 and DE 100 43 816.4-45.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der schematisch und nicht maßstäbli chen dargestellten Fig. 1 bis 5 detailliert beschrieben. The invention is described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5, which is shown schematically and not to scale.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode mit dem grundsätzlichen Aufbau einer elektrolytischen Kleinzelle und der zugehöri gen Badstromquelle. Fig. 1 shows in cross section a section of a contact electrode with the basic structure of an electrolytic small cell and the corresponding bath current source gene.

Fig. 2 zeigt die gesamte Vorrichtung, bestehend aus der im Ausschnitt dargestellten Kontaktelektrode und den dazugehörigen Einrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens dienen. Fig. 2 shows the entire device, consisting of the contact electrode shown in the detail and the associated devices that are used to carry out the method.

Fig. 3 zeigt eine Kontaktelektrode mit Kontaktstreifen und Gegenelektroden, die jeweils an den Stirnseiten der Kontaktelektrode zusammengefaßt sind. Fig. 3 shows a contact electrode with contact strips and counter electrodes, which are each combined on the end faces of the contact electrode.

Fig. 4 zeigt eine Kontaktelektrode mit Kontaktstreifen und Gegenelektroden, die jeweils auf einer Hälfte der Kontaktelektrode zusammengefaßt sind. Fig. 4 shows a contact electrode with contact strips and counter electrodes, which are each combined on one half of the contact electrode.

Fig. 5 zeigt eine Kontaktelektrode, bei der die Kontaktstreifen und Gegenelek troden auf der gesamten Fläche der Kontaktelektrode zusammengefaßt sind. Fig. 5 shows a contact electrode in which the contact strips and counter electrodes are combined on the entire surface of the contact electrode.

Eine Kontaktelektrode gemäß Fig. 1 besteht aus einem Grundkörper 6, an dem sich isoliert streifenförmig elektrische Kontakte 4 zur Kontaktierung der elektrolytisch zu behandelnden Oberfläche 2 befinden. Die Kontakte 4 bilden zusammen mit Kontaktisolierungen 5 Kontaktstreifen 3. Neben den Kontakten 4 befinden sich elektrisch isoliert von diesen und ebenfalls streifenförmig angeord net, Gegenelektroden 7. Diese bilden zusammen mit der Oberfläche 2 des Behandlungsgutes 1 die elektrolytische Zelle, die nachfolgend Kleinzelle 9 genannt wird. Der Abstand der Kontakte 4 von den Gegenelektroden 7 kann sehr klein, d. h. im Millimeterbereich gewählt werden. Der Anoden/Kathodenab stand in den elektrolytischen Kleinzellen 9 kann in der Größenordnung der kleinsten zu behandelnden Strukturen ausgeführt sein.A contact electrode according to FIG. 1 consists of a base body 6 , on which there are isolated electrical contacts 4 for contacting the surface 2 to be treated electrolytically. The contacts 4 together with contact insulations 5 form contact strips 3 . In addition to the contacts 4 are electrically insulated from these and also arranged in strips, counter electrodes 7 . Together with the surface 2 of the material to be treated 1, these form the electrolytic cell, which is called small cell 9 below. The distance of the contacts 4 from the counter electrodes 7 can be chosen to be very small, ie in the millimeter range. The anode / cathode spacing in the electrolytic small cells 9 can be of the order of magnitude of the smallest structures to be treated.

Beim Galvanisieren sind die Kontakte 4 und damit die zu behandelnde Oberflä che 2 kathodisch. Die Gegenelektrode 7 ist die Anode. Diese wird bevorzugt im verwendeten Elektrolyten unlöslich ausgeführt. Beim Galvanisieren mit bipolarem Pulsstrom ist die Gegenelektrode 7 überwiegend anodisch und das Gut über wiegend kathodisch. Anode und Kathode befinden sich räumlich sehr nahe an einem Grundkörper 6 auf einer einzigen Baueinheit, die insgesamt die Kontak telektrode 30 bildet. Eine elektronische Pulsstromquelle 13 ist über elektrische Leiter 8 mit dem einen Pol mit den Kontaktstreifen 3 und mit dem anderen Pol mit den Gegenelektroden 7 der Kontaktelektrode 30 verbunden. During electroplating, the contacts 4 and thus the surface 2 to be treated are cathodic. The counter electrode 7 is the anode. This is preferably carried out insoluble in the electrolyte used. When electroplating with bipolar pulse current, the counter electrode 7 is predominantly anodic and the material is predominantly cathodic. Anode and cathode are spatially very close to a base body 6 on a single unit, which forms the contact electrode 30 overall. An electronic pulse current source 13 is connected via electrical conductors 8 with one pole to the contact strips 3 and with the other pole to the counter electrodes 7 of the contact electrode 30 .

