DE3100634C2

DE3100634C2 - Vorrichtung zum Galvanisieren eines Bandes aus elektrisch leitendem Material

Info

Publication number: DE3100634C2
Application number: DE3100634A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Shimizu Shiuoka Honda; Glenn R. Columbus Ohio Schaer; Tasuku Touyama; Tatsuo Shimizu Shizuoka Wada; Teruaki Shizuoka Shizuoka Yamamoto
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1980-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1984-11-22
Also published as: DE3100634A1; GB2067223B; JPS5841358B2; JPS56102597A; FR2473559B1; FR2473559A1; GB2067223A; US4323441A

Abstract

Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Erzeugung einer Metallfolie oder von gedruckten Schaltungsmustern auf einem sich kontinuierlich bewegenden Band aus elektrisch leitendem Material enthält eine Kathode, unter der ein hiermit in Gleitberührung stehendes leitendes Band bewegt wird. Eine unlösliche Anode befindet sich unter der Kathode mit einem Elektrodenspalt zwischen der Anode und dem kathodischen leitenden und sich unter der Kathode bewegenden Band. Angrenzend an ein Ende der Anode befindet sich ein Lösungseinlaßblock, der einen Lösungseinlaß bildet, von dem aus die das niederzuschlagende Metall enthaltende Galvanisierlösung turbulent in den Elektrodenspalt geliefert wird zur Erzeugung des galvanischen Niederschlags des Metalls auf der nach unten weisenden Fläche des leitenden Bands. Ein Abschirmblock aus elektrisch isolierendem Material ist über dem Lösungseinlaßblock angeordnet zur Abschirmung des sich darüberbewegenden leitenden Bands gegen einen vorzeitigen Metallniederschlag aufgrund von Kriechströmen und folglich zur Vermeidung der Entwicklung von feinen Löchern in der Metallfolie oder den Schaltungsmustern.

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsstäbe (60) mit ihren Oberkanten (64) in praktisch flüssigkeitsdichte Gleitberührung an das Band (16) angepreßt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsstäbe (60) durch einen Schlauch (74) aus elastischem Material gegen das Band (16) angepreßt sind, welcher au' der Anode (34), auf dem Zuführblock (40) und unter der Dichtungseinheit (58) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmblock (62) eine ebene Oberseite hat, die geringfügig tiefer als die Oberkante der beiden Dichtungsstäbe (60) liegt, derart, daß ein geringfügiger Abstand zwischen dem Abschirmblock (62) und dem Band (16) besteht, wenn die Dichtungsstäbe (60) in Gleitberührung an dem Band (16) anliegen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführbereich für die Galvanisierlösung, die nichtlösliche Anode (34) und der Abschirmblock (62) so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie zusammen einen gekrümmten Leitkanal für die Galvanisierlösung in den Elektrodenspalt (38) bilden.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren eines Bandes aus elektrisch leitendem Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Galv;inisiervorrichuingen werden insbc- e>-5 sondere für die Herstellung von dünnen Mciallfolicn für die Herstellung von gedruckten Schaltungen anstelle \ cn durch Walzen hergestellten R)Iic 11 veru endet. Beim Walzen derartiger Folien sind der Breite und der Verminderung der Dicke der Folienbänder Grenzen gesetzt. Gewalzte Metallfolien haben höchstens eine Mindestdicke von 35 μπι, während durch galvanischen Niederschlag erzielte Folien 17 μπι oder weniger haben können.

Mit der gattungsmäßigen Vorrichtung (US-PS 41 19 516) können nicht nur Metallfolien sondern auch Schaltungsmusier kontinuierlich auf dem Band aus elektrisch leitendem Material galvanisch niedergeschlagen werden, das sich waagerecht und in Gleitberührung an einer stationären Kathode bewegt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die mit waagerechtem Elektrodenspalt arbeitende Vorrichtung dazu neigt. Löcher in den 17 μπι oder weniger dicken Metallfolien bzw. Schaltmustern auszubilden. Diese bekannte Galvanisiervorrichtung hat zwei waagerecht Ln Abstand liegende unlösliche Anoden unterhalb der Kathode, wobei ein Elektrodenspalt zwischen jeder Anode und dem an der Unterseite der Kathode entlang gleitenden Band gebildet ist.

