DE69314972T3

DE69314972T3 - Galvanisierverfahren, Vorrichtung zur Herstellung einer Metallfolie und dabei verwendete geteilte unlösliche Elektrode

Info

Publication number: DE69314972T3
Application number: DE69314972T
Authority: DE
Inventors: Yukio c/o TDK Corporation Kawashima; Kazuhide c/o TDK Corporation Ohe; Hiroyuki c/o TDK Corporation Nakada
Original assignee: Daiso Co Ltd
Current assignee: Osaka Soda Co Ltd
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2013-01-29
Also published as: DE69314972D1; KR930018058A; DE69314972T2; EP0554793B2; EP0554793B1; JPH05230686A; US5628892A; EP0554793A1; TW275089B; KR100196095B1; JP3207909B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Elektroplattier- bzw. Galvanisierverfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Länge einer Metallfolie, typischerweise einer Kupferfolie, und eine dabei verwendete geteilte bzw. gespaltete unlösliche Anode.
Stand der Technik
Gedruckte Schaltplatten sind in einer Vielzahl von Gebieten in weitverbreiteter Verwendung. Die gedruckten Schaltplatten verwenden Kupferfolie, welche herkömmlich durch Elektroplattieren bzw. Galvanisieren hergestellt wird. Bei der Herstellung der galvanisierten bzw. elektroplattierten Kupferfolie ist es wesentlich, dass die Folie frei von Punktdefekten wie Pinholes und anormalen Abscheidungen ist und eine gleichförmige Dicke aufweist.
Bei der herkömmlichen Herstellung der elektrolytischen Kupferfolie ist die Kathode eine rotierende Trommel aus Titan oder rostfreiem Stahl (SUS) und die Anode ein Paar von Bleiplatten mit einem gebogenen Querschnitt, entsprechend etwa einem Viertel des Trommelumfangs. Die Anodenplatten sind unter und konzentrisch um die Kathodentrommel angeordnet, um einen Kanal zwischen der Kathodentrommel und der Anode und eine untere Öffnung oder einen unteren Schlitz zwischen den Anodenplatten zu definieren. Eine Galvanisierlösung wird in den Kanal durch den unteren Schlitz zugeführt. Eine Bezugnahme auf die 8 wird helfen, diese Anordnung zu verstehen. Gleichstrom wird zwischen die Kathode und die Anode geleitet, um das Kupfer auf der Kathodentrommel abzuscheiden. Eine Länge einer Kupferfolie wird kontinuierlich von der Trommel abgetrennt und auf eine Rolle aufgewickelt.
Die im Stand der Technik bekannte Anode ist im allgemeinen aus Pb oder binären oder Vielkomponenten-Legierungen des Pb mit Sb, Sn, Ag, In, Ca oder dergleichen gebildet. Anschließend wird während des Galvanisierens Bleioxid auf der Anodenoberfläche gebildet und in die elektrische Lösung in Form von Pb-Ionen eingesickert, welche der Reihe nach mit den Sulfat-Ionen in der Lösung reagiert, um Bleisulfat zu bilden, welches in der Lösung suspendiert ist. Der Bleisulfatschlamm kann durch Bereitstellen eines Filters in dem Bad beseitigt werden, aber der Filter benötigt mehr als eine Arbeitskraft zur Wartung. Wenn die Schlammentfernung unzureichend ist, kann er auf den Innenwänden des Bades und auf Rohrleitungen akkumulieren, wobei eine Behinderung des Lösungsmittelflusses eintritt. Wenn der Bleisulfatschlamm auf der Kathodentrommel anhaftet, würden Punktdefekte wie Pinholes und anormale Ablagerungen in der Kupferfolie auftreten. Diese Defekte sind bedenklich schädlich für die Kupferfolie.
Die Verwendung von Bleielektroden hat den Nachteil, dass Blei örtlich durch Stromkonzentration und Erosion verbraucht werden kann, wobei es zu einer lokalen Veränderung im Kathoden-zu-Anoden-Abstand kommt. Eine Lösung ist die periodische Bearbeitung der Bleianode, welche nicht nur zu einer Erniedrigung des Arbeitsfaktors führt, sondern auch zu einem erhöhten Kathoden-zu-Anoden-Abstand, was wiederum zu einer erhöhten Badspannung und erhöhten Kosten führt. Die Variation in dem Kathoden-zu-Anoden-Abstand verursacht eine Variation in der Kupferfoliendicke in einer transversen Richtung.
Um das durch Sulfatschlamm ausgelöste Auftreten von Pinholes und anormalen Ablagerungen zu verhindern und um eine transverse Dickenvariation der Kupferfolie wegen einer Variation des aus dem Bleiverbrauch resultierenden Kathoden-zu-Anoden-Abstands zu eliminieren, offenbart die japanische Patentveröffentlichung (JP-B) No. 56153/1989 eine aus einem Ventilmetallsubstrat wie Ti, Ta, Nb und Zr und mit einer katalytischen Beschichtung eines Platingruppenmetalls oder einer mit einem Oxid davon gebildeten beschichtete unlösliche Anode als die bogenförmige, plattenförmige Anode gegenüber der Kathodentrommel.
