KR101157340B1 - 전해금속박 제조장치 및 전해금속박 제조장치에 사용하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법 및 그 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어진 전해금속박 - Google Patents

Abstract

전해금속박의 동일면 내에서의 두께 불균일을 억제할 수 있는 전해금속박 제조장치 등의 제공을 목적으로 한다. 이 목적 달성을 위해, 음극과 불용성 양극을 서로 이격시켜 배치하고, 그 이격 공간에 전해액을 통류시키고, 불용성 양극에 대해 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면으로 금속 성분을 전해하고 석출시켜 연속적으로 금속박을 얻기 위한 전해금속박 제조장치에 있어서, 상기 불용성 양극은, 내식성 재료로 이루어지는 코어재의 표면에 도전성 전극물질 코팅층을 형성한 박판형 불용성 금속전극을, 소정의 고정 수단을 이용하여 전극 기체에 대해 착탈가능하게 장착한 것이며, 상기 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 코팅층은 음극의 이동방향에 대해 수직방향인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거 영역을 구비하고, 또한 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역 내에 상기 고정수단의 형성 위치를 마련한 것을 특징으로 하는 전해금속박 제조장치 등을 채용한다.

Description

전해금속박 제조장치 및 전해금속박 제조장치에 사용하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법 및 그 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어진 전해금속박 {Electrolyic metal foil and manufacturing apparatus for the electrolyic metal foil and manufacturing method for insoluble electrode metel using the manufacturing apparatus for electrolyic metal foil}

본 발명은 전해금속박 제조장치 및 전해금속박 제조장치를 이용하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법 및 그 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어진 전해금속박에 관한 것으로, 특히 연속 전해시켜 긴 길이의 제품을 제조하기 적합한 전해금속박의 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속박을 연속전해법에 의해 제조하는 기술로는 프린트 배선판 제조의 기초 재료인 전해동박의 제조가 알려져 있다. 예를 들어 전해동박의 연속전해장치로는, 드럼형(원통형)의 음극과, 불용성의 납-은 합금 등을 이용한 납 합금전극을 양극으로 이용한 것이 사용되어 왔다.

이 납 합금전극은 예를 들면 황산동 용액 등의 고농도 산성 금속염 용액에 대한 내산성을 구비하고 있다. 또한 납 합금전극은, 구성성분인 납의 융점이 낮으므로 음극의 드럼면의 형상을 따라, 대향하는 만곡된 양극의 대향면을 형성하는 가공이 용이하며 또한 전해장치를 설치 현장에서 용이하게 가공할 수도 있었다. 즉, 양호한 가공성을 발휘하므로 작업성이 우수하여 널리 사용되었다.

그러나 상기 연속전해장치가 대형화됨에 따라 납 합금전극의 합금 조성을 동일면 내에서 균일화시키는 것이 어려워졌다. 또한 전해액으로 사용하는 황산계 용액 내에서의 납 합금전극은, 합금 조성의 변동, 결정 구조의 차이 등 로트(lot) 간 차이가 전해시의 분극 성능에 현저히 영향을 미치게 되어 기술진보에 상응하는 고품질의 전해동박을 제조하기가 곤란해졌다.

아울러 동 합금전극은 전해에 따르는 소모가 크며 전극면의 형상이 쉽게 변화되므로 유지보수 비용이 증가할 뿐 아니라 소모된 전극으로부터 전해액 내로 빠져나가는 납 성분은 금속납, 납이온, 황산납, 산화납 등의 성분으로 변화되어 전해동박에 섞이는 경우가 있어 각종 제조불량의 원인이 되고 있다.

따라서, 특허문헌 1에 "판형 또는 곡면형의 전극기체의 전해 작용면의 적어도 일부에는 전극 피복을 형성한 박판형 불용성 금속전극을 나사 등의 착탈 가능한 장착 수단으로 고정시킴과 아울러 전극기체의 박판형 불용성 전극과의 접촉면에는 전극 피복을 형성한 불용성 전극 구조체."가 개시되었다.

이 특허문헌 1에 개시된 도 1을 통해서도 자명한 바와 같이, 전해동박의 제조장치로서 사용 가능한 불용성 전극 구조체가 개시되어 있다. 이 불용성 전극 구조체는 상술한 납 합금전극을 사용했을 때에 발생하는 문제점을 해결하여 전해금속박의 제조 안정성을 향상시켰다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 불용성 전극 구조체를 전해금속박의 연속 제조에 이용하여도 최근의 전해금속박에 대한 요구를 만족시키지 못하는 경우가 있을 수 있다.

특히, 전해동박의 경우에는 동일면 내에서의 두께 불균일을 억제하고자 하는 요구가 현저해졌다. 즉, 전해동박의 경우, 전해동박을 이용하여 제조한 프린트 배선판에서의 파인 피치 회로의 형성, 다층 프린트 배선판의 박층화 등의 가공 정밀도, 다운사이징 등의 향상에 따라 더욱 얇고 아울러 두께 불균일이 적은 전해동박이 요구되고 있다.

따라서 전해동박을 비롯한 전해금속박의 동일면 내에서의 두께 불균일을 억제할 수 있는 전해금속박 제조장치, 및 그 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어진 두께 불균일이 적은 전해금속박이 요구되고 있다.