Erfindungsgemäß wird die Pulsstromquelle 13 direkt auf der Baueinheit zusam men mit der Kontaktelektrode 30 platziert. Die beiden Pole der Pulsstromquelle werden mit den Kontakten 4 und Gegenelektroden 7 verbunden. Der Gesamt stromkreis schließt sich auf der Kontaktelektrode 30 selbst, d. h. am Einbauort der Pulsstromquelle 13. Die Länge der elektrischen Leiter 8 verringert sich damit im Vergleich zum Stand der Technik auf wenige Zentimeter. Bei großflächiger Ausführung dieser Leiter auf der Kontaktelektrode geht die Leiterlänge gegen null. Damit geht auch die wirksame Induktivität des Gesamtstromkreises gegen null. Dies erlaubt die Anwendung von Strompulsen mit großer Amplitude und mit einer Frequenz von bis zu 1 MHz.According to the invention, the pulse power source 13 is placed on the assembly together men with the contact electrode 30th The two poles of the pulse current source are connected to the contacts 4 and counter electrodes 7 . The overall circuit closes on the contact electrode 30 itself, ie at the installation location of the pulse current source 13 . The length of the electrical conductor 8 is thus reduced to a few centimeters compared to the prior art. If these conductors are designed over a large area on the contact electrode, the conductor length is close to zero. As a result, the effective inductance of the entire circuit goes to zero. This allows the use of current pulses with a large amplitude and with a frequency of up to 1 MHz.

Als weiterer Vorteil erweist sich die extrem kompakte Bauweise des hochfre quenten Hochstromkreises auch in Bezug auf eine nicht stattfindende Aussen dung von elektromagnetischen Wellen. Gründe hierfür sind die nicht vorhandene Stromschleife des oben beim Stand der Technik beschriebenen Stromkreises und eine Möglichkeit zur elektromagnetischen Abschirmung der gesamten Baueinheit.Another advantage is the extremely compact design of the hochfre quent high current circuit also in relation to a non-taking place outside generation of electromagnetic waves. The reasons for this are the nonexistent ones Current loop of the circuit described above in the prior art and a way to electromagnetic shield the whole Unit.

Die Kontaktelektrode 30 ist eingebunden in eine Anordnung, die schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kontaktelektrode 30 wird von einem Bewegungsorgan 16 getragen. Dieses Organ kann die Kontaktelektrode 30 vom Gut 1 abheben, wieder annähern und andrücken. Es kann zusammen mit der Kontaktelektrode im abgehobenen Zustand auch einen Bewegungsschritt in oder gegen die Richtung des Vorschubrichtungspfeiles 17 ausführen. Das Abheben und das Annähern der Kontaktelektrode vom und zum Gut kann durch eine lineare und/oder schwenkende Bewegung der Kontaktelektrode erfolgen. Das Schwen ken erhöht den Elektrolytaustausch. Die Kontaktelektrode 30 drückt auf das Gut 1 und dieses gegen einen stationär angeordneten, und für ebenes Gut eben ausgebildeten Körper, der die Gegenkraft aufnimmt. Dieser Körper wird mit Kraftkörper 18 bezeichnet. An die Stelle des Kraftkörpers 18 tritt eine weitere Kontaktelektrode 30, wenn das Gut 1 zugleich beidseitig behandelt werden soll. Das Gut 1 wird mittels einer Vorschubeinrichtung 19, bestehend aus Walzen, Rollen, Klammern und Greifern, im Arbeitsbehälter 20 schrittweise befördert. Außerhalb des Arbeitsbehälters 20 können eine oder mehrere Transporteinrich tungen 21 angeordnet sein, die für die Zuführung und Abführung des Gutes 1 zum und vom Arbeitsbehälter 20 sorgen. Auf den Grundkörper 6 wirkt ein Vibrator 22 zur Erzeugung von Druckstößen im Elektrolyten und zu Schwingun gen des Gutes, insbesondere bei der Behandlung von Gut mit kleinen Löchern. Die Kontakte 4 und die Gegenelektroden 7 sind zur Stromversorgung der elektrolytischen Kleinzellen 9 an der Pulsstromquelle 13 angeschlossen. Alle Bewegungsabläufe der gesamten Anordnung koordiniert und steuert eine Steuereinrichtung oder Kontrolleinheit 23. Dies ist mit den gestrichelten Linien angedeutet. Die Kontrolleinheit steuert auch die Pulsstromquelle 13.The contact electrode 30 is integrated in an arrangement which is shown schematically in FIG. 2. The contact electrode 30 is carried by a movement member 16 . This organ can lift the contact electrode 30 from the good 1 , approach it again and press it on. Together with the contact electrode in the raised state, it can also perform a movement step in or against the direction of the direction of advance arrow 17 . The contact electrode can be lifted off and approached from and to the material by a linear and / or pivoting movement of the contact electrode. Swinging increases the electrolyte exchange. The contact electrode 30 presses the good 1 and this against a stationary body that is flat for flat goods and absorbs the counterforce. This body is called the force body 18 . A further contact electrode 30 takes the place of the force body 18 if the material 1 is to be treated on both sides at the same time. The material 1 is conveyed step by step in the working container 20 by means of a feed device 19 consisting of rollers, rollers, clamps and grippers. Outside of the working container 20 one or more Transporteinrich lines 21 can be arranged, which ensure the supply and discharge of the goods 1 to and from the working container 20 . On the base body 6, a vibrator 22 acts to generate pressure surges in the electrolyte and to vibrate the goods, in particular when treating goods with small holes. The contacts 4 and the counter electrodes 7 are connected to the pulse current source 13 in order to supply power to the small electrolytic cells 9 . A control device or control unit 23 coordinates and controls all movement sequences of the entire arrangement. This is indicated by the dashed lines. The control unit also controls the pulse current source 13 .

