KR20030007594A - 금속박 전해 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 드럼 형상의 회전음극을 이용하여 전해석출에 의해 금속박을 연속적으로 제조하는 경우에 있어서, 금속박의 폭방향으로의 박 두께를 정밀하게 균일 제어할 수 있는 금속박 전해 제조장치를 제공함에 목적이 있다. 본 발명은, 금속박을 전착시키는 드럼 형상의 회전음극과, 상기 회전음극의 원주면 형상을 따라 대향 배치한 양극과, 회전음극과 양극 사이에 회전음극의 아래쪽으로부터 전해액을 공급하는 전해액 공급구를 갖는 액 공급수단을 구비하고, 액 공급수단으로부터 전해액을 공급하면서 전해반응에 의해 회전음극 원주면에 금속을 전착하고, 전착된 금속박을 회전음극으로부터 연속적으로 떼어 내는 금속박 전해 제조장치에 있어서, 액 공급수단은, 전해액 공급구의 위쪽에, 회전음극 폭방향을 따라 연장된 판상 댐퍼체를 구비하는 것이다.

Description

금속박 전해 제조장치{Metal Foil Electrolytic Manufacturing Apparatus}

근래, 금속박은, 프린트 배선판 재료인 전해동박을 대표로 하여, 여러 용도로 이용되며, 대량으로 제조되고 있다. 이와 같은 금속박의 제조방법으로서는, 전해반응을 이용한 것이 알려져 있다.

이 전해반응을 이용한 금속박의 전해 제조장치로서는, 예컨대 도4에 도시한 드럼 형상의 회전음극을 이용하여, 금속박을 연속적으로 제조하는 것이 이용되고 있다. 이 도4에 도시한 금속박 전해 제조장치(1)는, 금속박을 전착(電着)시키는 드럼 형상의 회전음극(2)과, 상기 회전음극(2)의 원주면 형상을 따라 대향 배치된 양극(3)과, 회전음극(2)과 양극(3) 사이에 회전음극(2)의 아래쪽으로부터 전해액을 공급하는 전해액 공급구(4)를 갖는 액공급수단(5)을 구비하고, 이 액공급수단(5)으로부터 전해액을 공급하면서 전해반응에 의해 회전음극(2) 원주면에 금속을 전착하고, 전착한 금속박(6)을 회전음극(2)으로부터 연속적으로 떼어내도록 되어 있다.

이와 같은 전해 제조장치에 의해 얻어지는 금속박은, 각 용도에 대응할 수 있는 강도, 표면성상(性狀), 두께 균일성 등 많은 특성이 요구되며, 이들을 만족하는 것을 제조하지 않으면 안된다. 특히, 프린트 배선판 재료로서 이용되는 동박에서는, 강도 특성이나 표면성상은 물론 박 두께의 균일성이 금속박의 품질로서 매우 중요한 것이 된다.

이 금속박 전해 제조장치에 의해 얻어지는 금속박은, 회전음극에 전해석출된 금속을 연속적으로 떼어냄으로써, 긴 금속박을 롤 형상으로 하여 제조되는 것이 많다. 이와 같은 경우, 길이방향에 대한 금속박의 두께는, 회전음극의 회전속도를 제어함에 의해 비교적 용이하게 균일 제어를 할 수 있지만, 금속박의 폭방향에 대하여 그 두께를 균일하게 제어하는 것은 용이하지 않다.

종래부터, 이 금속박 전해 제조장치에 의해 얻어지는 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성을 향상시키기 위하여, 회전음극과 대향하는 양극을 폭방향으로 분할하고, 전해전류의 공급을 폭방향으로 제어하는 대책이 제안되어 있다.

그러나, 이와 같은 전류공급방법의 개선은, 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성을 어느 정도는 제어할 수 있으나, 충분히 만족할 수 있는 것은 아니다. 또한, 분할된 양극으로 다른 전해전류를 공급할 수 있도록 하기 위해서는, 금속박 전해 제조장치 구조가 복잡하게 되며, 장치 설계적으로도 바람직하지 않다.