Jedoch ist diese Anode noch anfällig für einen örtlichen Verbrauch und für einen Kurzschluß wegen der anormalen Kupferabscheidung auf der Kathodentrommel. Da diese Anode eine einstückige bogenförmige Platte ist, muss die gesamte Anode zum Reparieren eines solchen Versagens entfernt und ausgewechselt werden. Als ein Ergebnis sind die Wartungs- und Reparaturarbeiten einschließlich der Anodenbedienung zum Befestigen in dem Galvanisiersystem beschwerlich und zeitintensiv, die Kosten der Wartung und der Produktionsausstattung sind erhöht, und das Galvanisiersystem hat einen niedrigen Arbeitsfaktor.
Unerwünschter ist, dass die Verwendung einer einstückigen bogenförmigen Plattenanode anfällig gegenüber der Stromkonzentrationsdichte an den Ecken während der elektrischen Leitung ist, was als die Kantenwirkung bekannt ist. Insbesondere verursacht die Kantenwirkung Stromfluss, der sich nahe den Kanten der Anodenplatten konzentriert, was den Einlassschlitz für die Galvanisierlösung beschränkt, wodurch ein lokaler Verbrauch der katalytischen Beschichtung der Anodenplatten ausgelöst wird, was zu einer Länge der Kupferfolie führt, die in der Dicke in einer transversen Richtung variiert. Die Foliendickenvariation erhöht sich während der kontinuierlichen Bearbeitung und eventuell über ein praktisch annehmbares Niveau, was bedeutet, dass die Anode nur eine kurze Lebensdauer hat. Dieses Phänomen wird erheblich ernster bei der Herstellung einer Kupferfolie, welche 20 μm oder weniger dünn ist. In der Tat beschreibt die vorstehend genannte JP-B 56153/1989 eine Foliendickenvariation innerhalb 2% bei der Herstellung einer 18 μm dicken Kupferfolie. Der Stand der Technik ist daher nicht zufriedenstellend zum Erhalt einer Foliendickenvariation innerhalb 1%. Andere Nachteile sind die Schwierigkeit der Bildung einer Beschichtung auf einem großen bogenförmigen Substrat und eine ungleichförmige Beschichtungsdicke.
Aus der EP-A-0 424 807 ist eine insbesondere in Übereinstimmung mit einer Kathode ungewöhnlichen Form angepasste Anodenstruktur bekannt, wobei die Anode ein starres Anodenträgerbestandteil umfasst und das Unterteil eine vorherbestimmte Konfiguration, ein elastisches Anodenfolienelement mit einer aktiven Anodenoberfläche und einer Einrichtung, die das Anodenfolienelement auf diesem Anodenunterteilbestandteil so hält, dass die aktive Anodenoberfläche zumindest im wesentlichen mit der Anodenunterteilbestandteilkonfiguration übereinstimmt, aufweist.
Der wesentliche Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und dem genannten Stand der Technik ist der, dass die Anode einen Öffnungswinkel von weniger als 30° hat. Zusätzlich ist die Trennlinie 34 der bekannten Struktur zwischen den Segmenten vorgespannt, so dass jedes Segment eine bogenförmige Ecke an der Seitenkante der Anode aufweist. Darüber hinaus wird ein Segmentspalt von 0,1 bis 5 mm in diesem Dokument weder offenbart noch nahegelegt
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aus diesem Grund ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektroplattier- bzw. Galvanisierverfahren zur Herstellung einer Länge einer elektrogalvanisierten Metallfolie, typischerweise einer Kupferfolie mit einer minimalen Variation der Dicke, bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektroplattier- bzw. Galvanisiervorrichtung zur Herstellung einer Metallfolienlänge bereitzustellen, welche leicht zu warten und zu reparieren ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine geteilte bzw. gespaltene unlösliche Elektrode bereitzustellen, die zur Verwendung in solch einem Verfahren und solch einer Vorrichtung angepasst ist.
Diese Aufgaben werden durch die unabhängigen Ansprüche 1, 5 und 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
Kurz gesagt, ist eine geteilte unlösliche Anode gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen bogenförmig und beinhaltet eine Vielzahl von am Umfang angeordneten Elektrodensegmenten, eine Rückenplatte und leitende Befestigungen zum entfernbaren bzw. lösbaren Anhaften der Elektrodensegmente. Jedes Elektrodensegment ist aus einem, mit einem Platingruppenmetall oder einem Oxid davon beschichteten Ventilmetallsubstrat gebildet.
Die geteilte unlösliche Anode wird in einem Elektrogalvanisierverfahren zur Herstellung einer Länge einer elektrogalvanisierten Metallfolie verwendet. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Anordnung einer sich drehenden Kathodentrommel und der Anode in einem vorher bestimmten Abstand zueinander, Bereitstellung einer ein Metall enthaltenden Elektroplattier- bzw. Galvanisierlösung zwischen der Kathodentrommel und der Anode, Elektrizitätseinleitung bzw. -speisung zwischen die Kathodentrommel und die Anode zum Abscheiden des Metalls auf der Kathodentrommel, wodurch eine Länge einer elektrogalvanisierten Metallfolie erhalten wird.