일본국 특허출원: 특개평 5-202498호 공보

따라서, 본 발명은 발명자들의 면밀히 연구한 결과, 이하의 전해금속박 제조장치를 채용함으로써 전해금속박의 동일면 내에서의 두께 불균일을 억제할 수 있고 그 결과 두께 불균일이 적은 전해금속박을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 음극과 불용성 양극을 서로 이격시켜 배치하고, 그 이격 공간에 전해액을 통과시키고, 불용성 양극에 대해 상대적으로 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면으로 금속 성분을 전해하고 석출시켜 연속적으로 금속박을 얻기 위한 전해금속박 제조장치로서, 상기 전해금속박 제조장치에서 사용하는 불용성 양극은, 내식성 재료로 이루어지는 코어재의 표면에 도전성 전극물질 코팅층을 코팅한 박판형 불용성 금속전극을 소정의 고정 수단을 이용하여 전극 기체에 대해 착탈가능하게 장착한 것이며, 상기 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 코팅층은 음극의 이동방향에 대해 수직방향인 스트라이프(stripe)형의 도전성 전극물질 제거 영역을 구비하고, 또한 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역 내에 상기 고정수단의 형성 위치를 마련한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 상기 음극을 통형의 드럼면을 전착면으로 이용하는 회전드럼형 음극으로 구성하고, 상기 불용성 양극을 상기 음극의 드럼면의 형상을 따라, 일정 거리 이격시켜 배치가능한 만곡된 대향면을 구비한 불용성 양극으로 구성하는 한 쌍의 전극으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 박판형 불용성 금속전극의 제조방법은, 이하의 공정 A ~ 공정 D의 가공 프로세스를 구비한 것을 특징으로 한다.

공정 A: 불용성 양극의 형상에 맞는 내식성 재료로 이루어지는 코어(core)재를 준비하는 공정.

공정 B: 준비한 내식성 재료로 이루어지는 코어재의 표면에 도전성 전극물질 코팅층을 형성하여 코팅층을 갖는 코어재를 만드는 공정.

공정 C: 상기 코팅층을 갖는 코어재의 표면에 있는 도전성 전극물질 코팅층에, 음극의 이동방향에 대해 수직방향인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역을 형성하여 패터닝 코팅층을 갖는 코어재를 만드는 공정.

공정 D: 상기 패터닝 코팅층을 갖는 코어재의 도전성 전극물질 제거영역 내에, 패터닝 코팅층을 갖는 코어재를 전극기체에 장착시키기 위한 고정수단을 형성하는 공정.

본 발명에 따른 전해금속박은 상술한 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어지는 긴 길이의 금속박으로서, 상기 금속박의 폭방향의 두께의 변동이, "평균 두께"±"평균 두께"× 0.005㎛ 이내인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 불용성 양극의 표면에 있는 도전성 전극물질 코팅층에 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역을 마련한 특수한 표면 형상을 채용함으로써, 전해금속박의 동일면 내에서의 두께 불균일을 최대한 억제할 수 있게 된다.

또한, 불용성 양극을 구성하는 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 코팅층에 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역을 마련할 때에 일정한 한정된 제조방법을 채용함으로써 전해시의 이상 전류의 발생을 방지한다. 따라서 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치에 의해 얻어지는 전해금속박은 종래의 전해금속박에서는 달성할 수 없었던 수준의 양호한 막 두께 균일성을 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치에서 이용하는 도전성 전극물질 코팅층을 구비하는 박판형 불용성 금속전극의 이미지를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 제거영역의 흐름 방향(M)의 폭과 홀(hole)부와의 위치적 관계를 나타내기 위한 홀부 주변의 확대 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치의 회전 드럼형 음극에 대향 배치하여 사용하는 만곡된 대향면을 구비하는 불용성 양극의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치를 구성하는 회전 드럼형 음극과 불용성 양극간의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치에서 이용하는 박판형 불용성 금속전극의 제조 플로우(flow)를 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 6은 종래의 전해금속박 제조장치에서 이용하는 도전성 전극물질 코팅층을 구비한 박판형 불용성 금속전극의 이미지를 나타낸 모식도이다.
도 7은 종래의 박판형 불용성 금속전극을 전해동박의 제조장치의 양극으로 사용한 경우의 불용성 양극의 형태를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 얻어진 전해동박의 폭방향의 두께 변동을 관찰하기 위한 폭방향 두께 챠트이다.
도 9는 비교예에서 얻어진 전해동박의 폭방향의 두께 변동을 관찰하기 위한 폭방향 두께 챠트이다.

이하, 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치, 이 제조장치에 사용하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법, 이 제조장치에 의해 얻어지는 전해금속박에 대하여 순차적으로 설명한다.

<전해금속박 제조장치의 형태>

본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 음극과 불용성 양극을 서로 이격시켜 배치하고 그 이격 공간에 전해액을 통과시키고, 불용성 양극에 대해 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면으로 금속 성분을 전해하고 석출시켜 연속적으로 금속박을 얻기 위한 전해금속박 제조장치를 대상으로 하고 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 전해동박의 제조에 이용하는 장치 등이 해당한다.