또한, 현재 금속박에 대한 품질 요구는, 각 용도의 기술진보에 따라서 엄격해지고 있으며, 특히 얇은 박 두께의 금속박을 강하게 요망하는 경향이 있다. 예컨대, 프린트 배선판 재료로서 이용되고 있는 전해동박을 보면, 종래 35㎛, 18㎛의 박 두께가 주류이었지만, 최근에는 12㎛, 9㎛라는 극박(極薄) 동박에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 극박 동박을 상기 금속박 전해 제조장치로 제조하는 경우, 폭방향의 두께 균일성이 정밀하게 유지되어지지 않으면, 회전음극으로부터 금속박을 떼어내어 권취할 때, 박에 주름을 발생하여 제품으로서 사용이 곤란하게 된다. 종래 제안되고 있는 금속박 폭방향의 두께 균일성을 도모하기 위한 대응으로는, 이와 같은 극박의 금속박을 제조하기 위하여 필요한 폭방향 두께 균일성을 정밀하게 제어하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 극박 동박과 같은 얇은 두께의 금속박을 안정하게 시장에 공급하려면, 종래보다도 더 정밀하게 폭방향의 두께를 균일화할 수 있는 금속박 전해 제조장치를 확립하는 것이 필요불가결하다고 할 수 있다.

본 발명은, 금속박의 전해 제조장치에 관한 것으로, 특히 금속박의 박 폭방향에 있어서의 두께 균일화를 도모하는 제조기술에 관한 것이다.

도1은, 금속박 전해 제조장치의 부분 확대 사시도이다. 도2는, 판상 댐퍼체를 배치한 금속박 전해 제조장치의 부분 확대 단면도이다. 도3은, 판상 댐퍼체의 부분 확대 사시도이다. 도4는, 금속박 전해 제조장치의 개략 구성 단면도이다. 도5는, 판상 댐퍼체를 배치한 경우의 폭방향 두께 분포 그래프를 도시한 도면이다.도6은, 판상 댐퍼체를 배치하지 않은 경우의 폭방향 두께 분포 그래프를 도시한 도면이다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 배경으로 한 것으로, 드럼 형상의 회전음극을 이용하여 전해석출에 의해 금속박을 연속적으로 제조하는 경우에 있어서, 금속박의 폭방향에 대한 박두께를 정밀하게 균일 제어할 수 있는 금속박 전해 제조장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은, 드럼 형상의 회전음극을 이용한 금속박 전해 제조장치를 상세히 검토한 바, 회전음극과 양극 사이에 공급하는 전해액의 액 유동상태가 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성에 크게 영향을 미친다는 점에 착안하여, 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

본 발명은, 금속박을 전착시키는 드럼 형상의 회전음극과, 상기 회전음극의 원주면 형상을 따라 대향 배치한 양극과, 회전음극과 양극 사이에 회전음극의 아래쪽으로부터 전해액을 공급하는 전해액 공급구를 갖는 액 공급수단을 구비하고, 액 공급수단으로부터 전해액을 공급하면서 전해반응에 의해 회전음극 원주면에 금속을전착하고, 전착된 금속박을 회전음극으로부터 연속적으로 떼어 내는 금속박 전해 제조장치에 있어서, 액 공급수단은, 전해액 공급구의 위쪽에, 회전음극 폭방향을 따라 판상 댐퍼체(plate-like damper body)를 구비한 것으로 하였다.

금속박을 전착시키는 드럼 형상의 회전음극과 상기 회전음극의 원주면 형상을 따라 대향 배치된 양극 사이에, 회전음극의 아래쪽으로부터 전해액을 공급하는 경우, 도4의 점선 화살표로 도시된 바와 같이, 공급되는 전해액은, 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면에 충돌하여, 회전음극의 원주면 형상을 따라 2방향으로 나뉘어 상승하는 액(液) 유동을 형성한다.