Ebenfalls wird hier eine Galvanisiervorrichtung betrachtet. Die Anode ist um die Kathodentrommel so angeordnet, um um eine Achse zu rotieren, um einen Kanal mit einem vorherbestimmten radialen Abstand dazwischen zu definieren. Die Vorrichtung beinhaltet weiter eine Einrichtung zur Zufuhr einer ein Metall enthaltenden Galvanisierlösung zu dem Kanal, eine Einrichtung zur Elektrizitätseinleitung zwischen die Kathodentrommel und die Anode zum Abscheiden des Metalls auf die Kathodentrommel und eine Einrichtung zum Abtrennen der Metallabscheidung von der Kathodentrommel, wobei eine Länge einer elektrolytischen Metallfolie erhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kathodentrommel und die Anode in einem mit der Galvanisierlösung gefüllten Tank eingetaucht und die Galvanisierlösung wird gepumpt, um durch den Kanal zu fließen. Vorzugsweise definieren die Elektrodensegmente jeweils bogenförmige Oberflächen, welche konzentrisch um die Kathodentrommel angeordnet sind. Die Elektrodensegmente sind auf ihrer bogenförmigen Oberfläche in einem Abstand von 0,1 bis 5 mm getrennt: Ein Paar der Anoden ist konzentrisch um die Kathodentrommel so angeordnet, dass die Anoden zweite und dritte Quadranten über der Trommelachse besetzen, wie sie jeweils durch einen senkrechten Querschnitt gesehen werden. Die Anode erstreckt sich über einen Öffnungswinkel von 45 bis 120° hinsichtlich der Trommelachse. Der Kanal zwischen der Anode und der Kathodentrommel hat einen radialen Abstand von etwa 10 mm.
Meistens ist das Metall Kupfer und die elektrolytische Metallfolie eine Kupferfolie von bis zu 70 μm Dicke.
Die geteilte unlösliche Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfach in der Wartung und Reparatur. Eine bogenförmige Platte wird in eine Vielzahl von Segmenten oder Streifen in Umfangsrichtung geteilt, welche axial verlängert und am Umfang bogenförmig sind. Anschließend sind sowohl die Herstellung der Elektrodensegmente und die Anordnung der Segmente in eine Anode einfach, und die Präzision der Anordnung ist hoch. Die Elektrodensegmente haben einen hohen Grad an Präzision in der Konfiguration und in den Dimensionen und tragen eine katalytische Beschichtung von gleichförmiger Dicke.
Die vorliegende Erfindung ist nützlich zur Verringerung einer Variation in der Dicke einer extrem dünnen Metallfolie durch die Trennung einer Anodenplatte in eine Vielzahl von Elektrodensegmente, um die Zahl der Kanten oder der Gesamtkantenlänge auf der Anodenoberfläche zu erhöhen, um dadurch die Kantenwirkung zu verzerren bzw. zu verschleiern und um eine gleichförmigere Stromflussverteilung zu erzielen. Dieses Merkmal verringert ebenfalls die Erhöhung über die Zeit. der Kantenwirkung während des kontinuierlichen Betriebs und erhöht so die Lebensdauer der Elektrodensegmente. Daher hat die Anode eine längere wirksame Lebensdauer.
Für verschiedene herkömmliche Typen ist die Verwendung von geteilten Elektroden im Stand der Technik wohl bekannt. Zum Beispiel beschreibt die japanische Gebrauchsmusteranmeldungs-Kokai-Nr. 149465/1989 eine Anordnung zum Galvanisieren eines Stahlstreifens, wobei der Stahlstreifen kontinuierlich und linear durch ein Galvanisierbad bezüglich einer Planaren Anode hindurchgeführt wird, welche parallel zur Bewegungsrichtung des Streifens geteilt ist (vgl. 4 und 5 der Druckschrift). Falls eine Anodenplatte parallel zur Drehrichtung einer rotierenden Kathodentrommel geteilt ist, sollten die jeweiligen Segmente einen gleichförmigen Bogen einer beträchtlichen Länge haben. Es ist sehr schwierig, solche relativ langen Bogensegmente eines Ventilmetalls mit einer Beschichtung eines Platin gruppenmetalls oder -oxids zu beschichten, insbesondere schwierig, wo eine gleichförmige Dicke gewünscht ist. Zusätzlich und wichtiger ist, dass wenn eine Elektrodenplatte parallel zu der Bewegungs- oder Drehrichtung eines zu galvanisierenden Bestandteils (welcher ein Stahlstreifen oder eine Kathodentrommel in Abhängigkeit vom Fall sein kann) geteilt ist, die Verteilung der Stromdichte ungleichförmig wird, was zu einem abgeschiedenen Film mit Defekten in der Form länglicher Streifen und einer Dickenvariation in der transversen Richtung unter ein praktisch annehmbares Niveau führt. Dieses Problem ist nicht in einer der beiden vorstehenden Druckschriften berichtet.
Auch hinsichtlich einer Technik zum Galvanisieren eines Stahlstreifens, während dieser Stahlstreifen kontinuierlich und linear bewegt wird, beschreiben die japanischen Patentanmeldungs-Kokai-No 176100/1989 und die japanische Gebrauchsmusteranmeldungs-Kokai-Nr. 136058/1990 eine aus einer Vielzahl von Elektrodensegmenten aufgebaute, geteilte Elektrode, welche durch sowohl Längs- und Transversteilung einer Elektrodenplatte (d. h. in der Streifenbewegungsrichtung und in einer senkrechten Richtung dazu) erhalten werden. Wenn jedoch eine bogenförmige Elektrodenplatte sowohl axial wie auch im Umfang geteilt wird, gibt es zu viele Elektrodensegmente, die mit annehmbarer Arbeit zusammensetzbar sind. Die Präzision der Anordnung ist niedrig genug, um lokalen Verbrauch der Elektrodensegmente und eine anormale Kupferabscheidung zu ermöglichen. Aus diesem Grund führt dies zu Schwierigkeiten bei der Wartung und Reparatur. Weiter trägt die Transversteilung zum Auftreten der Filmdickenvariation bei.