그리고 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 불용성 양극의 구조에 특징이 있다. 상기 불용성 양극은, 박판형 불용성 금속전극과 이것을 장착하는 전극기체를 필수 구성요소로 한 것이다. 즉 기술 상식적으로 생각할 수 있는 급전 배선, 사용환경에 합치시키기 위한 특수 구조 등에 대해서는 여기서는 설명 대상으로 하지 않음을 명기하는 바이다.

이하, 박판형 불용성 금속전극과 전극기체에 대해 설명한다.

박판형 불용성 금속전극의 형태: 도면을 참조하여 이하 설명한다.

도 1에 본 발명에서 사용하는 도전성 전극물질 코팅층(2)을 구비하는 박판형 불용성 금속전극(1)의 이미지를 도시하고 있다. 그리고 도 6에는 종래의 도전성 전극물질 코팅층(2)을 구비하는 박판형 불용성 금속전극(20)의 이미지를 도시하고 있다.또한 도 1의 (a) 및 도 6의 (a)는 박판형 불용성 금속전극의 상면도로서, 각각의 a-a' 단면을 나타낸 것이 도 1(b) 및 도 6(b)이다.

먼저, 도 6을 보면, 이 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 종래의 박판형 불용성 금속전극(20)은 나사나 볼트 등의 고정홀(소정의 고정수단)로서의 홀부(3)의 내벽면을 포함하는 전극면의 표면이 도전성 전극물질 코팅층(2)으로 덮여있다. 그리고 이 박판형 불용성 금속전극(20)을 전극기체에 장착시킬 때에 사용하는 나사나 볼트 등의 고정홀(소정의 고정수단)의 머리부에도 도전성 전극물질 코팅층을 마련하였다.

이러한 반면에, 본 발명에서 사용하는 박판형 불용성 금속전극(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 홀부(3)가 나사나 볼트 등의 고정홀(소정의 고정수단)이며, 박판형 불용성 금속전극을 금속기체에 대해 착탈가능하게 장착하기 위해 사용하는 부위이다. 그리고 상기 박판형 불용성 금속전극(1)의 도전성 전극물질 코팅층(2)은, 음극의 이동방향(M)에 대해 수직방향(T)인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)을 구비하고, 아울러 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 상기 고정수단의 형성위치(홀부(3))를 마련하고, 이 고정수단의 형성위치(홀부(3))의 내벽면을 도전성 전극물질 코팅층(2)으로 피복하지 않은 점을 특징으로 한다. 다시 말해, 여기서 이용하는 박판형 불용성 금속전극은 내식성 재료로 이루어지는 코어재(5)의 표면의 필요 부위에 도전성 전극물질 코팅층(2)을 마련하고, 도전성 전극물질 제거영역(4)을 형성하고, 이 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 고정수단의 형성위치(홀부(3))를 배치한 것이라고 할 수 있다.

따라서, 도 6에 도시한 종래의 박판형 불용성 금속전극(20)과는 전혀 다른 전극면이 형성되었음을 알 수 있다. 또한 이 박판형 불용성 금속전극(1)을 전극기체에 장착할 때에 사용하는 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)의 머리부에도 도전성 전극물질 코팅층을 구비하지 않은 것을 사용한다.

이와 같은 박판형 불용성 금속전극(1)의 구조를 채용함으로써, 전해 작업시에, 이 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)은, 음극의 전착면과의 사이에서 통전 상태를 형성하지 않는 영역이 된다. 고정수단의 형성위치(홀부(3))와 음극의 전착면 사이에 있어서는 고정수단의 형성위치(홀부(3))의 형상에 기인하여 통전의 불균일이 증가하고 고정수단의 형성위치(홀부(3))에서 전착이 쉽게 일어나지 않게 되므로 전해금속박이 부분적으로 얇아져 두께 불균일의 발생을 조장하였다. 따라서 본 발명에서는 고정수단 형성위치(홀부(3))의 폭방향 전체의 통전 불균일을 배제하기 위해 도 1에 도시한 바와 같은, 박판형 불용성 금속전극(1)의 구조를 채용하였다. 그 결과 고정수단의 형성위치(홀부(3))와 음극의 전착면과의 사이에 있어서 전류가 불균일한 부위가 없어져 음극의 전착면으로 석출되는 전해금속박의 동일면 내에서의 전해금속박의 두께 불균일을 비약적으로 감소시키게 되었다.

본 발명에서 이용하는 박판형 불용성 금속전극에서 사용하는 내식성 재료로 이루어지는 코어재(5)는 티타늄(titanium), 알루미늄(aluminum), 크롬(chrome) 및 이들 합금에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 여기서 말하는 "코어재"는, 기본적으로 판형으로 형성한 것을 상정하고 있으나, 이 판형은 엄밀한 의미에서의 평탄한 "판형"이 아니라, 어느 정도 만곡된 형상을 포함하는 의미이다. 후술하는 전극기체에 장착할 때에 양극 형상에 맞추어 일정한 만곡 형상으로 변형시키는 것 등을 고려할 수 있기 때문이다. 또한 코어재(5)의 두께, 폭, 길이 등에 관해서도 특별한 한정은 없다. 박판형 불용성 금속전극에 요구되는 사이즈, 나아가 전해금속박 제조장치의 규모에 의해 좌우되는 것이기 때문이다.

