DE2150748C3

DE2150748C3 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung der Oberflächen von festen Körpern

Info

Publication number: DE2150748C3
Application number: DE19712150748
Authority: DE
Inventors: Jiri Divisek; Wolfgang Faul; Bertel Dr. Kastening
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS6046200B2; FR2161911A1; DE2150748B2; GB1407425A; FR2161911B1; DE2150748A1; JPS4847577A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung der Oberfläche von festen Körpern, insbesondere von mit Metall beschichteten Werkstücken aus elektrisch nicht leitendem Material, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine derartige Bearbeitung von Oberflächen von Werkstücken wird insbesondere dann durchgeführt, wenn auf einem Körper, beispielsweise einer Folie aus einem isolierenden Kunststoff, eine Metallschicht aufgebracht ist und diese Metallschicht die Oberfläche des aus Kunststoff bestehenden Körpers nicht vollständig überziehen soll.

Kunststoffkörper, insbesondere Folien, die teilweise mit einer metallischen Beschichtung versehen sind, sind beispielsweise mit Bahren aus elektrischen Leitern, die für Schaltungen vorgesehen sind, versehene Platten oder Folien. Die Herstellung solcher elektrische Leiter tragenden Folien oder Platten geschah bisher dadurch, daß auf Kunststoffplatten oder -folien zunächst aufgebrachte Metallflächen teilweise chemisch beseitigt wurden. Das erfolgte dadurch, daß auf die zu entfernenden Teile zum Beispiel saure Wasserstoffperoxid-Lösungen aufgebracht wurden. Der Nachteil dieses Verfahrens bestand jedoch darin, daß dabei wertvolle Chemikalien, zum Beispiel Wasserstoffperoxid und die verwendete Säure verbraucht wurden. Außerdem wurde das dabei gelöste Metall zunächst von der Ätzlösung aufgenommen und konnte nur durch besondere Verfahren, beispielsweise durch Elektrolyse zurückgewonnen werden.

Ein elektrochemisches Abtragen metallischer Oberflächen war dann möglich, wenn die zumindest teilweise abzutragenden Metallteile als Elektrode in ein elektrolytisches Bad eingetaucht werden konnten, wie dies zum Beispiel aus DE-PS 3 01 923 oder DE-AS 11 70746 bekannt ist Dies ist nachteilig, wenn bei der Bearbeitung der metallischen Oberfläche elektrisch voneinander isolierte Bereiche gebildet werden. Zum Elektroplatieren von Werkstücken wurde andererseits vorgeschlagen, die metallischen Strukturen auf die Werkstücke in der Weise aufzutragen, daß über kathodisch aufgeladene Kupferbürsten stets ein unmittelbarer elektrischer Kontakt zur aufzutragenden metallischen Schicht gehalten wird (vergleiche US-PS 34 68 785). Dieses Verfahren ist jedoch technisch sehr aufwendig. Es muß nicht nur mit Verschleiß der Bürsten, sondern auch mit »Verschweißungen« zwischen Bürsten und aufgetragener Metalloberfläche gerechnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Oberflächen fester Körper, insbesondere von Werkstücken aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff mit einer metallischen Beschichtung, zu schaffen, bei deren Anwendung einerseits praktisch keine Verluste an den für die Reaktion erforderlichen Stoffen und auch nicht an dem als metallischer Überzug verwendeten Metall entstehen, andererseits auch das Abtragen metallischer Oberflächen in einfacher Weise dann durchführbar ist, wenn voneinander elektrisch isolierte Bereiche entstehen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst Die im Elektrolyten suspendierten elektrisch leitfähigen Körper übernehmen dabei die Übertragung derjenigen elektrischen Ladung auf die metallische Oberfläche, die bei gleichzeitiger Anwesenheit von Elektrolyt für die gewünschte Behandlung der Oberfläche erforderlich ist Werden die im Elektrolyten suspendierten, elektrisch leitfähigen Körper an der Anode der Elektrolysezelle positiv aufgeladen und anschließend zugleich mit dem Elektrolyten mit der metallischen Oberfläche des Werkstücks in Berührung gebracht so gehen Metallionen in Lösung, die an der Kathode der Elektrolysezelle wieder abgeschieden werden. Als elektrisch leitfähige Körper Sassen sich beispielsweise Graphitpulverteilchen, aber auch mit einer Metallschicht überzogene Partikeln aus isolierendem Werkstoff verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist praktisch ohne Substanzverlust und in einfacher Weise durchführbar. Die metallischen Oberflächen sind zur Bearbeitung lediglich mit der die elektrisch leitenden Körper enthaltenden Elektrolyt-Suspension in Berührung zu bringen, ohne daß zwischen zu bearbeitender metallischer Oberfläche und einer der Elektroden der Elektrolysezelle ein unmittelbarer Kontakt besteht Es hat sich gezeigt daß nach Abdecken solcher metallischer Oberflächenbereiche, die nicht abgetragen werden sollen, mit einer den verbleibenden Teil der Metallschicht entsprechend isolierenden Deckschicht eine seitliche Unterätzung weitgehend vermieden werden konnte und eine hohe Konturenschärfe erreicht wird.