Die vorliegende Erfindung, welche eine relativ einfache Struktur wie oben erwähnt verwendet, beseitigt die genannten Probleme, wenn herkömmliche, geteilte Elektroden vom Flachplattentyp direkt auf Elektroden vom bogenförmigen Plattentyp angewendet werden.
Überdies offenbart die JP-B 18902/1974 eine Vorrichtung zum Herstellen eines magnetischen Dünnfilms mit einem ringförmigen, um eine Kathodenwalze angeordneten Elektrolysetank. Der Tank wird durch eine Vielzahl von Abteilen in eine Vielzahl von getrennten Abschnitten geteilt, in denen die Anoden getrennt angeordnet sind. Diese Anordnung ist irgendwie ähnlich zu der vorliegenden Erfindung, da die Anoden getrennt sind. Da die Anoden jedoch getrennt gehalten und nicht in einer Anodenanordnung zusammengefasst sind, erzeugt die Galvanisierlösung einen Wirbelfluß an den Spalten zwischen den Anoden, wobei ein Film von variierender Dicke erhalten wird. Die Galvanisierlösung erfährt eine Variation ihrer Zusammensetzung in den getrennten Abschnitten. Die Vorrichtung ist insgesamt kompliziert und schwierig zu steuern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung einer segmentierten unlöslichen Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht der Elektrode längs der Linien II-II in 1.
3 ist eine perspektivische Darstellung einer segmentierten unlöslichen Elektrode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht der Elektrode längs der Linien IV-IV in 3.
5 ist eine perspektivische Darstellung einer segmentierten unlöslichen Elektrode gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht der Elektrode längs der Linien VI-VI in 5.
7 ist eine Draufsicht auf eines der in 5 gezeigten Elektrodensegmente.
8 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Galvanisierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die unlösliche Elektrode oder Anode der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodensegmenten, welche lösbar auf einer Rückenplatte durch leitende Befestigungen für zur Formbeibehaltung, Verstärkung und Durchführungszwecke angehaftet sind. Die segmentierte unlösliche Elektrode wird weiter im Detail beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 5 werden verschiedene Ausführungsformen einer geteilten unlöslichen Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die alle im allgemeinen als 10 bezeichnet sind. Die 2, 4 und 6 sind Querschnittsansichten der Elektrode, wie sie jeweils in der Pfeilrichtung der 1, 3 und 5 zu sehen sind. Die als eine Anode dienende unlösliche Elektrode 10 beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodensegmenten 1, welche lösbar auf einer Rückenplatte 5 durch leitende Bolzen 3 befestigt sind. Die Rückenplatte 5 kann eine einzelne Platte oder eine segmentierte Platte von jeder gewünschten Struktur sein. Die Innenoberfläche oder Innenumhüllungsoberfläche der Elektrode definiert vorzugsweise eine gekrümmte Oberfläche mit einer vorher bestimmten Bogenkomponente eines Zylinders und erstreckt sich parallel zu deren Achse. Ein bevorzugtes Beispiel der Elektrode 10 ist in 8 als ein Paar von bogenförmigen Elektroden gezeigt, wobei jede einen Kurvenradius von etwa 500 bis 2000 mm und einen Öffnungswinkel von etwa 45 bis 120° (e. g etwa 90° in 8) hat. Die bogenförmigen Elektroden 10 sind konzentrisch zu einer zylindrischen Kathodentrommel 7 angeordnet, die angepasst ist, um um eine Mittelachse so zu rotieren, dass die Innenoberfläche einer jeden Elektrode 10 der Außenoberfläche der Trommel 7 in einem vorherbestimmten Abstand gegenübersteht. Das heißt, jede Elektrode 10 definiert mit der Trommel 7 einen Zwischenraum oder Fließkanal des vorherbestimmten radialen Abstands für die Galvanisierlösung. Es ist anzumerken, dass in der Anordnung gemäß 8, die ein Elektrodenpaar 10 enthält, die Galvanisierlösung durch die Fließkanäle zwischen den Elektroden 10 und der Trommel 7 durch den unteren Schlitz zwischen den Elektroden 10 hindurchtritt. Die Begriffe „Umfang" und „axial" beziehen sich auf die Richtungen bezüglich der Mittelachse der Kathodentrommel 7.