본 발명에서 이용하는 박판형 불용성 금속전극에 형성하는 도전성 전극물질 코팅층(2)에는 공지의 도전성 전극물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 백금, 백금-이리듐(iridium) 합금, 백금-탄탈륨 합금, 이리듐-탄탈륨 합금, 백금-이리듐-탄탈륨 합금, 백금-루테늄(ruthenium) 합금 등의 소재로 구성하는 것이 바람직하다. 통전된 전해시에 양극으로 사용하는 것이므로 산소 발생이 일어나게 된다. 이러한 경우에는 산화 이리듐을 포함하는 백금-이리듐, 이리듐-탄탈륨, 백금-이리듐-탄탈륨 중 어느 하나의 합금 조성을 사용하면 장기간 사용할 수 있으므로 바람직하다.

본 발명에 적용되는 박판형 불용성 금속전극(1)에 형성하는 도전성 전극물질 제거영역(4)은 도전성 전극물질 코팅층(2)을 배제한 영역이다. 따라서 이 부분은 내식성 재료로 이루어지는 코어재(5)의 표면이 노출되게 되고, 음극의 전착면과의 사이에서 통전상태를 형성하지 않는 영역이 된다. 도전성 전극물질 제거영역(4)은 불용성 양극에 대해 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면으로 금속 성분을 균일한 두께로 전해하여 석출시키는 전해금속박 제조장치에 적합한 형상으로 형성하는 것이다. 즉, 상기 박판형 불용성 금속전극(1)의 도전성 전극물질 코팅층(2)은, 음극의 이동방향(M)에 대해 수직방향인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)을 구비하고 또한 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 상기 고정수단의 형성위치(홀부(3))를 구비하고, 고정 수단의 형성위치(홀부(3))의 내벽면을 도전성 전극물질 코팅층(2)으로 피복시키지 않은 것이다. 이와 같은 형상으로 형성함으로써, 제조할 전해금속박의 흐름 방향(M)의 두께 불균일에 영향을 미치지 않고 동시에 폭방향(T)에서의 두께 불균일을 비약적으로 감소시킬 수 있게 된다.

이 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)은, 흐름방향(M)의 폭으로서, 35mm 이하인 것이 바람직하다. 이 도전성 전극물질 제거영역(4)은, 양극의 폭방향(T) 전체에 마련되나, 흐름방향(M)의 폭이 35mm을 초과하면 전착 면적이 감소되므로 공업적 생산성이 저하된다. 또한 유입구를 통해 들어오는 전해액이 이동하는 음극과 불용성 양극 사이를 흐를 때에 이 부위에서의 전해액의 흐름이 변화되어 금속 이온의 공급량이 장소적으로 변화되어 균일한 전해를 수행할 수 없게 될 가능성이 커진다. 나아가 상기 도전성 전극물질 제거영역(4)은, 불용성 양극의 전극면 면적의 30 면적% 이하인 것이 바람직하다. 30 면적%를 초과하면 공업적 생산성을 만족하지 않는 생산성 밖에 얻을 수 없기 때문이다.

그리고 이 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에, 고정수단의 형성위치(홀부(3))를 마련한다. 이와 같이 함으로써, 고정수단의 형성위치(홀부(3))의 외주부 및 내벽면에 도전성 전극물질 코팅층(2)이 존재하지 않게 되어 박판형 불용성 금속전극의 전체적인 통전 상태의 불균일을 가능한 한 억제할 수 있게 된다. 나아가, 도 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 도전성 전극물질 제거영역(4)의 흐름방향(M)의 폭과 홀부(3) 간의 위치적 관계 또한 용액의 흐름이라는 요인을 고려할 때 중요하다. 도 2에 도시한 갭(gap)(W)이 1mm 이상인 것이 바람직하다. 홀부(3)에 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)을 삽입하여 전극기체에 고정한 상태를 고려하면 필연적으로 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)의 머리부가 표면에 위치하게 되고, 아무리 머리부를 평탄하게 설계해도 도전성 전극물질 코팅층(2)이 있는 표면과는 형상적으로 달라 상기 갭(W)이 1mm 미만인 경우에는 나사나 볼트 등을 삽입한 홀부(3)(소정의 고정수단)의 주위에서 전해액의 흐름을 변화시키는 요인이 될 가능성이 커지기 때문이다.

이상 설명한 박판형 불용성 금속전극의 두께는 0.5mm~2.0mm의 범위로 하는 것이 바람직하며, 가공성을 고려한다면 0.5mm~1.5mm의 범위가 더욱 바람직하다. 박판형 불용성 금속전극의 두께가 0.5mm보다 얇은 경우에는 통전시의 전류분포가 불균일해지고, 얇기 때문에 유연성이 커져 가공성이 나빠진다. 한편 박판형 불용성 금속전극의 두께가 2mm을 초과하면 도전성 전극물질을 함유한 용액을 도포한 후의 열분해 작업하는 작업시간이 길어진다. 또한 금속 베이스의 만곡부에 박판형 불용성 금속전극을 장착하는 경우에는 전극기체의 상기 만곡면을 따라 장착할 때 밀착화 작업이 어려워 미리 박판형의 불용성 금속전극의 만곡화 작업이 필요하게 되므로 바람직하지 않다.

