DE3002520A1

DE3002520A1 - Galvanoplastikvorrichtung

Info

Publication number: DE3002520A1
Application number: DE19803002520
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2041408B; FR2447409A1; GB2041408A; JPS585997B2; FR2447409B1; JPS55100990A; US4290856A

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken* Japan

Galvanoplastikvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Galvanoplastikvorrichtung und insbesondere auf ein verbessertes System zur elektrolytischen Bildung einer metallischen Abscheidung in einer Schicht auf einer zu einem gewählten Muster gestalteten Form, wobei die abgeschiedene Schicht anschließend zur Bildung eines gewünschten Gegenstandes entfernt wird.

Die Durchführung eines Elektroabscheideprozesses mit Stabilität zur Gewinnung befriedigender Ergebnisse erfordert eine ausreichende überwachung der Zusammensetzung eines das Abscheidemetall liefernden Elektrolyten. Bei einem Galvanoplastikvorgang wird eine große Metallmenge abgeschieden, und der Elektrolyt neigt zur schnellen Konzentrationsänderung. Es ist erwünscht, die Zusammensetzung zu prüfen und das verbrauchte Metall im Elektrolyt zu ergänzen» Die übliche Praxis nahm diese Ergänzung durch Zusatz eines Quellenmetallsalzes zur Lösung, die zur Erschöpfung an dem -abzuscheidenden Metall neigte, nach in zeitlichen Abständen erfolgender Prüfung vor. Dieses Verfahren erwies sich jedoch als problematisch wegen möglicher Einführung von

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Verunreinigungen, die einer befriedigenden MetaIlabscheidung hinderlich oder sogar sehr abträglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Galvanoplastikvorrichtung zu entwickeln, bei der die Ergänzung des verbrauchten Metalls zu keinen Störungen der Metallabscheidung führt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Galvanoplastikvorrichtung, die eine Form, wenigstens eine der Form zugewandte Elektrode unter Bildung eines Elektroabscheidespalts dazwischen, ein Gefäß für einen ein auf der Form galvanoplastisch aufzutragendes oder abzuscheidendes Metall enthaltenden Galvanoplastikelektrolyt, eine Pumpeinrichtung zum Umlauf des Elektrolyten durch den Elektroabscheidespalt zwecks dessen Speisung mit dem Elektrolyt, eine an die Form und jede Elektrode angeschlossene Galvanoplastik-Stromquelle zum Leiten eines Elektroabscheidestroms durch den mit dem Galvanoplastikelektrolyt gespeisten Spalt zur elektrolytischen Abscheidung des Metalls aus dem Elektrolyt und Mittel zum Ergänzen des verbrauchten Metalls im Elektrolyt im Gefäß enthält, mit dem Kennzeichen, daß eine Elektrolysiereinrichtung zum elektrolytischen Ergänzen des verbrauchten Metalls vorgesehen ist, die eine aus dem zu ergänzenden Metall bestehende Anode, einen deren Bereich begrenzende 'Anodenkammer, eine den Bereich einer Kathode der Elektrolysiereinrichtung von der Anodenkammer trennende Ionenaustauschmembran und eine mit der Anode und der Kathode verbundene Elektrolysierstromquelle zum elektrolytischen Auflösen des Metalls von der Anode in die Anodenkammer enthält, und daß die Anodenkammer

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und das Gefäß miteinander in Verbindung stehen und ei-^ '-,. '„..!ation des Galvanoplastikeiektrolyten zwischen diesen ■ ermöglichen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ■ is.. Vorrichtung ein auf den Elektroabscheidestrom ansprechendes Organ zur Einwirkung auf die Elektrolysierstromquelle zwecks Steuerung der elektrolytischen Auflösung des Metalls von der Anode in die Anodenkammer im Sinne einer wesentlichen Konstanthaltung der Ionenkonzentration des Metalls im Gefäß aufweist.