Jedes der unlöslichen Elektrodensegmente 1 kann ein leitender Streifen eines korrosionsbeständigen Ventilmetalls wie Titan, Tantal, Niob und Zirkonium und deren Legierungen sein, welche typischerweise mit einem Platingruppenmetall und/oder einem Oxid davon wie Indiumoxid, auf der der Kathodentrommel 7 gegenüberliegenden Oberfläche beschichtet sind. Das Elektrodensegment 1 auf der Seite gegenüber der Kathodentrommel 7 kann eine kontinuierliche glatte, krummlinige Oberfläche oder eine irgendwie irregulär krummlinige Oberfläche haben, welche regulär (e. g. Gitter- bzw. Rastermuster) oder zufällig zur Erhöhung der zur Verfügung stehenden Oberflächenfläche aufgebaut ist. Die Elektrode 10 ist in eine Vielzahl von, vorzugsweise 3 bis 100, von z. B. etwa zehn Elektrodensegmenten 1 (8 Segmente in 1) in der Umfangsrichtung geteilt, d. h. in der Rotationsrichtung der durch einen Pfeil in 8 gezeigten Kathodentrommel. Jedes Elektrodensegment ist ein Streifen, welcher axial verlängert und in Umfangsrichtung bogenförmig ist. In der Umfangsrichtung definiert das Segment einen Bogen einer kurzen Länge. Die längeren Seiten des Segments erstrecken sich parallel zu der Trommelachse oder senkrecht zu der Rotations- bzw. Drehrichtung der Kathodenachse.
In den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind Bolzen 3 eines korrosionsbeständigen leitenden Metalls wie Titan an jedes Elektrodensegment 1 durch Schweißen fest befestigt. Insbesondere ist der Kopf des Bolzens 3 (nur einer in 2 gezeigt) fest an der Außenoberfläche des Elektrodensegments 1, welches von der Kathodentrommel beabstandet und benachbart der Rückenplatte 5 angeordnet ist, befestigt.
Die Rückenplatte 5 ist eine Platte eines korrosionsbeständigen leitenden Metalls wie Titan, das zur Verstärkung oder Unterstützung der Form- oder Dimensionsbeibehaltung und elektrischen Leitung dient. Die Rückenplatte 5 hat die zusätzliche Funktion des Verhinderns eines Wirbels im Galvanisierlösungsfluß durch den Kanal, um jegliche Variation in der Abscheidungsdicke zu verhindern. Eine Vielzahl von Elektrodensegmenten 1 sind mechanisch und elektrisch mit der Rückenplatte 5 durch Leiter in Form der Bolzen 3 verbunden. Insbesondere ist gemäß den 1 und 2 die Rückenplatte 5 mit einer Vielzahl von Bolzenlöchern durchlöchert. Da die Köpfe der Bolzen 3 fest auf der Außenoberfläche der Elektrodensegmente 1 im Abstand zur Kathodentrommel befestigt sind, sind die Elektrodensegmente der Rückenplatte 5 so angebracht, dass die Bolzen 3 sich durch die entsprechenden Bolzenlöcher in der Rückenplatte 5 erstrecken. Anschließend werden die Elektrodensegmente 1 auf der Rückenplatte 5 durch Scheiben 65 gesichert. Dann ist die Befestigung der Elektrodensegmente 1 auf der Rückenplatte 5 lösbar. Eine solche lösbare Befestigung ermöglicht eine leichte Wartung, zum Beispiel durch Entfernung jedes beschädigten Segments zur Reparatur oder zum Ersatz durch ein neues Segment. In der in den 1 und 2 gezeigten Anordnung ist eine isolierende Gummiplatte 4 zwischen die Elektrodensegmente 1 und die Rückenplatte 5 eingebracht, um zu verhindern, dass die Segmente 1 durch das Drehen der Mutter deformiert werden. Ein Sammelschienenleiter 2 ist mit der Rückenplatte 5 zur elektrischen Leitung verbunden.
Die 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform, in welcher die Elektrodensegmente 1 an der Außenoberfläche in engem Kontakt mit der Rückenplatte 5 sind. Das Segment 1 an der Innenoberfläche ist aus zwei Reihen von Aussparungen 35 zur Aufnahme jeweils eines Bolzenkopfes gebildet, während die Rückenplatte 5 mit den Bolzenlöchern 55 ausgebildet ist. Die Segmente 1 sind auf der Rückenplatte 5 in den Segmenten und der Rückenplatte von der Innenoberfläche (Kathodentrommelseite) durch die Aussparungen 35 und die Löcher 55 durch Gewindesenkbolzen gesichert. Die Gewindedrehung wird vorsichtig geregelt, um eine Deformierung der Elektrodensegmente 1 zu verhindern. In den vorstehenden zwei Ausführungsformen sind die Elektrodensegmente im wesentlichen Widerlager.