이상과 같이 함으로써, 음극과 불용성 양극 간의 이격 공간에 전해액을 통류시키고 불용성 양극에 대해 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면에 금속 성분을 균일한 두께로 전해하고 석출시켜 전해금속박의 흐름방향(M) 및 폭방향(T)의 두께 불균일을 비약적으로 감소시키고 연속적으로 전해금속박을 얻을 수 있게 된다.

전극기체의 형태: 본 발명에서 말하는 "전극기체"는 위에서 설명한 "박판형 불용성 금속전극"을 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)을 이용하여 착탈 가능하게 장착하는 지지대이다.

또한 전극기체의 형상, 사이즈, 재질 등에 대해서는 특별한 한정은 없다. 필요 최소한의 필요 구조로서, 상술한 "박판형 불용성 금속전극"을 장착하기 위한, 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)의 축부를 수용하여 고정시킬 수 있는 축받이 구멍을 구비하고 있으면 된다.

<전해금속박 제조장치의 구체적 형태>

여기서는 전해금속박의 제조에 사용하는 한 쌍의 음극과 불용성 양극으로서의 형태를 예시적으로 설명한다. 이하에 설명하는 전해금속박 제조장치는, 전해동박, 전해니켈박 등의 긴 길이의 제품을 얻는 데에 적합한 것이다.

회전 드럼형 음극: 본 발명에서 말하는 전해금속박 제조장치(30)의 음극은, 통형 드럼면을 전착면으로 이용하는 회전 드럼형 음극을 채용한다. 도 4를 통해 회전 드럼형 음극(10)의 사선 방향에서 본 형상을 알 수 있다. 이 회전 드럼형 음극(10)은 회전가능하게 지지된 회전축(11)이 회전하여 불용성 양극에 대해 드럼면(12)을 이동시키면서 회전 드럼형 음극(10)의 드럼면(12)을 금속 성분의 전착면으로서 이용하고, 이 드럼면(12)에 전착된 금속막을 연속적으로 벗겨 전해금속박으로서 채취하는 것이다. 회전 드럼형 음극(10)의 드럼면(12)은, 티타늄, 크롬 도금을 실시한 스텐레스강(stainless steel)을 이용하는 것이 일반적이다. 이 회전 드럼형 음극의 드럼면(12)에 대해 아래에서 설명할 불용성 양극을 배치한다.

불용성 양극: 본 발명에서 말하는 전해금속박 제조장치(30)의 양극은 불용성 양극으로서, 상기 회전 드럼형 음극(10)의 드럼면(12)의 형상을 따라 일정 거리 이격하여 배치 가능한 것이어야 한다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 만곡한 대향면(박판형 불용성 금속전극면)을 구비하도록 할 필요가 있다. 이 때 만곡한 대향면을 구성하는 박판형 불용성 금속전극(1)의 표면에는 폭방향(T)으로 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)이 마련되고, 이 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 마련한 홀부(3)에 나사나 볼트 등(소정의 고정수단)(13)(홀부(3)에 상당하는 위치에 대응)을 삽입하여 전극기체(6)에 고정하고 있다.

도전성 전극물질 코팅층(2)은 음극의 이동방향(M)에 대해 수직방향(T)인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)를 구비하고, 아울러 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 상기 고정수단의 형성위치(홀부(3))를 구비하는 것이다. 그리고 이 고정수단의 형성위치(홀부(3))의 내벽면은 도전성 전극물질 코팅층(2)로 피복되지 않은 상태이다. 이와 같은 형상으로 함으로써, 제조할 전해금속박의 흐름방향(M)의 두께 불균일에 영향을 주지 않고 동시에 폭방향(T)의 두께 불균일을 비약적으로 감소시킬 수 있게 된다.

회전 드럼형 음극과 불용성 양극의 배치: 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이, 2개의 불용성 양극으로 구성한 수용공간에 회전 드럼형 음극(10)을 넣고 불용성 양극의 박판형 불용성 금속전극(1)과 회전 드럼형 음극(10)의 드럼면(12) 사이를 일정 거리 이격하여 배치한다. 그리고 2개의 불용성 양극으로 구성한 수용공간의 저부를 통해 전해액을 공급하고 회전 드럼형 음극(10)을 회전시켜 통전하여, 회전 드럼형 음극(10)에 전착한 금속막을 연속적으로 벗겨 채취한다. 이와 같은 구성의 전해금속박 제조장치(30)는 전해동박의 제조 분야에 있어서 특별히 유용하게 사용할 수 있다.

박판형 불용성 금속전극의 제조형태: 이상 설명한 전해금속박 제조장치에서 이용하는 도전성 전극물질 코팅층을 구비하는 박판형 불용성 금속전극(1)의 제조방법에 대해 설명한다. 이하, 공정 A~공정 D의 가공 프로세스(process)를 도 5를 참조하여 순차적으로 설명한다.