이 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면 근방에서는, 전해액이 회전음극 표면에 충돌하기 때문에, 와류(渦流)상태를 일으키기 쉽고, 회전음극 원주면 형상을 따라 상승하는 액 유동상태와 비교하여, 매우 복잡한 액 유동이 된다. 또한, 이 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면에서는, 새로운 전해액이 연속적으로 공급되므로, 전해석출에 제공하게 되는 금속이온은 항상 충분히 공급되고 있는 상태이다. 이러한 것을 고려한다면, 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면에서는, 그 액 유동은 복잡하기 때문에, 다른 회전음극 표면에 비하여, 폭방향에서 본 경우의 전해액의 공급량은 불균일하게 되기 쉽다고 생각된다. 그리고, 전해액이 충돌하는 회전음극 표면에서는, 전해석출에 제공되는 금속이온이 항상 충분히 공급되고 있으므로, 금속박의 폭방향에 대한 두께 불균일을 일으키는 전해석출이 생기는 것이라고, 본 발명자들은 추측했던 것이다.

따라서, 본 발명자들은, 전해액 공급구의 위쪽에 회전음극 폭방향에 걸쳐,상기 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면에서 발생하는 복잡한 액 유동상태를 해소할 판상 댐퍼체를 설치하도록 한 것이다. 이 판상 댐퍼체를 설치하여, 전해액 공급구와 대향하는 위치의 회전음극 표면 부근에서 생기는 복잡한 액 유동상태를 해소한 결과, 본 발명자들의 추측대로, 폭방향에 대한 두께 균일성이 크게 향상될 수 있는 것을 알았다. 그리고, 이 판상 댐퍼체를 설치함으로써, 금속박 표면에 생기는 이상(異常)석출도 저감되는 효과가 있는 것도 판명되었다.

본 발명에 따른 금속박 전해 제조장치의 판상 댐퍼체는, 전해액 공급구로부터 회전음극 표면을 향해 공급되는 전해액이, 직접적으로 회전음극 표면에 충돌하게 되는 액 유동상태가 되는 것을 해소할 수 있으면 족하고, 그 형상, 배치 등에 제약은 없다. 필요에 따라, 전해액 공급구와 회전음극 표면 사이에, 회전음극 폭방향에 걸쳐 설치된 판상 댐퍼체가, 전해액 공급구로부터 회전음극 표면을 향해 공급되는 전해액의 유동방향을 방해하는 상태가 되는 것이면, 어떠한 형상, 배치를 하여도 상관없다.