Die Pulsstromquelle 13 kann im Strom oder in der Spannung geregelt sein. Sie kann permanent eingeschaltet sein. Bevorzugt wird sie nur während der Behandlungsschritte eingeschaltet sein. Diese Schaltvorgänge werden von einer Synchronisations- und Steuerungseinrichtung 23 zeitgerecht eingeleitet. Die überwiegende Polarität der Pulsstromquelle 13 kann zwischen dem Behand lungsschritt und dem Bewegungsschritt unterschiedlich sein.The pulse current source 13 can be regulated in the current or in the voltage. It can be switched on permanently. It will preferably only be switched on during the treatment steps. These switching operations are initiated in time by a synchronization and control device 23 . The predominant polarity of the pulse current source 13 can be different between the treatment step and the movement step.

Die Dauer eines Behandlungsschrittes liegt im Zeitbereich von 10 ms bis zu einer Stunde. Bei zeitlich sehr kurzen Behandlungsschritten entspricht auch eine Gleichstromquelle, wegen des Ausschaltens während des Bewegungsschrittes, einem unipolaren Pulsstrom. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die Gleichstrom quelle auch auf der Kontaktelektrode anzuordnen.The duration of a treatment step is in the time range from 10 ms up to one hour. In the case of very short treatment steps, one also corresponds DC power source, because of switching off during the movement step, a unipolar pulse current. In this case it is advantageous to use the direct current source to arrange on the contact electrode.

Der Vorschub eines Bewegungsschrittes beträgt 0,1 mm bis 3 Meter.The advance of a movement step is 0.1 mm to 3 meters.

Der Elektrolyt wird im Kreislauf 24 durch den Arbeitsbehälter 20 gefördert. In diesen Kreislauf sind eingefügt: eine Pumpe 25, ein Filter 26 und eine Do siereinheit 27 zur Konditionierung des Elektrolyten. Das Niveau des Elektrolyten 28 im Arbeitsbehälter 20 liegt über der Kontaktelektrode 30. Es kann auch über die Pulsstromquelle 13 hinausreichen. Der Elektrolyt kann auch direkt in die Kleinzellen 9 durch Elektrolyteinleitlöcher 10 eingepumpt werden und desglei chen durch Elektrolytausleitlöcher 11 ausgeleitet werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt. In diesem Falle dient der Arbeitsbehälter 20 nur als Elektrolytauf fangbehälter. Nicht dargestellt sind in den Figuren die Öffnungen im Arbeitsbe hälter 20, durch die das Gut 1 in diesen hinein und wieder heraus gelangt. Dies kann z. B. durch ein Handhabungsgerät über den Rand des Behälters erfolgen. Ebenso kann es bei Durchlaufanlagen durch Schlitze in der Behälterwand erfolgen. Die Schlitze werden mittels bekannter Dichtwalzen abgedichtet. In der symbolisch dargestellten Pulsstromquelle 13 sollen auch alle erfindungsgemä ßen elektronischen Schalt- und Umpolgeräte enthalten sein.The electrolyte is conveyed through the working container 20 in the circuit 24 . In this circuit are inserted: a pump 25 , a filter 26 and a dosing unit 27 for conditioning the electrolyte. The level of the electrolyte 28 in the working container 20 lies above the contact electrode 30 . It can also extend beyond the pulse current source 13 . The electrolyte can also be pumped directly into the small cells 9 through electrolyte inlet holes 10 and the like surfaces can be discharged through electrolyte outlet holes 11 . This is shown in Fig. 1. In this case, the working container 20 serves only as an electrolyte collecting container. Not shown in the figures are the openings in the working container 20 through which the goods 1 get in and out of them. This can e.g. B. done by a handling device over the edge of the container. Likewise, in continuous systems, it can be done through slots in the container wall. The slots are sealed using known sealing rollers. The symbolically represented pulse current source 13 should also contain all the electronic switching and polarity reversing devices according to the invention.