공정 A: 이 공정에서는 불용성 양극의 형상에 맞춘 내식성 재료로 이루어지는 코어재(5)를 준비한다. 이 단계가 도 5의 (a)에 해당된다. 여기서는 코어재(5)로서 티타늄판과 같은 내식 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 최종적으로 제조하는 박판형 불용성 금속전극(1)의 두께가 0.5mm~2.0mm의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.

공정 B: 이 공정에서는 준비한 내식성 재료로 이루어지는 코어재(5)의 표면에 도전성 전극물질 코팅층(2)을 형성하여 코팅층을 갖는 코어재(40)를 만든다. 이 단계가 도 5의 (b)에 해당된다. 이 때의 도전성 전극물질 코팅층(2)의 형성은, 코어재(5)의 표면에 알칼리수지나 산세(酸洗) 등의 활성화 처리를 실시하고, 그 후 이리듐-탄탈륨 합금을 도전성 전극물질 코팅층(2)으로 사용하는 경우에는, 염화이리듐과 염화탄탈륨을 희염산에 용해시킨 도전성 전극물질 용액을 코어재의 표면에 도포하고 450℃~550℃×10분간~30분간 소성을 실시한다. 이 도포 및 소성을 여러번 반복 실시하여 목적하는 두께의 도전성 전극물질 코팅층(2)을 코어재(5)의 표면에 형성하여 코팅층을 갖는 코어재(40)를 만든다.

공정 C: 이 공정에서는 상기 코팅층을 갖는 코어재(40)의 표면에 있는 도전성 전극물질 코팅층(2)의 일부를 박리하여 음극의 이동방향에 대해 수직방향이 되도록 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)을 형성하여 패터닝(patterning) 코팅층을 갖는 코어재(50)를 만든다. 이 단계가 도 5의 (c)에 해당된다. 여기에서, 도전성 전극물질 코팅층(2)의 일부 박리는 물리적 연마, 연삭, 절삭에 의해 이루어진다. 이때 연마, 연삭의 방법에 대해 특별한 한정은 없다. 도전성 전극물질 제거영역(4)의 부위에 도전성 전극물질의 성분이 잔류하지 않는 방법이면 어떠한 물리적 가공방법을 채용해도 무방하다.

공정 D: 이 공정에서는 상기 패터닝 코팅층을 갖는 코어재(50)의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에, 전극기체에 장착하기 위한 고정수단을 형성한다. 이 단계가 도 5의 (d)에 해당된다. 여기서 고정수단에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 나사나 볼트 등을 삽입하여 전극기체에 고정시키기 위한 홀부(3)를 형성하면 도전성 전극물질 코팅층(2)를 구비하는 박판형 불용성 금속전극(1)을 얻을 수 있다.

이상과 같은 공정을 거쳐 제조되는, 도전성 전극물질 코팅층(2)를 구비하는 박판형 불용성 금속전극(1)은 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에 마련된 나사나 볼트 등을 삽입하기 위한 관통된 홀부(3)의 주위 및 내벽면 상에 도전성 전극물질이 잔류하지 않는다. 따라서 이 홀부(3)의 주위 및 내벽면을 통한 이상 전류가 발생하지 않으므로 전해금속박의 막 두께에 영향을 주지 않아 균일한 막 두께의 전해금속박을 제조할 수 있게 된다.

전해금속박의 형태: 본 발명에 따른 전해금속박은 위에서 설명한 전해금속박 제조장치를 이용하여 얻어진 긴 길이의 금속박이다. 그리고 상기 전해금속박의 폭방향의 두께의 변동이 "평균 두께"±"평균 두께"×0.005㎛ 이내인 것을 특징으로 한다. 여기서 두께의 변동은 와전류 방식의 막후계(膜厚計)로 측정했을 때의 두께로서, 전해금속박의 폭방향을 라인 스캔했을 때에 얻어지는 두께 챠트로부터 판단할 수 있는 것이다. 상술한 종래의 제조방법으로 얻어진 전해금속박의 경우 폭방향의 두께의 변동이 "평균 두께"±"평균 두께"×0.1㎛ 이내밖에 되지 않는다.

[실시예]

이 실시예에서는 이하에 설명하는 박판형 불용성 금속전극(1)을 제조하고 이를 도 4에 도시된 전해금속박 제조장치의 불용성 양극으로 사용하고 회전 음극 드럼을 회전시키지 않고 정지(靜止)시킨 상태에서 통전하여 전해시켜 전해금속박을 제조한 후 폭방향의 두께 불균일을 측정했다.

박판형 불용성 금속전극의 제조: 실시예의 박판형 불용성 금속전극(1)의 제조는 도 5에 도시된 공정 A ~ 공정 D의 가공 공정을 채용했다. 이하 공정별로 설명한다.

(공정 A) 불용성 양극의 형상에 맞도록 코어재(5)로서 길이 1.5m×폭 30cm×두께 1mm인 티타늄판을 준비한다.