Zwischen den beiden unlöslichen Anoden liegt ein Zuführblock aus elektrisch isolierendem Material, aus dem die Galvanisierlösung turbulent nach beiden Richtungen in die beiden Elektrodenspalte strömt. Während des Galvanisiervorganges treten jedoch Kriechströme aus den eigentlichen Galvanisierzonen in Abhängigkeit von der Größe der Elektrodenspalte auf. Diese Kriechströme verursachen einen Niederschlag des Metalls als grobe Kristalle auf der Oberfläche des laufenden Bandes unmittelbar bevor dieses in die Galvanisierzone eintritt. Beim nachfolgenden Niederschlag des Metalls bilden sich in diesem an den Kristallen feine Löcher in netzförmiger Anordnung, auch wenn das Metall in beträchtlicher Dicke niedergeschlagen wird. Metallfolien oder Schaltungsmuster mit einer Dicke von unter 17 μιη werden jedoch durch diese Löcher unbrauchbar.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die bekannte Vorrichtung so weiterzubilden, daß auch bei extrem dünnen Folien oder Schallungsmustern keine Löcher oder andere Fehler auftreten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmaie gelöst.

Es wird eine unlösliche Anode verwendet, wobei das Band erst im eigentlichen Elektrodenspalt mii der Galvanisierlösung in Berührung kommt. Die Galvanisierlösung strömt turbulent in einer absoluten Parallelströmung zum Band, wobei ein Abströmen seitlich des Bandes verhindert ist. Dadurch werden auch Kriechströme sicher verhindert, ohne daß die Produktivität der Vorrichtung beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise Weiterbildungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Galvanisiervorrichtung,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie H-Il in F i g. 1, und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Schrägansicht der in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendeten Dichtungseinheit.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die Vorrichtung einen Behälter 10. der beispielsweise eine saure Kupfcr-Galvanisierlösung 12 enthüll. Der Behälter 10 besteht aus Stahl und hat /um Schuf/ gegen die saure Losing

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eine Auskleidung 14 aus einem säurefesten synthetischen Materia!, etwa Polyvinylchlorid. Ein Band 16 aus elektrisch leitendem Material, auf dem eine Kupferfolie oder ein Schaltungsmuster durch Niederschlag aufgebracht werden sollen, bewegt sich waagerecht durch den Behälter 10, in den es durch eine Einlaßöffnung 18 eintritt und den es durch eine Auslaßöffnung 20 verläßt.

Im Behälter 10 ist eine Kathode 22, etwa aus Graphit oder Kupfer, unbeweglich befestigt, die eine waagerechte Unterseite 24 aufweist. Gemäß F i g. 2 sind in der Unterseite 24 der Kathode 22 verschiedene Vertiefungen 26 ausgebildet, die mit entsprechenden Kanälen 28 in Verbindung stehen, die senkrecht durch die Kathode verlaufend ausgebildet sind. Die Kanäle 28 stehen über Vakuumleitungen 32 mit einer Vakuumpumpe 30 in Verbindung.

Das leitende Band 16 soll in Pfeilrichtung unterhalb der Kathode 22 von Spule zu Spule (nicht dargestellt) bewegt werden. Während dieser Bewegung des Bands 16 erzeugt die Vakuumpumpe 30 ein Teilvakuum in den in der Unterseite 24 der Kathode 22 ausgebildeten Vertiefungen 26, wodurch auf das Band 16 eine Saugwirkung ausgeübt wird. Auf diese Weise bewegt sich das Band 16 vorwärts durch den Behälter 10 in Gleitberührung mit der Unterseite 24 der Kathode und in ausreichender elektrischer Berührung hiermit, um kathodisch zu werden.

Unterhalb der Kathode 22 befindet sich eine unlösliche Anode 34 mit einer ebenen Oberseite 36, die im Abstand parallel zur ebenen Unterseite 24 der Kathode 22 ausgerichtet ist. Zwischen der Anode 34 und dem :.ich unter der Kathode 22 bewegenden kathodischen Streifen 26 besteht ein Elektrodenspalt 38. Die Anode 34 kann aus einer Blei- oder Blei-Zinn-Legierung, aus Titan oder Kupfer mit einer dünnen Platinbeschichtung bestehen.

Ein Lösungseinlaßblock 40 aus elektrisch leitendem Material, etwa Polyvinylchlorid, befindet sich angrenzend an ein Ende der Anode 34 zur Bildung eines Einlasses, von dem aus die Galvanisierlösung 12 in den Elektrodenspalt 38 geliefert wird und turbulent hindurchströmt. Dieses eine Ende der Anode 34 kann bezüglich der gegebenen Bewegungsrichtung des Streifens 16 als in Bewegungsrichtung aufwärts gelegenes Ende gedacht werden und wird im folgenden als solches bezeichnet.