그리고, 본 발명에 따른 금속박 전해 제조장치의 판상 댐퍼체에는, 판폭 중심에, 판 길이방향으로 연장되는 분류(分流)용 돌기부를 형성하는 것이 바람직하다. 전해액 공급구의 위쪽에 판상 댐퍼체를 설치하면, 공급되는 전해액은 판상 댐퍼체에 직접 충돌하고, 그 부분에서 와류 등의 복잡한 액 유동을 형성하기 쉽다. 따라서, 이 판상 댐퍼체의 판폭 중심에, 분류용 돌기부를 판 길이방향으로 형성해 두면, 판상 댐퍼체에, 직접 충돌하는 전해액은 분류용 돌기부에 의해 2방향으로 나뉘고, 회전음극 원주면 형상을 따라 부드럽게 상승하게 된다. 이 분류용 돌기부를판상 댐퍼체에 형성함으로써, 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성을 보다 확실하게 향상할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 금속박 전해 제조장치에서는, 전해액 공급구가 회전음극 폭방향으로 복수로 분할되어 있고, 분할된 전해액 공급구로부터 공급되는 전해액 유량을 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성을 보다 정밀하게 제어하는 것이 용이하게 된다. 본 발명에 따른 금속박 전해 제조장치는, 높은 생산효율을 실현하기 때문에, 비교적 대형의 회전음극이나 양극이 사용되는 일이 많으나, 이와 같은 대형의 금속박 전해 제조장치에서는, 장치를 구성하는 회전음극이나 양극의 재질을 균일하게 형성하는 것이 어렵고, 대형이 될수록, 장치마다의 전해석출의 편차가 생기기 쉽다. 이 때문에, 제조되는 금속박의 폭방향으로의 두께 편차도, 장치마다 다른 경향이 있다. 이와 같은 장치마다의 전해석출의 편석이 있는 경우라도, 각 장치에서의 박 폭방향의 두께 편차에 맞추어, 분할된 전해액 공급구로부터 공급되는 전해액의 유량을 조절하도록 하면, 본 발명에 따른 판상 댐퍼체의 효과와 상승하여, 금속박 폭방향에 대한 두께 균일성을 정밀하게 제어하는 것이 용이하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 금속박 전해 제조장치는, 종래부터 사용되고 있는 장치와 기본적으로 같은 구조로, 그 단면 개략을 도4에 도시하고 있다. 금속박 전해 제조장치(1)는, 금속박을 전착시키는 드럼 형상의 회전음극(2)과, 회전음극(2)의 원주면 형상을 따라 대향 배치된 양극(3)을 구비하고 있다. 이 회전음극(2)과 양극(3)은, 도시하지 않은 급전(給電)장치와 접속하고 있다. 그리고, 회전음극(2)은, 용적의 거의 절반이 전해액에 침지(浸漬)되도록 되어 있다. 양극(3)은, 2개로 분할되어 있고, 그 분할된 양극(3) 사이에는, 회전음극(2) 아래쪽에서 전해액을 공급하기 위한 전해액 공급구(4)를 갖춘 전해액 공급수단(5)이 설치되어 있다. 이 전해액 공급구(4)로부터 회전음극(2)을 향해 전해액을 공급하면, 도4의 점선으로 도시된 바와 같이, 전해액은 회전음극(2) 원주면 형상을 따라 상승하도록 유동하며, 전해조(7)로 흘러넘치도록 되어 있다. 회전음극(2) 원주면에 전해석출된 금속박(6)은, 회전음극(2)으로부터 분리되어, 가이드롤(8)을 통하여 권취롤(9)에 권취된다.

도1에는, 도4의 A로 둘러싼 부분을 확대한 사시도를 도시하고 있다. 전해액 공급수단(5)의 전해액 공급구(4)는, 회전음극(2)의 폭방향으로 복수개로 분할되어 있으며, 이 분할된 각 전해액 공급구(4', 4' ....)에는, 도시를 생략했으나, 공급하는 전해액의 유량을 조정하는 유량조정수단이 각각 구비되어 있다.

도2에는, 본 실시예에 있어서 금속박 전해 제조장치(1)에 판상 댐퍼체를 전해액 공급구(4)의 상부에 배치한 단면 확대도를 도시하고 있다. 또한, 도3은, 그 판상 댐퍼체를 부분적으로 확대하여 사시도로 도시하고 있다. 판상 댐퍼체(10)는, 회전음극(2)의 폭과 거의 같은 길이이며, 전해액 공급구(4)의 폭보다도 약간 긴 판폭을 가진 것이고, 그 판폭 중앙에, 분류용 돌기부(11)가 판 길이방향을 따라 형성되어 있다. 또한, 판상 댐퍼체(10)의 하면쪽, 즉, 전해액 공급구(4)에 대면하는 쪽에는, 분할된 전해액 공급구(4')에 맞춰 칸막이벽(12)이 설치되어 있다. 그리고, 이 칸막이벽(12)은, 전해액 공급구(4)의 양쪽에 위치하는 고정판(13)에 설치되어 있다. 따라서, 판상 댐퍼체(10)의 하부에는, 분할된 전해액 공급구(4',4' ... )에 맞춰서 액 유출구(14)를 형성하도록 되어 있다.

이 도2 및 도3에서 도시하는 판상 댐퍼체(10)를 전해액 공급구(4)의 상부에 배치하면, 도2의 화살표로 도시하는 바와 같이, 전해액 공급구(4)로부터 공급되는 전해액은, 판상 댐퍼체(10)에 충돌되게 되며, 또한, 분류용 돌기부(110에 의해, 그 유동방향을 변경하여 2방향으로 나뉘고, 회전음극(2) 원주면 형상을 따라 상승하는 액 유동상태를 형성하게 된다.