Die Pulsstromquelle 13 befindet sich zumindest teilweise auf der Kontaktelektro de 30. Sie bildet zusammen mit dem Grundkörper 6, den Kontaktstreifen 3 und den Gegenelektroden 7 eine Baueinheit. Die Kontaktstreifen 3 sind auf verschie dene Arten elektrisch miteinander verbunden und mit einem Pol der Pulsstrom quelle 13 verbunden. Der andere Pol ist an den Gegenelektroden 7 angeschlos sen, die ebenfalls auf verschiedene Arten elektrisch miteinander verbunden sind. Weil sich auf kleinstem Raum Anode und Kathode befinden, sind die elektri schen Leitungen 8 extrem kurz. Dies erlaubt die Anwendung der hohen Pulsfre quenzen von bis zu 1 MHz.The pulse current source 13 is located at least partially on the contact electrode 30 . Together with the base body 6 , the contact strips 3 and the counter electrodes 7, it forms a structural unit. The contact strips 3 are electrically connected to one another in various ways and are connected to a pole of the pulse current source 13 . The other pole is ruled out on the counter electrodes 7 , which are also electrically connected to one another in different ways. Because there are anode and cathode in the smallest space, the electrical lines 8 are extremely short. This allows the application of the high pulse frequencies of up to 1 MHz.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Erfindung in der Seitenansicht und in der Draufsicht. Die Kontaktstreifen und Gegenelektroden sind hier nur symbolisch unterhalb des Grundkörpers 6 als gestrichelte Linie dargestellt. Fig. 3 shows an embodiment of the invention in side view and in plan view. The contact strips and counter electrodes are shown here only symbolically below the base body 6 as a dashed line.

Die Kontaktstreifen und Gegenelektroden erstrecken sich in der Zeichnung von links nach rechts. Sie sind jede für sich an den Stirnseiten elektrisch miteinander verbunden. Die Kontaktleiste 31 verbindet alle Kontaktstreifen 3 und die Elektrodenleiste 32 verbindet alle Gegenelektroden 7 der Kontaktelektrode 30. Die Kontaktleiste 31 ist auf der Kontaktelektrode 30 mit einem Pol der Badstrom quelle 13 elektrisch verbunden. Die Elektrodenleiste 32 ist ebenfalls auf der Kontaktelektrode 30 mit dem anderen Pol der Badstromquelle 13 verbunden. Die Pulsstromquelle 13 befindet sich zusammen mit den Anoden und Kathoden auf einer Baueinheit im Arbeitsbehälter 20. Sie muß von außerhalb des Arbeits behälters 20 mit elektrischer Energie und mit Steuersignalen versorgt werden. Dies geschieht über die Stromversorgungsleitung 14 und über Steuerleitungen 15. Die elektronische Pulsstromquelle 13 ist in ihren Kenndaten über die Steuerleitungen 15 mittels der Kontrolleinheit 23 einstellbar. Hierzu gehören die Pulsfrequenz, Pulsamplitude, Einschaltdauer, d. h. Taktverhältnis und Flanken steilheit. Handelt es sich um eine bipolare Pulsstromquelle 13, dann sind diese Daten für beide Polaritäten einstellbar. Bei mehreren Pulsstromquellen kann auch die Phasenlage untereinander eingestellt werden, wenn sie mit gleicher Frequenz betrieben werden. The contact strips and counter electrodes extend from left to right in the drawing. They are each electrically connected to each other on the end faces. The contact strip 31 connects all contact strips 3 and the electrode strip 32 connects all counter electrodes 7 of the contact electrode 30 . The contact strip 31 is electrically connected to a pole of the bath current source 13 on the contact electrode 30 . The electrode strip 32 is also connected to the other pole of the bath current source 13 on the contact electrode 30 . The pulse current source 13 is located together with the anodes and cathodes on a structural unit in the working container 20 . You must be supplied with electrical energy and control signals from outside the working container 20 . This is done via the power supply line 14 and via control lines 15 . The characteristics of the electronic pulse current source 13 can be set via the control lines 15 by means of the control unit 23 . These include the pulse frequency, pulse amplitude, duty cycle, ie clock ratio and slope steepness. If it is a bipolar pulse current source 13 , then this data can be set for both polarities. In the case of several pulse current sources, the phase relationship can also be set with one another if they are operated at the same frequency.