(공정 B) 상기 티타늄판을 전처리하여 활성화시킨다. 한편 이리듐과 탄탈륨이 중량비로 7:3이 되도록 염화이리듐과 염화탄탈륨을 희염산에 용해시켜 도전성 전극물질 용액을 조제한다. 그리고 상기 도전성 전극물질 용액을 활성화 처리한 티타늄판에 도포하고 대기 분위기에서 490℃× 15분간 소성 처리한다. 이 조작을 15회 반복하여 코어재인 티타늄판의 표면에 전도성 전극물질 코팅층(2)으로서 이리듐-탄탈륨 합금 피막을 형성하여 코팅층을 갖는 코어재(40)를 얻는다.

(공정 C) 코팅층을 갖는 코어재(40)에 대해 앤드밀(end mill)을 이용하여 절삭가공을 실시하여 폭 22mm×길이 1.5m인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역(4)을 형성함으로써 패터닝 코팅층을 갖는 코어재(50)를 얻는다.

(공정 D) 상기 패터닝 코팅층을 갖는 코어재(50)의 도전성 전극물질 제거영역(4) 내에, 전극기체에 장착하기 위한 고정수단으로서 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 전극 장착용 나사의 삽입이 가능한 홀부(3)(외경 18mm)를 형성하여, 도전성 전극물질 코팅층(2)을 구비하는 박판형 불용성 금속전극(1)을 얻는다.

전해금속박 제조장치의 구성: 이상과 같이 하여 제조한 박판형 불용성 금속전극(1)을 전해금속박의 제조장치의 양극으로 사용하였다. 이때 전해금속박 제조장치의 회전 드럼형 음극은 직경 3m, 폭 1.5m의 사이즈이고, 전착면이 되는 드럼면은 티타늄으로 구성한 것이다. 그리고 회전 드럼형 음극의 하부 형상을 따라 이격 배치(전극간 거리: 20mm)되는 불용성 양극은, 판 두께 25mm인 티타늄판을 전극기체(6)로 사용하고 여기에 전극 장착용 나사(13)로 박판형 불용성 금속전극(1)을 고정시켰다.

정지 전해 시험: 위에서 설명한 전해동박 제조장치를 이용하여, 제조하는 전해동박의 폭방향의 두께 불균일을 알아보기 위해 회전 드럼형 음극을 정지시키고 전해를 수행하여 평균 두께 35㎛ 정도의 전해동박의 제조를 시도하였다. 그리고 이 전해동박의 폭방향의 두께를, 주식회사 휴테크 제의 X선식 두께 측정계를 이용하여 측정하였다. 그 결과 평균 두께 38.1±0.15㎛가 얻어져 도 8에 도시된 폭방향 두께 챠트를 얻을 수 있었다. 또한, 이때 동 전해액에는 동 농도가 80g/l, 유리(遊離) 황산 농도가 140g/l, 염소 농도가 25mg/l, 비스(3-설포프로필)디설파이드(bis(3-sulfopropyl)disulfide)가 5mg/l, 디알릴디메틸암모늄클로라이드(diallyl dimethyl ammonium chloride) 중합체가 30mg/l인 황산 산성동 전해액을 사용하고 액온 50℃, 전류 밀도 50A/dm²의 조건에서 전해를 수행했다.

[비교예]

이 비교예에서는, 이하에 설명하는 박판형 불용성 금속전극(20)을 제조하고 실시예와 마찬가지로 이것을 도 4에 도시된 전해금속박 제조장치의 불용성 양극으로 사용하여, 회전 음극 드럼을 회전시키지 않고 정지시킨 상태에서 통전시켜 전해하여 전해동박을 제조한 후 폭방향의 두께 불균일을 측정했다.

박판형 불용성 금속전극의 제조: 이 비교예의 박판형 불용성 금속전극(20)의 제조는 이하의 공정 Ⅰ ~ 공정 Ⅲ의 가공 프로세스를 채용했다. 이하, 공정별로 설명한다.

(공정 Ⅰ) 불용성 양극의 형상에 맞도록 코어재(5)로서 길이 1.5m×폭 30cm×두께 1mm 인 티타늄판을 준비했다.

(공정 Ⅱ) 상기 티타늄판에 대해, 전극기체에 장착하기 위한 고정수단으로서 전극 장착용 나사의 삽입이 가능한 홀부(3)(외경 18mm)를 형성하였다.

(공정 Ⅲ) 상기 티타늄판을 전처리하여 활성화시킨 후, 실시예와 동일하게 코어재인 티타늄판의 표면 및 홀부의 내벽부까지 도전성 전극물질 코팅층으로서 이리듐-탄탈늄 합금 피막을 형성하여 도 6에 도시된 바와 같은 도전성 전극물질 코팅층(2)를 구비하는 박판형 불용성 금속전극(20)을 얻었다.

전해금속박 제조장치의 구성: 이상과 같이 하여 제조한 박판형 불용성 금속전극(20)을 전해동박의 제조장치의 양극으로 사용했다. 이때의 전해동박 제조장치의 회전 드럼형 음극은 실시예와 동일하다. 그리고 실시예에서 사용한 박판형 불용성 금속전극(1) 대신에 박판형 불용성 금속전극(20)을 실시예와 동일한 전극기체(6)에 대해 전극 장착용 나사(13)로 고정시켜 도 7의 상태로 사용했다.