다음에, 본 실시예에 따른 금속박 전해 제조장치에 의해, 금속박으로서 동박을 제조하고, 제조된 동박의 박 폭방향에 대한 두께 분포 및 표면성상을 조사한 결과에 대하여 설명한다.

금속박으로서 동박을 제조하는 경우, 원주면 표면이 Ti제인 드럼 형상의 회전음극(직경 3m, 폭 1.35m)과, DSA라 부르는 불용성 양극을 이용하여, 회전음극과불용성 양극과의 간극이 약 20mm가 되도록 배치한 동박 전해 제조장치를 사용하였다. 그리고, 분류용 돌기부를 형성한 판상 댐퍼체는 Ti재료로 형성하고(칸막이판, 고정판도 Ti재료로 형성), 회전음극과 양극 사이의 중간위치에서, 전해액 공급구의 위쪽에 배치하였다. 이 판상 댐퍼체의 설치는, 양극과 고정판 사이에 절연재를 개재시켜 행하고, 판상 댐퍼체에 전해 전류가 흐르지 않도록 하였다. 또한, 전해액으로는 황산동 용액을 이용하였다.

이 동박 전해 제조장치에 있어서, 판상 댐퍼체를 배치한 경우와 배치하지 않은 경우에 있어서, 각각 전해처리를 하여 동박을 제조하고, 동박 폭방향에 대한 두께 분포 및 표면성상을 비교 조사하였다.

먼저, 동박 폭방향에 대한 두께 분포를 측정한 결과에 대하여 설명한다. 이 폭방향에 대한 두께 분포 측정은, 회전음극을 정지한 상태에서 전해액을 공급하여 전해처리한 동박에 의해 행하였다. 폭방향의 두께 분포상태를 측정한 샘플은, 두께 70㎛ 상당의 동박이 형성되도록 전해처리를 행하고, 전해처리 정지후, 회전음극의 반(半)원주면에 전해석출한 동박을 떼어낸 것을 이용하였다. 이 정지전해에 의해 얻어진 샘플로부터, 회전음극 원주면의 원주방향으로 길이 150mm×폭 1350mm(회전음극 폭)의 밴드형상(帶狀) 시료를, 전해액 공급구와 대향하는 부분을 중심으로, 전후(前後) 2매씩, 합계 4매를 잘라내었다(A~ D).

그리고, 이 잘라낸 각 밴드형상 시료는, 또한 폭 10mm×길이 100mm의 직사각형 형상으로 세분하였다. 이 세분된 밴드형상 시료는, 폭방향으로 84개의 직사각형으로 분할하였다. 그리고, 이 직사각형의 각 질량을 측정함으로써, 질량두께(g/㎡)를 산출하고, 이 값을 동박의 두께로 하였다.

정지전해에서 잘라낸 4개의 밴드형상 시료(A~ D)에 대하여, 84개로 분할한 직사각형의 각 질량을 측정하고, 그 폭방향위치에 맞추어 그린 것을 도5 및 도6에 도시한다.

도5는 판상 댐퍼체를 배치한 경우이며, 도6은 판상 댐퍼체를 배치하지 않은 경우를 도시하고 있다. 이 밴드형상 시료(A~ D)에 있어서, 밴드형상 시료 B와 C와의 사이가 전해액 공급구에 대향하는 부분에 상당하는 위치이다. 또, 도5 및 도6에서는, 밴드형상 시료로부터 84개로 분할한 직사각형 중 최대질량두께값을 특정하여, 각 직사각형의 질량두께값과 최대질량두께값을 각각 계산하고, 각 질량두께차를 최대질량두께값으로 나눔으로써, 각 두께비율(%)값을 산출하여, 그 값을 나타내고 있다.