Pulsstromquellen sind u. a. aus der oben angeführten Druckschrift DE 27 39 427 C2 bekannt. Sie bestehen aus mehreren Baugruppen, die räumlich getrennt angeordnet sein können. Die Bedienung und Beobachtung der gesamten elektrolytischen Anlage erfolgt in einem zentralen Steuerungssystem. In der Regel gilt dies auch für die Badstromversorgung, d. h. auch für die Pulsstrom quellen 13. Die Steuerung der Pulsstromquellen 13 kann zentral, vor Ort oder direkt auf der Kontaktelektrode 30 platziert sein. Aus räumlichen Gründen und aus Gründen des Gewichtes ist es vorteilhaft, nur die technisch notwendigen Komponenten der Pulsstromquelle 13 auf der Kontaktelektrode 30 anzuordnen. Weil die Induktivität der Leitungen 8 klein gehalten werden muß, muß minde stens der Leistungsteil der Pulsstromquelle 13 und die Ansteuerung dieses Teiles auf der Kontaktelektrode 30 angeordnet sein. In den Fig. 2 bis 5 ist dies allgemein als Pulsstromquelle 13 dargestellt. Ein Ansteuerungssignal läßt sich problemlos und kostengünstig mittels einfacher Steuerleitungen oder Koaxialkabel über größere Entfernungen von der Kontrolleinheit 23 zur Kontak telektrode 30 übertragen. Diese gesamte Pulstechnik ist Stand der Technik.Pulse current sources are known, inter alia, from the above-mentioned document DE 27 39 427 C2. They consist of several assemblies that can be arranged spatially separated. The entire electrolytic system is operated and monitored in a central control system. As a rule, this also applies to the bath power supply, ie also for the pulse current sources 13 . The control of the pulse current sources 13 can be placed centrally, on site or directly on the contact electrode 30 . For reasons of space and weight, it is advantageous to arrange only the technically necessary components of the pulse current source 13 on the contact electrode 30 . Because the inductance of the lines 8 must be kept small, at least the power part of the pulse current source 13 and the control of this part must be arranged on the contact electrode 30 . In Figs. 2 to 5 is generally shown as a pulse current source 13. A control signal can be easily and inexpensively transmitted by means of simple control lines or coaxial cable over greater distances from the control unit 23 to the contact electrode 30 . This entire pulse technology is state of the art.

Die Neuheit ist die extrem kurze Entfernung vom Ausgang der Pulsstromquelle 13 zur Anode und Kathode der elektrolytischen Zellen bei einer großtechnischen Anwendung. Es bildet sich keine räumlich große Stromschleife aus. Dies vermeidet die Ausstrahlung von elektromagnetischen Störungen auch bei großen Stromamplituden mit großer Flankensteilheit und hohen Pulsfrequenzen. Eine metallische Abdeckhaube 29 verhindert den Austritt von restlichen Stör strahlungen, besonders, wenn mit bipolaren Pulsen das Gut elektrochemisch behandelt wird. Die Abdeckhaube 29 schützt zugleich die Pulsstromquelle 13 gegen den Elektrolyten und gegen Elektrolytdämpfe. Die gesamte Baueinheit kann auch mit Gießharz vergossen werden.The novelty is the extremely short distance from the output of the pulse current source 13 to the anode and cathode of the electrolytic cells in an industrial application. No large current loop is formed. This avoids the emission of electromagnetic interference even with large current amplitudes with a steep slope and high pulse frequencies. A metallic cover 29 prevents leakage of residual interference, especially if the material is treated electrochemically with bipolar pulses. The cover 29 also protects the pulse current source 13 against the electrolyte and against electrolyte vapors. The entire assembly can also be cast with resin.

Example of the peak currents

Bei einer Kontaktelektrode 30 mit einer Arbeitsfläche von 20 dm² und einer Stromdichte von 25 A/dm² sind Spitzen ströme von bis zu 500 A von der Pulsstromquelle 13 zu generieren.With a contact electrode 30 with a working surface of 20 dm ² and a current density of 25 A / dm ² , peak currents of up to 500 A can be generated by the pulse current source 13 .

Die Fig. 4 zeigt eine Kontaktelektrode 30, die noch kürzere Leitungen 8 von der Pulsstromquelle 13 zu den Kontaktstreifen 3 und zu den Gegenelektroden 7 erfordern. An der einen Seite der Kontaktelektrode 30 sind die Kontaktstreifen 3 mit einer metallischen Kontaktplatte 33 und an der anderen Seite der Kontakte lektrode 30 sind die Gegenelektroden 7 mit einer elektrisch leitfähigen Elektro denplatte 34 elektrisch leitend verbunden. Diese Flächenverbindungen verrin gern die Induktivität der elektrischen Verbindung vom Ausgang der Pulsstrom quelle zur elektrolytischen Kleinzelle im Vergleich zu Fig. 3. Damit sind höhere Pulsfrequenzen anwendbar. FIG. 4 shows a contact electrode 30 , which require even shorter lines 8 from the pulse current source 13 to the contact strips 3 and to the counter electrodes 7 . On one side of the contact electrode 30, the contact strip 3 having a metallic contact plate 33 and on the other side of the contacts are lektrode 30, the counter-electrodes 7 are provided with an electrically conductive electric denplatte 34 electrically conductively connected. These surface connections like to reduce the inductance of the electrical connection from the output of the pulse current source to the electrolytic small cell in comparison to FIG. 3. Higher pulse frequencies can thus be used.

