KR20070079451A - 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법 - Google Patents

Abstract

양극재 및 피도금재 사이의 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절함으로써, 피도금재상에 균일한 금속층을 형성한다.

본 발명의 도금 장치는, 도금액이 수용되는 도금조와, 도금조 내에 일부가 침지되고, 그 외주면을 따라 피도금재가 접촉되어 연속적으로 이송되는 드럼과, 도금조 내에 침지되고, 드럼에 대향 되도록 소정 간격 이격되어 설치된 단일 양극재와, 드럼과 양극재 사이에 설치되어 피도금재와 양극재 사이의 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 전류밀도 조절부재와, 피도금재를 일정 속도로 이송시키는 한 쌍의 권출 롤러 및 권취 롤러와, 도금조의 도입부 또는 도출부 측에 설치되어 상기 피도금재를 이송시킴과 동시에, 음전위가 인가되는 통전롤을 포함한다.

도금, 도금 장치, 통전, 전류 밀도, 차폐판

Description

도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법{Apparatus for metal coating and method thereof}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 도금 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도금 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

100..도금조 200..드럼 300..양극재

400..전류밀도 조절부재 500..이송 롤러 600..통전롤

본 발명은 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금 공정이 진행되는 동안 양극과 음극 사이의 전류 밀도 조절이 가능한 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 도금 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 피도금재에 금속층을 형성하기 위한 도금 장치는, 기본적으로 도금액을 수용하는 일정 형태의 도금조(11)와, 도금조(11) 내에 구비된 다수의 양극(30)과, 도금될 대상인 피도금재(1)를 도금조(11)로 공급하는 권출롤러(50)와, 도금이 완료된 피도금재(1)를 권취하는 권취롤러(55)와, 상기 피도금재(1)에 음전위를 인가하는 통전롤(60)을 포함한다.

상기 도금 장치에서, 통전롤(60)과 접촉되는 피도금재(1)는 음전위로 대전 되고, 양극(30)에는 양전위가 대전된다. 따라서, 양극(30)과 피도금재(1) 사이에서 도금액(12)의 전기 분해가 유발되며, 그 결과 도금액(12)에 포함된 금속 이온이 음전위로 대전된 피도금재(1)의 표면에 전착 되어 도금이 행해진다.

한편, 전류 밀도를 높이기 위해 드럼(20)을 회전시키면서 도금액(12)을 교반시키고, 또한 복수의 양극(30)에 인가되는 전류의 양을 다르게 함으로써 부분별 전류 밀도를 조절한다. 예컨대, 도금이 시작되는 도입부 부분은 금속 시드층이 얇아서 강한 전류를 인가할 수 없기 때문에 도금이 시작되는 부분을 0.1ASD(A/d㎡) 정도로 하고, 점점 상승시켜 도금이 완료되는 부분의 전류밀도는 3 내지 30ASD가 되도록 전류밀도를 조절한다.

그런데, 양극(30)별로 전류밀도를 조절하기 위해서는 각각의 양극에 정류기를 별도로 연결하여 전류의 크기를 조절해야 한다. 따라서, 도금 장치의 구성이 복잡해지고 전류밀도 제어가 상당히 번거롭다는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 단순한 장치 구성만으로도 용이한 전류 밀도 제어가 가능한 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 도금 장치는, 음극인 피도금재와 양극재 사이의 전류밀도를 조절하여 금속 시드층이 형성된 피도금재상에 금속층을 균일하게 형성한다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 도금 장치는, 도금액이 수용되는 도금조와, 도금조 내에 일부가 침지되고, 그 외주면을 따라 피도금재가 접촉되어 연속적으로 이송되는 드럼과, 도금조 내에 침지되고, 드럼에 대향 되도록 소정 간격 이격되어 설치된 단일 양극재와, 드럼과 양극재 사이에 설치되어 피도금재와 양극재 사이의 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 전류밀도 조절부재와, 피도금재를 일정 속도로 이송시키는 한 쌍의 권출 롤러 및 권취 롤러와, 도금조의 도입부 및 도출부 측에 설치되어 상기 피도금재를 이송시킴과 동시에, 음전위가 인가되는 통전롤을 포함한다.