Der Lösungseinlaßblock 40 ist ausgenommen und bildet in Verbindung mit der Anode 34 einen Kanal oder eine Nut 42, die sich im allgemeinen quer zum Band 16 erstreckt. Im Lösungseinlaßblock 40 ist ein weiterer Kanal oder eine weitere Nut 44 von geringerer Breite ausgebildet, die sich unter der erstgenannten Nut 42 befindet und sich auch quer zum Band 16 erstreckt. Die erste und die zweite Nut 42 bzw. 44 dienen zusammen a's der angegebene Einlaß, von dem aus die Galvanisierlösung 22 in den Elektrodenspalt 38 geliefert wird.

Von der Mitte der zweiten Nut 44 bezüglich deren Längsabmessung erstreckt sich ein LösLmgskanal 46 nach unten, der über eine Lösungszufuhrleitung 48 mit einer Auslaßleitung 50 einer außerhalb des Behälters 10 angeordneten Pumpe 52 in Verbindung steht. Die Pumpe 52 hat eine Einlaßleitung 54, die mit dem Innenraum des Behälters 10 an einer Stelle in Verbindung stehl, die unterhalb des Niveaus der darin befindlichen Galvanisierlösung 12 liegt. Somit wird die Galvanisierlösung ständig in den Lösungseinlaßblock 40 gepumpt. Am Lösungseinlaßblock 40 ist in beliebiger geeigneter Weise eine Diffusorplatie 56 befestigt, die darin die erste und die zweite Nut 42 bzw. 44 unterteilt. In der Diffusorplatte ist eine Anordnung von Perforationen für den Durchtritt der Galvanisierlösung ausgebildet. Die Funktion der Diffusorplatte 56 ergibt sich aus der folgenden Be-Schreibung.

Gemäß Fig. 1 und 2 und gemäß der vergrößerten Darstellung in F i g. 3 befindet sich eine Dichtungseinheit 58 zwischen der Kathode 22 und der Anode 34 für noch anzugebende verschiedene Zwecke. Die Dichtungseinheit 58 ist im allgemeinen U-förmig und enthält: zwei parallele, im Abstand angeordnete Dichtungsstäbe 60, die sich in Längsrichtung und an gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenspalts 38 erstrecken, und eine Abschirmplatte oder einen Abschirmblock 62, der die Dichtungsstäbe an ihren in Bewegungsrichtung aufwärts gelegenen Enden überbrückt. Die gesamte Dichtungseinheit 58 ist einstückig geformt oder gegossen aus elektrisch isolierendem, verschleißfestem und chemisch widerstandsfähigem Material, etwa vorzugsweise PoIytetrafluoräthylen.

Die beiden Dichtungsstäbe 60 der Dichtungseinheit 58 sind an ihren Oberkanten 64 abgerundet für eine gleitende und praktisch fluiddichte Berührung mit den gegenüberliegenden Endteilen der nach unten weisenden Fläche des Streifens 16. Der Abschirmblock 62 der Dichteinhei« 58 hat eine genau ebene Oberseite 66, die stets geringfügig niedriger als die Scheitel der abgerundeten Oberkanten 64 der Dichtstäbe 60 ist. Die in Bewegungsrichtung abwärts gelegene Endfläche 68 des Abschirmblocks 62 ist zu der in F i g. 1 dargestellten Form gekrümmt.

Die Breite des oberen Endteils 70 der unlöslichen Anode 34 ist verringert zur Bildung von zwei waagerechten Befestigungsfugen 72 und deren gegenüberliegenden Seiten. Gemäß F i g. 1 sind die Befestigungsfugen 72 koplanar zur U-förmigen Oberseite des Lösungseinlaßblocks 40. Ein Hubrohr 74 aus elastischem Material, etwa synthetischem Gummi, befindet sich auf den beiden Befestigungsfugen 72 und der U-förmigen Oberseite des Lösungseinlaßblocks 40 und erstreckt sich längs diesem. Das Hubrohr 74 ist gemäß Fig.3 U-förmig gebogen, wobei auf ihm die U-förmige Dichtungseinheit 58 ruht.