Die 5 bis 7 zeigen eine weitere Ausführungsform, in welcher die Elektrodensegmente im Passeingriff bzw. Gegeneingriff sind. Jedes Elektrodensegment ist mit axial längs der am Umfang angeordneten gegenüberliegenden Kanten sich erstreckenden Sockeln 15 und 17, wie in 7 gezeigt, ausgestattet. Wie in 6 gezeigt, haben zwei benachbarte Elektrodensegmente Sockel 15 und 17 längs der Passkanten. Der Sockel 15 erstreckt sich in Richtung der Rückenplatte 5 und hat axial angeordnete Aussparungen 35 zur Aufnahme eines Bolzenkopfes. Der Sockel 15 weist eine Schulter und der Sockel 17 eine entsprechende Stufe auf, so dass die Schulter des Sockels 15 in Passeingriff mit der Stufe des Sockels 17 ist, wenn zwei Segmente 1a und 1b in Nebeneinanderstellung sind. Die Rückenplatte 5 ist mit Bolzenlöchern 55 ausgebildet. Senkbolzen 3 werden in den Segmentsockel 15 und die Rückenplatte 5 von der Innenoberfläche (Kathodentrommelseite) durch die Sockelaussparungen 35 und die Rückenplattenbolzenlöcher 55 gedreht. Der Dreheingriff der Senkbolzen 3 sichert nicht nur ein Segment 1a durch Befestigen des Sockels 15 an der Rückenplatte 5, sondern auch des benachbarten Segments 1b durch den Passeingriff zwischen der einen Segmentsockelschulter und der benachbarten Segmentsockelstufe. Auf diese Weise werden eine Reihe von Elektrodensegmenten lösbar auf der Rückenplatte 5 in gegenseitiger nebeneinandergestellter Anordnung fest gesichert. Wenn es gewünscht ist, ein Elektrodensegment zur Reparatur zu entfernen, werden die mit dem Segment verbundenen Bolzen so entfernt, dass das Segment zum Auseinanderbau bereit ist.
In diesen Ausführungsformen sind die Elektrodensegmente 1 wünschenswerterweise voneinander auf der Rückenplatte 5 zum Bereitstellen einer erhöhten Anzahl von Kanten beabstandet. Nichtsdestoweniger ist es zu verstehen, dass die Kanten der jeweiligen Elektrodensegmente funktionieren, sogar wenn sie eng beabstandet sind, wenn die elektrische Leitung zu den Elektrodensegmenten 1 von der Seite der Rückenplatte 5 bereitgestellt wird. Aus diesen Überlegungen ist der Spalt zwischen den jeweiligen Elektrodensegmenten primär so ausgewählt, um eine(n) leichte(n) Anordnung und Auseinanderbau der Elektrodensegmente, z. B. von 0,1 mm oder mehr, bereitzustellen. Da ein wesentlicher Wirbelfluß bei größeren Spalten zwischen den Elektrodensegmenten längs der Innenoberfläche auftreten kann, sollte der Spalt bis etwa 5 mm, insbesondere bis etwa 3 mm, sein.
Die Rückenoberfläche der Rückenplatte 5, die entfernt von der Kathodentrommel angeordnet ist, kann eine kontinuierliche flache Oberfläche sein oder Perforationen oder Vorsprünge beinhalten. Vorzugsweise sollte die Rückenplatte eine kontinuierliche Innenoberfläche zumindest an den Spalten zwischen den Elektrodensegmenten zum Schließen der Spalten haben, um die Lösung am Durchtritt des Flusskanals zu der Außenseite der Anode durch die Spalten zu hindern, und so das Auftreten eines Wirbelflusses zum Verhindern von Variationen in der Abscheidungsdicke auszuschließen.
Es ist anzumerken, dass ein Isolierungsteil von umgekehrter T-Form (nicht gezeigt) unter und zwischen benachbarten Elektrodensegmenten 1 für Erfassungen einschließlich Blitzpositionierung der Elektrodensegmente und Setzen des Spaltes zwischen den Elektrodensegmenten angeordnet sein kann.
Die geteilte unlösliche Elektrode 10 der vorstehenden Konstruktion wird in Kombination mit einer Kathodentrommel verwendet. Wie in 8 gezeigt, ist die Elektrode 10 um und beinahe konzentrisch zu der Kathodentrommel 7 in einem Galvanisiertank (nicht gezeigt) so angeordnet, dass die Elektrode 10 zu der Trommel 7 in einem vorherbestimmten Abstand gegenübersteht. Die Kathodentrommel 7 ist so angepasst, um zur Drehung um die Achse in der durch einen Pfeil gezeigten Richtung betrieben zu werden. Eine Stromversorgung (nicht gezeigt) ist mit der Kathodentrommel 7 und dem an der Rückenplatte 5 (vgl. 1, 3 und 5) verbundenen Sammelschienenleiter 2 zum Leiten der Elektrizität zu der Kathode 10 verbunden, wodurch die Elektroabscheidung bewirkt wird. Wenn sich die Trommel 7 dreht, scheidet sich Kupfer an der Trommel ab, um darauf eine Folie 8 zu bilden. Die Kupferfolie 8 wird kontinuierlich von der Trommel 7 abgetrennt und auf eine Aufnehmerwalze 9 gewickelt.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, sich auf eine Kupferfolie beziehen, ist die Erfindung gleichermaßen auf andere Metallfolien anwendbar. Der erfindungsgemäße Vorteil der Minimierung der Abscheidungsdickenvariation ist bemerkenswerter bei der Herstellung elektroplattierter bzw. galvanisierter Kupferfolien von bis zu 70 μm Dicke, insbesondere bis zu 20 μm Dicke, wobei eine Abscheidungsdickenvariation innerhalb 2%, insbesondere innerhalb 1% erreicht wird. Eine solche minimierte Abscheidungsdickenvariation kann über einen langen Zeitraum, z. B. über ein Jahr aufrechterhalten werden.