Eine geeignete Vorrichtung zur Abtragung metallischer Oberflächen ist in Patentanspruch 2 angegeben. Um die Ladungsträger in Bewegung zu halten, ist es zweckmäßig, die die elektrisch leitenden Körper aufladende Elektrode rotierend anzutreiben. Die erforderlichen Maßnahmen hierzu werden im Patentan-

spruch 3 angegeben. Bevorzugt wird die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks mit dem die aufgeladenen elektrischen Ladungsteile enthaltenden Elektrolyten bespült Zum Umwälzen des Elektrolyten ist eine Umwälzung vorgesehen, Patentanspruch 4.

Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft: Zunächst fallen keine unerwünschten Nebenprodukte an. Auch läßt sich Reaktionsablauf und Umsatz durch Einstellen des Elektrodenpotentials mit hoher Genauigkeit steuern. Nach Auswahl geeigneter Elektrolyte und geeigneter der Übertragung der elektrischen Ladung dienenden elektrisch leitenden Körper läßt sich eine weitgehende Anpassung an den jeweils vorliegenden Bedarfsfall erreichen. Auch sind gegebenenfalls für die Bearbeitung der Werkstücke erforderliche Temperaturen oder auch andere äußere Bedingungen einstellbar.

Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich nicht nur bei der Herstellung von Leiterplatten. Ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung metallischer Formteile, bei denen es auf hohe Präzision und Konturenschärfe ankommt, wie zum Beispiel bei der Ausbildung des Oberflächenreliefs von Druckereiplatten oder -walzen. Die unmittelbare Wiedergewinnung der abgetragenen Metalle an der Kathode der Elektrolysezelle ist einerseits von wirtschaftlicher Bedeutung, andererseits aber auch bedeutsam für den Schutz der Umwelt Dieser Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere auch genutzt bei der Rückgewinnung von Metallen aus sogenanntem Kabelschrott oder Leiterplattenabfällen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden angegeben:

Anoden- und Kathodenraum der Elektrolysezelle wa<*en durch ein Diaphragma getrennt, um die Entladung der im Anodenraum suspendierten Teilchen an der Kathode zu verhindern. Als suspendiertes Material diente Graphitpulver. Die Stromzuführung

ίο erfolgte durch einen kompakten Graphitkörper als Anode, der in geringem Abstand von der zu bearbeitenden kupferkaschierten Kunststoffplatte angeordnet war. Durch eine Rotation dieser Graphitanode wurde zugleich die erforderliche Bewegung der suspendierten Teilchen bewirkt Als Elektrolyt diente 1-normale Schwefelsäure mil einem Gehalt von 140 g CuSO₄Je Liter.

Bei einem Elektrolytvolumen von 80 ml im Anodenraum und einem Zusatz von 40 g Graphitpulver wurde bei einer Polarisation auf +80OmV eine Stromdichte von 160 mA/cm² bei 70⁰C erzielt Auch hierbei bildeten sich scharfe Konturen der abgedeckten, stehenbleibenden Kupferbahnen aus. Die dabei gebildeten Kupferionen wurden im kathodenraum mit gleicher Stromdichte wieder abgeschieden, so daß bei unveränderter Suspensionsschicht auch der Elektrolyt insgesamt keiner Veränderung unterworfen war. Die Ablösezeit für eine 35 um dicke Kupferschicht betrug etwa 10 Minuten. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrug die

Stromausbeute praktisch 100%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung der Oberflächen von festen Körpern, insbesondere von mit Metall beschichteten Werkstücken aus elektrisch nicht leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitenden Werkstücke berührungsfrei zu Kathode und Anode angeordnet werden und ein Elektrolyt verwendet wird, der zur Übertragung der elektrischen Ladung dienende elektrisch leitende Körper enthält, die zeitweilig an der die Behandlung bestimmenden Elektrode aufgeladen werden.

Z Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im Raum zwischen der die Ladung an die elektrisch leitenden Körper abgebenden Elektrode und der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks als elektrisch leitende Körper im Schwebezustand befindliches Graphitpulver aufweist und die Gegenelektrode durch ein Diaphragma abgeschirmt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der als elektrisch leitende Körper dienenden Ladungsträger die die Ladung an die elektrisch leitenden Körper abgebende Elektrode um eine Achse drehbar gelagert und mit einem Antrieb verbunden ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß zum Bespülen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks mit dem die aufgeladenen elektrischen Ladungsträger enthaltenden Elektrolyten eine Umwälzpumpe vorgesehen ist