판상 댐퍼체를 배치하지 않은 경우, A~ D의 밴드형상 시료 전체를 보면, 최대 14.2%의 질량두께의 차이가 생기며, 평균 6.5%의 질량두께 차이가 있다. 또한, 도6을 보면 알 수 있는 바와 같이, 판상 댐퍼체를 배치하지 않으면, A~ D의 각 밴드형상 시료에서 폭방향의 질량두께에 상당한 편차가 생기며, 이때의 표준편차는 3.05(A~ D의 모든 데이타에 의해 산출한 값)이었다.

한편, 판상 댐퍼체를 배치한 경우, 최대라 해도 10.8%의 질량두께 차로 저감되며, 평균 3.4%의 질량두께 차가 되었다. 그리고, 도5를 보면 알 수 있는 바와 같이, 판상 댐퍼체를 배치하면, A~ D의 각 밴드형상 시료에 있어서 폭방향의 질량두께는 매우 균일하게 되며, 표준편차도 1.89(A~ D의 모든 데이타에 의해 산출한 값)가 되는 것이 확인되었다. 또, 본 실시예에서의 폭방향의 두께분포 조사는, 폭 10mm×길이 100mm의 직사각형으로 세분화한 것으로 하였지만, 동박 폭방향에서 이와 같은 정밀한 수준으로 분할한 경우에 있어서, 표준편차 1.89라는 낮은 편차로 제어할 수 있었던 것은, 종래의 동박 제조장치에서 전혀 이룰 수 없었던 것이다.

계속하여, 동박의 표면성상조사를 행한 결과에 대하여 설명한다. 표면성상의 비교조사는, 두께 35㎛의 동박을 길이 10m 제조하여, 얻어진 동박의 조면(粗面)(매트면; 전해석출 종료면에 상당하는 표면)에서 이상석출을 관찰함으로써 행하였다. 이 이상석출이라 함은, 제조되는 금속박 표면의 전해석출면 쪽에 있어서, 주변보다도 특이하게 돌출 융기된 상태로 석출되어 있는 부분을 말하는 것이다. 이 표면성상의 조사는, 제조한 동박으로부터 100mm×100mm 사각형의 샘플을 무작위로 채취하고, 그 샘플의 조면 쪽을 실체 현미경(stereoscopic microscope)으로 관찰하여, 이상석출의 존재 유무를 확인함으로써 행하였다.

그 결과, 판상 댐퍼체를 설치하지 않은 경우의 동박에서는, 거의 모든 샘플에서, 이상석출이라 생각되는 것이 많이 확인되었다. 한편, 판상 댐퍼체를 설치한 경우의 동박에서는, 어떠한 샘플에서도, 이상석출이라 생각되는 것은 매우 적어, 판상 댐퍼체가 이상석출의 저감에 효과적인 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 드럼 형상의 회전음극을 이용하여 전해석출에 의해 금속박을 연속적으로 제조하는 경우에 있어서, 금속박의 폭방향에 대한 두께 균일성을 정밀하게 제어할 수 있으며, 금속박 표면에 생기는 이상석출의 발생을 억제하는 것도 가능하게 된다.

Claims (3)

1. 금속박을 전착시키는 드럼 형상의 회전음극과, 상기 회전음극의 원주면 형상을 따라 대향 배치된 양극과, 회전음극과 양극 사이에 회전음극의 아래쪽으로부터 전해액을 공급하는 전해액 공급구를 갖는 액 공급수단을 구비하고,

   액 공급수단으로부터 전해액을 공급하면서 전해반응에 의해 회전음극 원주면에 금속을 전착하고, 전착된 금속박을 회전음극으로부터 연속적으로 떼어 내는 금속박 전해 제조장치에 있어서,

   액 공급수단은, 전해액 공급구의 위쪽에, 회전음극 폭방향으로 연장되는 판상 댐퍼체(plate-like damper body)를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속박 전해 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   판상 댐퍼체는, 판 폭중심에, 판 길이방향으로 연장되는 분류(分流)용 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 금속박 전해 제조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   전해액 공급구는, 회전음극 폭방향으로 복수로 분할되며, 분할된 전해액 공급구로부터 공급하는 전해액 유량을 조정할 수 있는 것임을 특징으로 하는 금속박 전해 제조장치.