VORTEILE
Die unlösliche Anode der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodensegmenten, welche am Umfang nebeneinander angeordnet und lösbar fest an einer Rückenplatte gesichert sind. Wenn jedes oder mehrere der Elektrodensegment(e) örtlich beschädigt oder durch möglichen Kurzschluß durch anormale Metall (e. g. Kupfer-)-abscheidung auf der Kathodentrommel beschädigt werden, können nur das (die) notwendige(n) Segment oder Segmente, ohne die Notwendigkeit zur Auswechslung der gesamten Anodenanordnung, von der Anodenanordnung zur Reparatur entfernt werden. Dies stellt eine Vereinfachung der Wartung und Reparatur der Anode und eine erhöhte Lebensdauer der Anode selbst dar.
Die bogenförmige Anode ist am Umfang in eine Vielzahl von bogenförmigen Segmenten geteilt. Jedes Segment ist ein im allgemeinen rechtwinkliger, axial verlängerter, umfangskrummliniger Streifen. Wegen seiner einfachen Form kann er leicht geformt und leicht mit einer katalytischen Beschichtung zum Herstellen einer unlöslichen Elektrode beschichtet werden, während ein hoher Grad an Präzision hinsichtlich sowohl der Segmentdimensionen und der Beschichtungsdicke aufrechterhalten wird. Der Aufbau und Auseinanderbau der gesamten Anode ist einfach und der Aufbau wird durch hochdimensionale Präzision vervollständigt. Als ein Ergebnis weist die unlösliche Elektrode hohe Präzisionsgrade in der Konfiguration, den Dimensionen und der Beschichtungsdicke auf, welche die Abscheidung der Metallfolie (e. g. Kupferfolie) mit wenigen Defekten und von gleichförmiger Dicke und Qualität sicherstellt. Da die Erfindung Ungleichförmigkeiten in der Abscheidungsdicke und Defekte eliminiert, welche eintreten würden, wenn die Anode axial getrennt ist, und signifikant die benötigte Arbeitskraft und die geringe Präzision im Aufbau verringert, der auftritt, während die Anode am Umfang und axial in eine Vielzahl von Abschnitten getrennt wird, kann die Erfindung eine Länge einer Metallfolie, typischerweise einer Kupferfolie, von hoher Qualität bieten.
Zusätzlich wird die Kantenwirkung durch die Erhöhung der Zahl der Kanten innerhalb der Anode relativ aufgehoben. Die Variation in der Abscheidungsdicke wird durch Verringerung des Wirbelflusses der Galvanisierlösung minimiert. Die vorliegende Erfindung verhindert die Erhöhung der Abscheidungsdickenvariation während der kontinuierlichen Bearbeitung, wodurch eine lange Lebensdauer der Anode sichergestellt wird.
BEISPIEL
Diese und andere Vorteile werden durch das nachfolgende Beispiel sichergestellt, welches nur zu Illustrationszwecken und nicht als Beschränkung angegeben ist.
Beispiel
In der in 8 gezeigten Anordnung wurde ein Titanzylinder mit einem Durchmesser von etwa 2 m für die Kathodentrommel 7 verwendet. Es wurde ein Anodenpaar 10, 10 verwendet, welches jedes zehn Segmente, wie in den 1 und 2 gezeigt, beinhaltet. Jedes Segment war ein Titanstreifen mit einer primär aus IrO₂ gebildeten Beschichtung. Diese Segmente wurden am Umfang nebeneinander mit einem gemeinsamen Spalt von 0,5 mm angeordnet und lösbar auf einer Rückenplatte befestigt. Die Anoden waren um und konzentrisch zu der Trommel mit einem radialen Abstand von etwa 10 mm so angeordnet, dass jede Anode einen Bogen mit einem Winkel von 75° um die Trommelachse bildete.
Die Kathodentrommel und die Anoden wurden in einen mit einer Galvanisierlösung gefüllten Behälter eingebracht. Die Galvanisierlösung wurde in den Flusskanal zwischen der Kathode und den Anoden durch den unteren Schlitz zwischen den Anoden so eingepumpt, dass der Lösungsfluß aufwärts durch den Kanal hindurchtrat, und der Lösungsfluß an der oberen Öffnung zwischen der Trommel und der Anode austrat, um sich mit der Behälterlösung für die Zirkulation zu mischen. Die Galvanisierlösung enthielt 240 g/l CuSO₄·5H₂O und 120 g/l H₂SO₄ und hatte eine Temperatur von 45°C. Elektrizität (DC) wurde zwischen die Kathodentrommel und die Anoden bei einer Spannungsdichte von 40 A/m² geleitet, wodurch Kupfer auf der Kathodentrommel abgeschieden wurde. Eine Länge einer Kupferfiolie von 18 μm Dicke wurde kontinuierlich hergestellt.
Zu Beginn des Betriebs wurde die Folie auf ihre Dicke gemessen, um herauszufinden, dass eine Variation innerhalb 1% in einer transversen Richtung auftrat. Über ein Jahr kontinuierlichen Betriebs wurde die Foliendicke bei einer Variation von innerhalb 1% aufrechterhalten. Die Folie war frei von Defekten wie Pinholes und anormalen Abscheidungen.
Zu Vergleichszwecken wurde ein kontinuierlicher Betrieb bei den gleichen Bedingungen wie oben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass ein Paar einstückige Anoden mit einem bogenförmigen Querschnitt verwendet wurden. Die Variation in der Foliendicke war innerhalb 2% zu Beginn des Betriebs und nahm auf über 2% nach 3 Monaten zu.