바람직하게, 전류밀도 조절부재는 가로 또는 세로 길이가 다른 그물눈이 형성된 메쉬형 차폐판인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 도금 방법은, 도금조 내에 도금액을 충전시키는 단계와, 상기 도금조에 마련된 단일 양극재와 통전롤에 각각 양전위 및 음 전위를 인가하는 단계와 이송 롤러, 상기 통전롤 및 상기 드럼으로 피도금재를 순차적으로 이송시키는 단계와 상기 도금조 내에 수용된 상기 도금액 내로 피도금재를 유입시키면서 상기 단일 양극재 및 피도금재 사이에 배치된 전류밀도 조절부재의 배치 위치를 변화시켜 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 단계를 포함한다.

이러한 전류 밀도의 측정은 도금시마다 실시되어야 하는 것은 아니며, 전류 측정장치를 부착하지 않는다면 정지된 상태에서 도금하여 도금 두께를 측정함으로써 전류밀도 분포를 확인할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도금 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 도금 장치는, 도금액(110)을 수용하며 상부가 개방된 도금조(100)와, 상기 도금액(110)에 부분적으로 침지되어 회전하는 드럼(200)과, 상기 드럼(200)에 대향 되게 설치되고 양전위가 인가되는 양극재(300)와, 상기 드럼(200) 및 양극재(300) 사이에 배치된 차폐부재(400)와, 금속 시드층이 증착된 피도금재(10)을 도금조(100)로 공급하는 권출롤러(500a)와, 상기 도금조(100)에서 도금된 피도금재(10)을 권취하는 권취롤러(500b)와, 상기 드럼(200)과 권출롤러(500a) 및 권취롤러(500b) 사이에 각각 설치되어 피도금재(10)에 음전위를 인가하는 통전롤(600)을 포함한다.

도금조(100)는, 전해 도금 방식으로 금속 시드층이 형성된 피도금재(10) 상에 금속 전도층을 형성하기 위한 도금액(110)이 수용되는 곳으로, 도금액 공급장치(미도시)와 연결되어 연속적으로 도금액(110)을 보충받는다. 또한, 도금조(100)는 원통형 도금 방식에 적합하도록 그 상부면이 개구된 형태이다. 또한, 도 2에는 도금조(100)가 사각형상의 박스 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상부면이 개구되어 있다면 여러 형태로 다양하게 변형될 수 있다.

드럼(200)은, 도금조(100) 내에 부분적으로 침지된 상태에서 회전 가능하도록 설치된다. 드럼(200)의 회전은 도금조(100) 내에 수용된 도금액(110)을 교반시켜 전류밀도를 증가시킨다. 바람직하게 드럼(200)의 외주면은 도금액(110)과 반응하지 않는 수지 또는 세라믹 재질로 이루어진다. 금속 시드층이 형성된 피도금재(10)은 드럼(200)의 외주면을 따라 접촉되어 이송된다.

단일 양극재(300)는 도금조(100) 내에 완전히 침지되도록 드럼(200)의 하단에 설치된다. 그리고 드럼(200)과는 소정 간격 이격된다. 드럼(200)과 단일 양극재(300) 사이의 간격은 고정되지 않으며, 도금하려는 제품에 따라 최적의 분포를 갖 도록 조절된다.

또한, 단일 양극재(300)는 드럼(200)의 외주면과 대향 되도록 외주면의 형상과 닮은꼴인 아크형 형태인 것이 바람직하다. 단일 양극재(300)는 불용성 재료인 납 등의 금속 재질로 이루어지거나 도금 대상이 되는 금속 박판에 부합하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 동박판을 제조할 경우 동(Cu)을 사용할 수 있고, 니켈 박판을 제조할 경우 니켈(Ni)을 사용할 수 있다.

도 2에 도시되지는 않았으나, 상기 단일 양극재(300)에는 소정의 전원 공급 장치인 정류기(미도시)가 연결된다. 본 발명에서는 단일 양극재(300)를 사용하므로복수의 정류기를 사용할 필요가 없다.

전류밀도 조절부재(400)는 드럼(200) 및 단일 양극재(300) 사이에 설치되어, 피도금재(10)과 단일 양극재(300) 사이의 전류 밀도를 조절한다. 전류밀도 조절부재(400)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그물눈(410)으로 이루어진 메쉬형 차폐판인 것이 바람직하다. 그물눈(410)의 크기 즉, 가로 또는 세로 길이는 메쉬형 차폐판에 형성된 그물눈(410) 전체가 동일하지 않고 부분적으로 다르게 제작된다. 이는 전체적인 전류의 분포를 최적화 시키기 위한 것이다. 예를 들어, 도금이 시작되는 도입부 측으로부터 피도금재(10)의 진행 방향에 따라 도출부 측으로 갈수록 차폐판의 그물눈(410)의 크기를 점점 크게 한다. 즉, 도입부 측은 그물눈(410)을 조밀하게 하여 전류 밀도를 작게 조절하고, 도출부 측은 그물눈(410)을 성기게하여 전류 밀도를 크게 조절한다.