Gemäß F i g. 2 befinden sich die beiden Dichtungsstäbe 60 der Dichtungseinheit 58 auf gegenüberliegenden Seiten des schmäleren oberen Endteils 70 der Anode 34 und steht hiermit in Gleitberührung. Der Abschirmblock 62 der Dichtungseinheit 58 liegt größtenteils auf dem Lösungseinlaßblock 40.

Das Hubrohr 74 steht über eine Luftleitung 68 in Verbindung mit einem Kompressor 76. Bei Lieferung von Druckluft vom Kompressor 76 in das Hubrohr 74 nimmt dieses an Durchmesser zu und hebt hierdurch die Dichtungseinheit 58 an. Zwei rechteckige Platten 80

:>. sind, etwa durch Kopfschrauben 82, an den gegenüberliegenden Seiten der Anode 34 und des Lösungseinlaßblocks 40 befestigt, um das Hubrohr 74 in seiner Stellung zu halten und die Auf- und Abbewegung der Dichtungseinheit 58 zu führen.

Wenn die Dichtungseinheit 58 vom Hubrohr 74 angehoben wird, werden die abgerundeten Oberkanten 64 der Dichtstäbe 60 in Gleitberührung mit den gegenüberliegenden Endteilen der nach unten weisenden Fläche des Bands 16 gedruckt. Die beiden Dichtungsstäbe

μ 60 begrenzen und dichten somit die seitlichen Enden des Elektrodenspalts 38 und bewirken eine Strömung der Galvanisierlösung durch den Elektrodenspalt nur in Längsrichtung des Bands 16.

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Der Abschirmblock 62 der Dichtlingseinheit 58 liegt teilweise unterhalb der Kathode 22 und steht teilweise über die Anode 34 über zur Abschirmung der aufeinanderfolgenden Teile des in den Elektrodenspalt 38 eintretenden Bands 16. Somit verhindert der Abschirmblock ■> 62 einen vorzeitigen galvanischen Niederschlag von Kupfer auf diesen leitenden Bandteilen aufgrund von Kriechströmen.

Obwohl der Abschirmblock 62 das Band 16 gegen Kriechströme abschirmen muß, sollte seine ebene Ober- m seile 66 die Fläche des Bands oder eine darauf liegende gemusterte galvanisierfeste Maske nicht berühren, da der Abschirmblock die Bandoberfläche verunreinigen oder die Maske beschädigen kann. Die Erzielung dieser entgegengesetzten Erfordernisse ist möglich durch Vorsehen eines Abstands von nicht über etwa 0,1 mm zwischen der Oberseite 66 des Abschirmblocks 62 und der Fläche des Bands 16, wenn die abgerundeten Oberkanten 64 der Dichtungsstäbe 60 sich in der richtigen Gleitberührung mit dem Band befinden.

Die Betrachtung von Fi^l zeigt, daß die genannte gekrümmte, in Bewegungsrichtung abwärts gelegene Endfläche 68 des Abschirmblocks 62 gegenüber der Oberkante 64 des stromauf gelegenen Endes der Anode 34 angeordnet ist. Die Oberkante 64 ist abgerundet und wirkt mit der Endfläche 68 zur Bildung eines gekrümmten Kanals 86 zusammen zum Leiten der Galvanisierlösung von der Einlaßnut 62 zum Elektrodenspalt 38.

Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, hat die Dichtungseinheit 58 folgende Funktionen:

1. Abdichten der seitlichen Enden des Elektrodenspalts 38 gegen das Ausströmen der Galvanisierlösung,

2. Abschirmen des Bands 16 gegen Drehströme und

3. in Verbindung mit der Anode 34 erfolgendes Vorsehen des gekrümmten Kanals 86 für die Galvanisierlösiing von der F.inlaßniit 42 bis 711m F.leklrodenspali38.

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35 vanisicrlösung zuerst die Einlaßnut 44 und tritt dann durch die perforierte Diffusorplatte 56 hindurch in die andere Einlaßnut 42 ein. !"olglich strömt die Galvanisierlösung durch den gekrümmten Kanal 86 in den Elekirodenspali 38. Der gekrümmte Kanal 86 hilft somit mit, den Grad an Turbulenz der durch den Elektrodenspalt 38 hindurchströmende!! Galvanisicrlösung in Querrichtung konstant zu machen. Die beiden Dichtungsstäbe 60 der Dichtungseinheit 58 führen die Strömung der Galvanisierlösung nur in der Längsrichtung des Dichtungsstreilens 16.