Claims

Elektroplattierverfahren mit den Schritten: Anordnung einer sich drehenden Kathodentrommel und einer stationären Anode in einem vorherbestimmten Abstand zueinander, Bereitstellung einer ein Metall enthaltenden Elektroplattierlösung zwischen der Kathodentrommel und der Anode, Elektrizitätseinleitung zwischen die Kathodentrommel und die Anode zum Abscheiden des Metalls auf der Kathodentrommel und Separieren der Metallabscheidung von der Kathodentrommel, wodurch eine Länge einer elektrolytischen Metallfolie erhalten wird, worin die Anode 3 bis 100 von am Umfang angeordneten, aus einem mit einem Platingruppenmetall oder einem Oxid davon beschichteten Ventilmetallsubstrat gebildeten Elektrodensegmenten und eine Gegenelektrode beinhaltet, die Elektrodensegmente an der Gegenelektrode entfernbar angebracht und elektrisch verbunden sind, die Elektrodensegmente kurze, beinahe planare Segmente sind, die Elektrodensegmente auf der der Kathodentrommel zugewandten Oberfläche durch einen Spalt von 0,1 bis 5 mm getrennt sind, die Segmente sich im wesentlichen parallel zu der Achse der Trommel erstrecken und die Elektrode einen Öffnungswinkel von 45° bis 120° hat, und die Stromversorgung der Anode von der Gegenelektrodenseite erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer und elektrolytische Metallfolie eine Kupferfolie von bis zu 70 μm Dicke sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der Bereitstellung einer ein Metall enthaltenden Elektroplattierlösung zwischen der Kathodentrommel und der Anode das Einbringen der Lösung zwischen die Kathodentrommel und die Anode umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode um und konzentrisch zu der Kathodentrommel angeordnet ist.
Gespaltene unlösliche Anode, welche um eine sich drehende Kathodentrommel angeordnet ist, um darin einen Kanal zu definieren, welcher mit einer ein Metall enthaltenden Elektroplattier- bzw. Galvanisierlösung gefüllt ist, wodurch das Metall auf der Kathodentrommel abgeschieden wird, um eine Metallfolie zu bilden, welche von der Trommel abgetrennt wird, wobei die Anode 3 bis 100 von am Umfang angeordneten, aus einem mit einem Platingruppenmetall oder einem Oxid davon beschichteten Ventilmetallsubstrat gebildeten Elektrodensegmenten, eine Gegenelektrode und leitende Befestigungen zum entfernbaren Anhaften der Elektrodensegmente auf der Gegenelektrode beinhaltet, worin die Elektrodensegmente kurze, beinahe planare Segmente sind, die Elektrodensegmente auf ihrer gekrümmten Oberfläche durch einen Spalt von 0,1 bis 5 mm getrennt sind, die Segmente sich im wesentlichen parallel zu der Achse der Trommel erstrecken und die Elektrode einen Öffnungswinkel von 45° bis 120° hat.
Anode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodensegmente jeweils gebogene Oberflächen definieren, welche konzentrisch zu der Kathodentrommel angeordnet sind.
Elektroplattier- bzw. Galvanisiervorrichtung enthaltend eine zum Drehen um eine Achse angepaßte Kathodentrommel, eine um die Kathodentrommel angeordnete stationäre Anode, um dazwischen einen Kanal zu definieren, wobei die Anode 3 bis 100 von am Umfang angeordneten Elektrodensegmente aus einem mit einem Platingruppenmetall oder einem Oxid davon beschichteten Ventilmetallmaterial und eine Gegenelektrode beinhaltet, wobei die Elektrodensegmente an der Gegenelektrode entfernbar angehaftet und elektrisch damit verbunden sind, die Elektroden kurze, beinahe planare Segmente sind, die Elektrodensegmente auf der der Kathodentrommel zugewandten Oberfläche durch einen Spalt von 0,5 bis 5 mm getrennt sind, die Segmente sich im wesentlichen parallel zu der Achse der Trommel erstrecken und die Elektrode einen Öffnungswinkel von 45° bis 120° hat, Mittel zum Zuführen einer ein Metall enthaltenden Elektroplattier- bzw. Galvanisierlösung in den Kanal zwischen der Kathodentrommel und der Anode, Mittel zum Leiten der Elektrizität zwischen die Kathodentrommel und die Anode zum Abscheiden des Metalls auf der Kathodentrommel und Mittel zum Abtrennen der Metallabscheidung von der Kathodentrommel, wobei eine Länge einer elektrolytischen Metallfolie erhalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen einer Elektroplattierlösung zu dem Kanal Mittel zum Kanalisieren der Lösung durch den Kanal beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, welche weiter einen mit der Elektroplattierlösung gefüllten Behälter beinhaltet, in welchen die Kathodentrommel und die Anode eingetaucht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodensegmente jeweils bogenförmige Oberflächen definieren, welche konzentrisch zu der Kathodentrommel angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Anoden konzentrisch um die Kathodentrommel so angeordnet sind, dass die Anoden zweite und dritte Quadranten um die Trommelachsen besetzen, wenn sie in jeweils einem vertikalen Querschnitt betrachtet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal zwischen der Anode und der Kathodentrommel einen radialen Abstand von etwa 10 mm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer und die elektrolytische Metallfolie eine Kupferfolie von bis zu 70 μm Dicke sind.