Zur Kontaktierung mit der Kontaktplatte 33 mit den Kontaktstreifen 3 ragen die Kontaktstreifen an der einen Seite der Kontaktelektrode 30 über den Grundkör per 6 hinaus. An der anderen Seite ragen zur Kontaktierung die Gegenelektro den über den Grundkörper 6 in Richtung zur Elektrodenplatte 34 hinaus. Die Baueinheit kann wieder abgedeckt und/oder gegen den Elektrolyten resistent vergossen sein.For contacting the contact plate 33 with the contact strips 3, the contact strips on one side of the contact electrode 30 protrude beyond the base body 6 . On the other side, the counterelectrodes protrude beyond the base body 6 in the direction of the electrode plate 34 . The assembly can be covered again and / or cast resistant to the electrolyte.

In Fig. 5 ist eine Kontaktelektrode 30 dargestellt, die eine nahezu induktivitäts freie elektrische Verbindung von der Pulsstromquelle 13 zu den elektrolytischen Kleinzellen 9 hat. Die elektrischen Verbindungen werden über zwei elektrisch voneinander isolierte Flächen 35, 36 hergestellt. Die Flächen sind nahezu so groß wie die Arbeitsfläche der Kontaktelektrode 30. Alle Kontaktstreifen 3 sind hier mit der oberen Kontaktfläche 35 elektrisch an sehr vielen Stellen über die metallische Fläche verteilt verbunden. Diese vielen Verbindungen werden isoliert durch die Elektrodenfläche 36 hindurch geführt. Die Gegenelektroden 7 sind mit der Elektrodenfläche 36 sind an sehr vielen Stellen über die metalli schen Fläche verteilt elektrisch verbunden.In FIG. 5, a contact electrode 30 is shown, which has an almost inductor-free electrical connection between the pulse current source 13 to the electrolytic micro-cells. 9 The electrical connections are made via two surfaces 35 , 36 that are electrically insulated from one another. The areas are almost as large as the working area of the contact electrode 30 . All contact strips 3 are here electrically connected to the upper contact surface 35 at very many locations distributed over the metallic surface. These many connections are passed through the electrode surface 36 in an isolated manner. The counter electrodes 7 are connected to the electrode surface 36 are electrically connected in very many places over the metallic surface.

In der Kontaktfläche 35 befindet sich in der Mitte eine Öffnung, durch die auf kürzestem Wege die Pulsstromquelle 13 mit einem Pol an die Elektrodenfläche 36 angeschlossen wird. Der andere Pol der Pulsstromquelle wird an die Kontaktfläche 35 angeschlossen. Durch diesen zentralen Anschluß der Puls stromquelle an die verbindenden Flächen 35, 36, die auch Sammelleiter genannt werden, wird eine Stromschleife für den Badstrom vermieden. Dies vermeidet die Aussendung einer elektromagnetischen Störstrahlung, insbesondere bei der Verwendung einer hohen Pulsfrequenz.In the middle of the contact surface 35 there is an opening through which the pulse current source 13 is connected with one pole to the electrode surface 36 in the shortest possible way. The other pole of the pulse current source is connected to the contact surface 35 . Through this central connection of the pulse current source to the connecting surfaces 35 , 36 , which are also called busbars, a current loop for the bath current is avoided. This avoids the emission of electromagnetic interference radiation, especially when using a high pulse frequency.

Zur weiteren Verringerung einer verbleibenden Induktivität können die Puls stromquelle 13 und die Flächen 35, 36 oder auch die Platten 33, 34 und die Leisten 31, 32 bevorzugt an mehreren Stellen elektrisch parallel miteinander verbunden werden. In der Draufsicht der Fig. 5 sind nur die Umrisse der Pulsstromquelle 13 dargestellt. To further reduce a remaining inductance, the pulse current source 13 and the surfaces 35 , 36 or the plates 33 , 34 and the strips 31 , 32 can preferably be electrically connected to one another in parallel at several points. In the top view of FIG. 5, only the outlines of the pulse current source 13 are shown.