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wo die Vorrichtung teilweise im Schnitt und teilweise in Blockform schematisch dargestellt ist«,

Bei dem erfindungsgemäß verbesserten System umfaßt eine Galvanoplastikeinheit ein allgemein mit 1 bezeichnetes Gefäß, eine starr auf einem Tisch oder einer Basis 2 befestigte ' Form und eine Mehrzahl von Elektroden 4.., 4„, ..., 4 , die der Form 3 längs eines Hohlraums 3a derselben zugewandt sind. Eine Galvanoplastik-Stromquelle weist eine Gleichstromquelle 5 mit parallelen Ausgangszweigen auf, deren gemeinsamer Anschluß mit der Form 3 verbunden ist, während die anderen Anschlüsse mit den Elektroden 4.., 4₂„ . ,,, über Leistungsschalter 6_Λ, 6₉.„.,6 (als Transistoren gezeigt) verbunden sind. Die Schalter 6.., 6-? «.«, 6 sind eingerichtet, durch einen Signalimpulsgenerator 7 nacheinander ein- und ausgeschaltet zu werden, so daß zwischen dem Formhohlraum 3a und den Elektroden 4-, 4₂,„»., 4 gebildete Spalte G₁, G_Qf ... G nacheinander mit einem gepulsten

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BAD ORIGINAL

Elektroabscheidestrom gespeist werden. Diese Anordnung ermöglicht eine gleichmäßige Abscheidung über dem Hohlraum 3a.

Die gemeinsame Schaltkreisverbindung zwischen der Gleichstromquelle 5 und der Form 3 enthält nach der Darstellung einen Abtastwiderstand 8, der zur Erfassung des Elektroabscheidestroms ausgelegt und bestimmt ist.

Der Galvanoplastik(abscheide)elektrolyt, der ein gewünschtes Abscheidemetall, z. B. Kupfer oder Nickel, im Gefäß 1 enthält, wird durch eine Pumpe 10 abgezogen und dadurch durch ein Einlaßrohr 9 über den Formhohlraum 3a gefördert, wobei er dynamisch die Spalte G₁, G₂, ... G durchströmt. Der Elektrolyt kehrt dann durch Schwerkraft in das Gefäß 1 zum Umlauf zurück.

Ein Elektrolysierbad ist allgemein bei 11 angedeutet und weist eine Kathode 13 sowie eine Anode 14 auf, die voneinander durch eine Ionenaust^auschmembran 12 getrennt sind, so daß zwei isolierte Kammern, nämlich eine Kathodenkammer 13a und eine Anodenkammer 14a gebildet werdend Die Membran 12 ist hier vom Aniontyp, jedoch kann sie auch vom Kationtyp sein, wenn ein Doppelaufbau verwendet wird.

Die Anodenkammer 14a steht mit dem Gefäß 1 in Verbindung, so daß der Elektroabscheide- oder Galvanoplastikelektrolyt, wie z. B. CuSO₄₇ im Gefäß 1 auch die Kammer 14a füllt. Wenn CuSO. als Abscheideelektrolyt und somit auch als Anodenbad in der Kammer 14a verwendet wird, kann die Kathodenkammer 13a dann H₃SO₄ als Kathodenbad enthalten. Die Anode 14 sollte dann aus Kupfer bestehen. Die Kathode 13 kann Kupfer oder ein anderes Material sein.

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Nach der Darstellung werden die Anode 14 und die Kathode durch eine Elektrolysierstromquelle 15 über einen Schalter gespeist, dessen Schaltbetrieb durch einen Steuerkreis gesteuert wird. Der Steuerkreis 17 arbeitet im Ansprechen auf ein vom Abtastwiderstand 8 geliefertes Signal=

Die Elektroabscheidung eines gewünschten Metalls auf dem Formhohlraum 3a wird im dargestellten System vorteilhaft mit einem impulsweisen Strom durchgeführt, der nacheinander den Elektroden 4., 4_, ...,4 durch die gesonderten Spalte G₁, G-, ...,G zugeführt wird, wenn die einzelnen Schalter 6^, 6_, ».., 6 nacheinander ein- und ausgeschaltet werden» Die Impulselektroabscheidung ist besonders vorteilhaft zur schnellen und wirkungsvollen Bildung einer dicken Abscheideschicht. Die schnelle Abscheidung kann zu einem schnellen Abfall der Ionenkonzentration des gewünschten Metalls, z. B. Kupfers, im Elektrolyt führen, der durch das Gefäß 1 zirkuliert. Da der Elektrolyt hier frei auch in die und aus der Anodenkammer 14a der Elektrolysiereinheit strömen kann, wird dieser Abfall wirksam durch Ionen des gleichen, elektrolytisch aus der Anode 14 aufgelösten Metalls ergänzt. Die Ionenausta^uschmembran 12, die zwischen der Anodenkammer 14a und der Kathodenkammer 13a angeordnet ist, sperrt wirksam eine Abscheidung der aufgelösten Metallionen an der Kathode 13 und wirkt zur Verbesserung der Konzentration der Metallionen in der Anodenkammer 14a. So werden alle von der Anode 14 aufgelösten Metallionen in den Elektroabscheide- oder Galvanoplastikelektrolyt im Gefäß 1 eingeführt. Die Einführungsgeschwindigkeit der betroffenen.Metallionen wird proportional zur Elektrolyse in der Elektrolysiereinheit 11 und damit zu dem Elektrolysierstrom

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darin gesteuert.

Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung beruht auf der Steuerung der Ergänzung der Metallionen durch die Elektrolysiereinheit 11 proportional zur Erschöpfung der Metallionen durch den Galvanoplastikvorgang im Gefäß 1. So ist der Abtastwiderstand 8 im Elektroabscheide-Stromquellenkreis vorgesehen, um die genaue Abscheidegeschwindigkeit und damit die genaue Erschöpfungsgeschwindigkeit der Metallionen zu erfassen. Der Steuerkreis -17 ist vorgesehen, um auf diese Geschwindigkeit als ein elektrisches Signal anzusprechen, und der im Elektrolysierstromquellenkreis vorgesehene Schalter/wird durch den Steuerkreis 17 gesteuert betätigt, um den Elektrolysierstrom zu steuern, der der Anode 14 von der Quelle 15 zugeführt wird, so daß die Konzentration der Metallionen im Gefäß 1 im wesentlichen konstant gehalten wird.

In dieser Weise ist eine verbesserte Galvanoplastikvorrichtung vorgesehen, bei der die Ergänzung des Verbrauchs des Metallbestandteils im Galvanoplastikelektrolyt durch eine Elektrolysiereinrichtung erfolgt, die vorteilhaft gegen eine Einführung von Verunreinigungen in den Galvanoplastikelektrolyt sperrt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Bildung der Metal!abscheidung auf der Form bis zu einer gewünschten Dicke und führt zu einer befriedigend homogenen und dicht aufgebauten Schicht. Außerdem wird die Messung der Erschöpfungsgeschwindigkeit automatisch oder im Zuge des Verfahrens mit nachfolgendem automatischen Ergänzungsvorgang durchgeführt, so daß ein besonderer Arbeitsgang der Prüfung des Erschöpfungszustandes und des Zusetzens von Ergänzungsmaterial wie beim herkömmlichen Verfahren vorteilhaft erübrigt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

Galvanoplastikvorrichtung, die eine Form, wenigstens eine der Form zugewandte Elektrode unter Bildung eines Elektroabscheidespalts dazwischen, ein Gefäß für einen ein auf der Form galvanoplastisch aufzutragendes oder abzuscheidendes Metall enthaltenden Galvanoplastikelektrolyt, eine Pumpeinrichtung zum Umlauf des Elektrolyten durch den Eiektroabscheidespalt zwecks dessen Speisung mit dem Elektrolyt, eine an die Form und jede Elektrode angeschlossene Galvanoplastik-Stromquelle zum Leiten eines Elektroabscheidestroms durch den mit dem Galvanoplastikelektrolyt gespeisten Spalt zur elektrolytischen Abscheidung des Metalls aus dem Elektrolyt und Mittel zum Ergänzen des verbrauchten Metalls im Elektrolyt im Gefäß enthält,

da durch gekennzeichnet, daß eine Elektrolysiereinrichtung (11) zum elektrolytischen Ergänzen des verbrauchten Metalls vorgesehen ist, die eine aus dem zu ergänzenden Metall bestehende Anode (14), einen deren Bereich begrenzende Anodenkammer (14a), eine den Bereich einer Kathode (13) der Elektrolysiereinrichtung (11) von der Anodenkammer (14a) trennende Ionenaustauschmembran (12) und eine mit der Anode (14) und der Kathode (13) verbundene Elektrolysierstromquelle (15) zum elektrolytischen Auflösen des Metalls von der Anode (14) in die Anodenkammer (14a) enthält, und daß die Anodenkammer (14a) und das Gefäß (1) miteinander in Verbindung stehen und eine Zirkulation des Galvanoplastikelektrolyten zwischen diesen ermöglichen»

581-(A768)-TF

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein auf den Elektroabscheidestrom ansprechendes Organ (Abtastwiderstand 8) zur Einwirkung auf die Elektrolysierstromquelle (15) zwecks Steuerung der elektrolytischen Auflösung des Metalls von der Anode (14) in die Anodenkammer (14a) im Sinne einer wesentlichen Konstanthaltung der Ionenkonzentration des Metalls im Gefäß (1) aufweist.

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