정지 전해 시험: 상술한 전해동박 제조장치를 이용하여, 제조할 전해동박의 폭방향 두께 불균일을 알아보기 위해, 회전 드럼형 음극을 정지시켜 전해를 수행하여 평균 두께 35㎛ 정도의 전해동박의 제조를 시도했다. 그 결과 실시예와 동일한 방식으로 측정한 결과 평균 두께 38.2±0.4 ㎛가 얻어지고 도 9에 도시된 폭방향의 두께 챠트를 얻을 수 있었다.

[실시예와 비교예 비교]

도 8 및 도 9를 비교하면 실시예와 비교예의 차이를 명확하게 알 수 있다. 또한 전해동박의 폭방향 단부는 통상 제품으로서 사용하기 어려우므로 실시예 및 비교예에서 얻어진 제품화 가능한 유효폭의 범위에서 비교하기로 한다.

실시예의 경우에는 평균 두께 38.1±0.15㎛로서 "평균 두께"±"평균 두께"×0.005㎛의 조건을 만족하고 있다. 이에 반해 비교예의 경우에는 평균 두께 38.2±0.4㎛로서 "평균 두께"±"평균 두께"× 0.005㎛의 조건을 만족하지 않는다.

따라서 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치를 이용함으로써 전해금속박의 폭방향의 두께 변동을 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 전해금속박 제조장치는, 제조되는 전해금속박의 동일면 내에서의 두께 불균일을 비약적으로 억제시켜 두께가 균일한 전해금속박을 제공할 수 있게 된다. 따라서 에칭 가공의 대상이 되는 금속박의 경우, 예를 들면 프린트 배선판에 사용하는 전해동박의 경우에는 에칭 정밀도를 향상시킬 수 있으며 장소에 따른 에칭 회로의 형성 정밀도에 불균일이 없어지므로 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 전해금속박 제조장치의 불용성 양극의 표면에 있는 도전성 전극물질 코팅층에는 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역을 마련한 특수한 표면 형상을 채용하고 있으나, 특수한 가공방법 없이 종래의 기술을 응용한 것이므로 제조 비용 또한 저렴하다.

1: 금속전극 2: 도전성 전극물질 코팅층
3: 형성위치(홀부) 4: 도전성 전극물질 제거영역
5: 코어재 6: 전극기체
10: 회전 드럼형 음극 11: 회전축
12: 드럼면 30: 전해금속박 제조장치

Claims (5)

1. 음극과 불용성 양극을 서로 이격시켜 배치하고, 그 이격 공간에 전해액을 통과시키고, 불용성 양극에 대해 상대적으로 음극을 이동시키면서, 이동하는 음극의 전착면으로 금속 성분을 전해하고 석출시켜 연속적으로 금속박을 얻기 위한 전해금속박 제조장치에 있어서,
   상기 불용성 양극은, 내식성 재료로 이루어진 코어재의 표면에 도전성 전극물질 코팅층을 형성한 박판형 불용성 금속전극을 소정의 고정 수단을 이용하여 전극 기체에 대해 착탈 가능하게 장착한 것이며,
   상기 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 코팅층은 음극의 이동방향에 대해 수직방향인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거 영역을 구비하고, 상기 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역 내에 상기 고정수단의 형성 위치를 마련한 것을 특징으로 하는 전해금속박 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도전성 전극물질 제거영역은 상기 고정수단에서 1mm 이상이고, 박판형 불용성 금속전극의 도전성 전극물질 코팅층을 스트라이프형으로 제거한 영역인 전해금속박 제조장치.
3. 제 1항에 있어서,
   전해금속박의 제조에 이용하는 한 쌍의 음극과 불용성 양극으로서,
   상기 음극은 통형의 드럼면을 전착면으로 이용하는 회전드럼형 음극이고,
   상기 불용성 양극은 상기 음극의 드럼면의 형상을 따라, 일정 거리 이격시켜 배치 가능한 만곡된 대향면을 구비하는 불용성 양극인 전해금속박 제조장치.
4. 제 1 항에 기재된 전해금속박 제조장치에서 이용하는 도전성 전극물질 코팅층을 구비하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법으로서,
   이하의 공정 A ~ 공정 D의 가공 프로세스를 구비한 것을 특징으로 하는 박판형 불용성 금속전극의 제조방법.
   공정 A: 불용성 양극의 형상에 맞는 코어재를 준비하는 공정.
   공정 B: 준비한 코어재의 표면에 도전성 전극물질 코팅층을 형성하여 코팅층을 갖는 코어재를 만드는 공정.
   공정 C: 상기 코팅층을 갖는 코어재의 표면에 있는 도전성 전극물질 코팅층에, 음극의 이동방향에 대해 수직방향인 스트라이프형의 도전성 전극물질 제거영역을 형성하여 패터닝 코팅층을 갖는 코어재를 만드는 공정.
   공정 D: 상기 패터닝 코팅층을 갖는 코어재의 도전성 전극물질 제거영역 내에, 패터닝 코팅층을 갖는 코어재를 전극기체에 장착시키기 위한 고정수단을 형성하는 공정.
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