Die Ausführung der Kontaktelektrode 30 nach Fig. 5 erlaubt die Anwendung der höchsten Pulsfrequenzen. Durch die generierbaren 1 MHz Pulse eröffnen sich Wege zur großtechnischen elektrochemischen Anwendung von Technologien, die bisher nur im Labormaßstab möglich waren. The design of the contact electrode 30 according to FIG. 5 allows the highest pulse frequencies to be used. The 1 MHz pulses that can be generated open the way to large-scale electrochemical application of technologies that were previously only possible on a laboratory scale.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

zu behandelndes Gut
good to be treated

22

Oberfläche des Gutes, elektrisch leitfähige Schicht
Surface of the good, electrically conductive layer

33

Kontaktstreifen
Contact strips

44

Kontakt
Contact

55

Isoliermittel, Kontaktisolierung
Insulating agent, contact insulation

66

Grundkörper
body

77

Gegenelektrode
counter electrode

88th

elektrische Leiter
electrical conductor

99

elektrolytische Kleinzelle
small electrolytic cell

1010

Elektrolyteinleitlöcher
Elektrolyteinleitlöcher

1111

Elektrolytausleitlöcher
Elektrolytausleitlöcher

1212

Badstromquelle
bath current

1313

Pulsstromquelle
Pulse power source

1414

Stromversorgungsleitungen, "Power"
Power supply lines, "Power"

1515

Steuerleitungen, "Control"
Control lines, "Control"

1616

Bewegungsorgan
musculoskeletal

1717

Vorschubrichtungspfeil
Feed direction arrow

1818

Kraftkörper
power body

1919

Vorschubeinrichtung
feeder

2020

Arbeitsbehälter
working container

2121

Transporteinrichtung
transport means

2222

Vibrator
vibrator

2323

Steuereinrichtung, Kontrolleinheit
Control device, control unit

2424

Elektrolytkreislauf
Electrolyte circuit

2525

Elektrolytfördereinrichtung, Pumpe
Electrolyte conveyor, pump

2626

Elektrolytfilter
electrolytic filter

2727

Elektrolytkonditionierungseinrichtung, Dosiereinheit
Electrolyte conditioning device, dosing unit

2828

Elektrolyt
electrolyte

2929

Abdeckhaube
cover

3030

Kontaktelektrode
contact electrode

3131

Kontaktleiste, Sammelleiter
Contact bar, busbar

3232

Elektrodenleiste, Sammelleiter
Electrode strip, busbar

3333

Kontaktplatte, Sammelleiter
Contact plate, busbar

3434

Elektrodenplatte, Sammelleiter
Electrode plate, busbar

3535

Kontaktfläche, Sammelleiter
Contact area, busbar

3636

Elektrodenfläche, Sammelleiter
Electrode surface, busbar

Claims

1. Device for electrochemical metallization, etching, oxidizing and reducing goods in an electrolytic system with at least

a) a working container ( 20 ) for receiving the electrolyte ( 28 ) and the material ( 1 ),
b) an electrolyte conveying device ( 25 ) for circulating the electrolyte through the working container, electrolyte filter ( 26 ) and electrolyte conditioning device ( 27 ),
c) a transport device ( 21 ) for conveying the goods ( 1 ) outside and inside the working container,
d) a contact electrode ( 30 ) in the working container ( 20 ), consisting of at least one electrical contact strip ( 3 ) and a counter electrode ( 7 ) arranged in the immediate vicinity thereof,
e) an electrical insulating means ( 5 ) arranged between each contact strip and each counter electrode to form small electrolytic cells ( 9 ),

marked by

a) a contact electrode ( 30 ) which is adapted to the shape of the good on the electrolytically acting side,
b) at least one movement element ( 16 ) for the cyclical execution of the method steps, namely
relative approximation of contact electrode and good,
Placing the contact strips on the surface ( 2 ) of the goods,
Dwelling on the surface for electrolytic treatment,
as well as lifting from the surface and mutual removal of contact electrode and material,
and repositioning the relative position of the good with respect to the contact electrode,
c) at least one transport member ( 19 ) for the goods in the working container ( 20 ), which is designed and controlled so that during the contact of the contact electrode ( 30 ) on the surface ( 2 ) of the goods between the contact electrode and the surface of the Good no transport-related relative movement takes place,
d) at least electronic pulse current source ( 13 ) for feeding the small electrolytic cells, which is located in the working container ( 20 ) and which forms a structural unit together with the contact electrode ( 30 ),
e) at least one control device ( 23 ) for synchronizing the feed of the goods or the contact electrode in the working container with the opening and closing movements of the contact electrode and for controlling and adjusting the pulse parameters of the pulse current source ( 13 ).

2. Device according to claim 1, characterized by at least one electronic pulse current source ( 13 ) which is adjustable in frequency, in amplitude and in the clock ratio, and can be switched on and off and reversed.