Wenn auch die elektrischen Einzelheiten der Vorrichtung nicht dargestellt sind, da sie in ihrem Aufbau ziemlich bekannt und allgemeiner Art sind, ist es ersichtlich, daß Gleichstrom durch die Anode 34 bei einer Stromstärke bis zu etwa 3 A/cm² eingeführt wird. Das Kupfer wird aus der Gaivanisierlösung elektrisch niedergeschlagen auf die nach unten weisende Fläche des sich unter der Kathode 22 bewegenden leitenden Bands 16. Die durch den Elektrodenspalt 38 turbulent strömende Galvanisierlösung verhindert jegliche unzulässige Abnahme der Kupferionenkonzentration in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des leitenden Bands 16 und erhöht somit die Geschwindigkeit des galvanischen Niederschlags von Kupfer auf dieses.

Der Abschirmblock 62 der Dichtungseinheit 58 verhindert einen vorzeitigen Kupferniederschlag durch Kriechströme auf dem sich darüberbewegenden Band und gestattet eine Galvanisierung des Bands nur, wenn dieses in die eigentliche Galvanisierzone eintritt. Kupferfolie oder Schaltungsmuster mit einer Dicke von 17 Mikron oder weniger können somit ohne feine Löcher oder andere Fehler kontinuierlich auf dem Band 16 geformt werden.

Die Erfindung ist in der praktischsten und bevorzugtesten Ausführungsforni beschrieben, ist aber auch anwendbar bei der Galvanisierung von anderen Metallen als Kupfer etwa von Nickel und Kobalt, und von Legierungen, wie einer Nickel-Kobalt-Legierung.

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Der Ausdruck »Dichtungseinheit« stellt daher nur eine seiner bezweckten Funktionen dar.

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise. Zur kontinuierlichen Herstellung von Kupferfolie oder Schaltungsmustern durch die Vorrichtung mit der oben beschriebenen Konstruktion wird das leitende Band 16 mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung (F i g. 1 rechts) durch die Vorrichtung bewegt. Die nach unten weisende Fläche des Bands 16 muß vorher mit einer galvanisierfesten Maske abgedeckt werden zur Erzeugung der gedruckten Schaltungsmuster und kann für die Folienherstellung blank sein. Die Vakuumpumpe 30 wird in Bewegung gesetzt zur Ausübung einer Saugwirkung auf das Band 16 durch die Vertiefungen 26 in der Unterseite 24 der Kathode 22 mit dem Ergebnis, daß das sich vorwärtsbewegende Band in Gleitberührung mit der Kathode 22 gehalten und hierdurch kathodisch gemacht wird.

Die Pumpe 52 wird ebenfalls in Bewegung gesetzt, um eine turbulente Strömung der Galvanisierlösung 22 durch den Elektrodenspalt zwischen dem Band 16 und der Anode 34 zu erzeugen. Der Grad an Turbulenz der durch den Elektrodenspalt 38 strömenden Galvanisierlösung muß quer zum Band 16 konstant sein. Hierzu befindet sich die Diffusorplatte 56 zwischen der ersten und der zweiten Nut 42 bzw. 44 im Lösungseinlaßblock 40.

In den Lösungseinlaßblock 40 gepumpt, füllt die GaI-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Galvanisieren eines Bandes aus elektrisch leitendem Material, das in einer vorgegebenen Richtung durch die Vorrichtung bewegt wird, mit einem Behälter zur Aufnahme einer das galvanisch niederzuschlagene Metall enthaltenen Lösung, einer im Behälter befestigten Kathode entlang deren waagerechter Unterseite das Band in Gleitberührung bewegt wird, einer unter der Kathode in einem einen Elektrodenspalt bildenden Abstand angeordneten unlöslichen Anode und einer Zuführeinrichtung für die galvanische Lösung in dem Elektrodenspalt in turbulenter Strömung, wobei ein Zuführblock mit einer Einrichtung zur gleichförmigen Verteilung der Turbulenz über die ganze Breite des Bandes vorgesehen ist, gekennzeichnet durch

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— eine einstückige Dichtungseinheit (58) aus verschleißfestem, elektrisch isolierenden Material, die einschließt

— ein Paar von Dichtungsstäben (60) zum Abdichten der gegenüberliegenden Längsseiten des Elektrodenspaltes (38) gegen Ausströmen der galvanischen Lösung, und

— einen Abschirmblock (62), der die Dichtungsstäbe (60) an der Einlaßseite des Elektrodenspahes (38) verbinden und das Band (16) über der Ein- jo laßeinrichtung (40) abdeckt.