3. Device according to claims 1 to 2, characterized by feed devices ( 19 , 21 ) consisting of rollers, rollers, clamps and Grei fern, which convey the goods to the working container ( 20 ), through this and out of this again.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized by an anode / cathode distance in the electrolytic small cells ( 9 ), which is of the order of the smallest structures to be treated.

5. The device according to at least one of claims 1 to 4, characterized by a transport member ( 19 ) for conveying the closed contact electrode ( 30 ) synchronously with the goods in the working container ( 20 ) in the trans port direction ( 17 ) of the goods, and for conveying open contacts electrode against the transport direction.

6. The device according to at least one of claims 1 to 5, characterized by vibrators ( 22 ) which act on the contact electrodes.

7. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized by a contact strip ( 31 ) and an electrode strip ( 32 ) on the front side of the contact electrode, which on the one hand electrically connect all contact strips ( 3 ) and all Ge counter electrodes ( 7 ) and the other are electrically connected to the pulse current source ( 13 ) via conductors ( 8 ).

8. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized by a contact plate ( 33 ) and an electrode plate ( 34 ), which are arranged ne next to each other over a large area on the base body ( 6 ) and on the one hand all contact strips ( 3 ) and all counter electrodes ( 7 ) in each case electrically connect to one another and on the other hand are electrically connected to the pulse current source ( 13 ) via conductors ( 8 ).

9. The device according to at least one of claims 1 to 6, characterized by a contact surface ( 35 ) and an electrode surface ( 36 ) which are arranged one above the other and isolated from one another on the base body ( 6 ) and on the one hand all contact strips ( 3 ) and all Connect the counterelectrodes ( 7 ) to each other in the shortest possible way and which are on the other hand electrically connected to the pulse current source ( 13 ) via short conductors ( 8 ).

10. The device according to at least one of claims 7 to 9, characterized by a plurality of parallel electrical connections from the pulse current source ( 13 ) to the busbars ( 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 ).

11. The device according to at least one of claims 1 to 10, characterized by a separation of the pulse current source ( 13 ) into at least two electronic modules, the power part, which generates the high current pulses, arranged directly on the base body ( 6 ) of the contact electrode ( 30 ) is.

12. A method for electrochemical metallization, etching, oxidizing and reducing goods in an electrolytic system by means of a unipolar or bipolar pulse current with at least one working container which is filled with electrolyte, and with a transport device for the goods for transport through the working container, in particular under Use of the device according to claim 1, consisting of the method steps:

a) placing the goods in the working container,
b) bringing the material into contact with the electrolyte,
c) circulation of the electrolyte through the working container and through further electrolyte conditioning devices,

characterized by the process steps

a) positioning the goods in front of a contact electrode ( 30 ) when treating the goods on one side, or between two contact electrodes when treating on both sides at the same time,
b) relative approach of the contact electrode (s) to the surface (s) ( 2 ) to be treated electrolytically ( 2 ) by means of at least one movement element ( 16 ),
c) placing the contacts ( 4 ) of one contact electrode or the two contact electrodes on the (n) to be treated, at least partially electrically conductive (n) surface (s) of the good ( 1 ) and thus forming small electrolytic cells ( 9 ),
d) electrolytic treatment of the goods with pulse current, which is generated in a pulse current source ( 13 ) directly on the contact electrode ( 30 ), without a transport-related movement between the contact electrode ( 30 ) and the goods ( 1 ) taking place during the treatment .
e) lifting and relative removal of the contacts of the contact electrode from the surface of the goods,
f) removing the contact electrode from the material to such an extent that the used electrolyte is replaced by conditioned electrolyte with simultaneous discharge of any gas that may have formed in the small electrolytic cells,
g) repositioning the goods by means of a transport member in front of the contact electrodes simultaneously with process steps e), h) and i),
h) repetition of the process steps e) to j) at intervals of 0.01 seconds to 1 hour, with the movement steps d), e), f), h), i) and j) being brief in terms of the treatment step g ) to get voted.

13. The method according to claim 12, characterized in that the to electrolytic small cell connected pulse current sources in all Movement steps and in the treatment step are switched on.

14. The method according to claim 12, characterized in that pulse current sources connected to the electrolytic small cells only are switched on during treatment step g).

15. The method according to claims 12 and 13, characterized in that the pulse current sources during the movement steps with one polarity and during treatment step g) with the other polarity to the small electrolytic cells are connected.

16. The method according to claims 12 to 15, characterized in that the synchronization of all process steps and the switching operations and the setting of the parameters of the pulse current sources by a synchronization and control device ( 23 ) takes place in a timely manner.

17. The method according to claim 16, characterized in that the treatment material is transported 0.1 mm to 3 m in each step.

18. The method according to at least one of claims 12 to 17, characterized in that the contact electrodes and thus also the material are excited to vibrate by vibrators ( 22 ) at least during treatment step g).