권출롤러(500a)는 피도금재(10)가 도금조(100)로 공급되는 도입부 측에 배 치되어 연속적으로 피도금재(10)를 공급한다. 그리고, 권취롤러(500b)는 도금된 피도금재(10)가 도금조(100)로부터 유출되는 도출부 측에 배치되어 피도금재(10)를 연속적으로 감는다. 권출롤러(500a) 및 권취롤러(500b)는 도금액(110)과 반응하지 않는 재질, 예컨대 부도체로 이루어지는 것이 바람직하다.

통전롤(600)은 드럼(200)을 기준으로 피도금재(10)의 도입부 및 도출부 측에 각각 배치되고 음전위가 인가된다. 피도금재(10)의 표면에는 금속 시드층이 형성되어 있으므로, 통전롤(600)에 접촉되어 이송되는 피도금재(10)는 음전위로 대전된다.

그러면, 상술한 구성에 따른 도금 장치를 이용한 도금 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도금조(100) 내에 도금될 금속이온이 포함된 도금액(110)을 충전시킨다. 이어서, 도금조(100) 내에 침지된 단일 양극재(200)에는 양전위를, 통전롤(600)에는 음전위를 인가한다.

이러한 상태에서, 권출롤러(500a)로부터 공급되는 피도금재(10)는 통전롤(600)을 통과하면서 음전위로 대전 되고 연속적으로 드럼(200)의 외주면을 따라 도금조(100)로 유입된다.

도금조(100)에 충전된 도금액(110) 내로 음극으로 대전된 피도금재(10)가 유입되면, 음전위로 대전된 피도금재(10)와 양전위로 대전된 양극재(300) 사이에는 전기장이 형성된다. 이에 따라, 도금액(110)에 포함된 금속 이온이 음전위로 대전된 피도금재(10) 측으로 이동하여 전착된다.

여기서, 양극재(300)와 피도금재(10) 사이의 도금액(110) 내에 흐르는 전류는, 전류 측정이 가능한 장치(미도시)를 하나 이상 삽입하여 부분별로 전류를 측정할 수 있다.

본 실시예에서는 전류를 조절하는 방법으로 다음의 두 가지 방법을 이용한다.

[제 1실시예]

피도금재(10)가 도금액(110) 내를 통과하면서 도금액(110)에 포함된 금속 이온은 피도금재(10)의 표면에 전착 된다. 드럼(200)의 외주면을 따라 이동하는 금속 시드층이 형성된 피도금재(10)과 이에 대향 되어 소정의 간격을 갖도록 배치된 양극재(300) 사이의 간격을 조절한다. 즉, 양극재(30)의 배치 위치를 변화시킨다. 예컨대, 피도금재(10)의 도금이 시작되는 도입부 부분은 전류 밀도가 작도록 피도금재(10) 및 양극재(30)사이의 간격을 상대적으로 넓게 조절하고, 도금이 완료되는 도출부 부분은 전류 밀도가 크도록 피도금재(10) 및 양극재(30) 사이의 간격을 상대적으로 좁게 조절한다. 따라서 양극재(30)와 피도금재(10) 사이의 간격이 일정하지 않고, 부분별로 간격이 변화되도록 양극재(30)를 배치한다.

[제 2실시예]

본 실시예에서는 양극재(300)와 드럼(200) 사이에 메쉬형 차폐판(400)을 배치하고, 이때, 메쉬형 차폐판(400)에 마련된 그물눈(410)은 그 크기가 동일하지 않고 일정한 비율로 크기가 다르게 제작된다. 예컨대, 도금액(110) 내로 유입되는 도입부 측에는 차폐판(400)에 형성된 그물눈(410)의 크기(가로 및 세로 길이)를 작게 하여 적은 양의 금속 이온이 그물눈을 통과하도록 하고, 도금액(110) 외부로 유출되는 도출부 측에는 차폐판(400)에 형성된 그물눈(410)의 크기를 크게 하여 금속 전도층이 도금된 피도금재(10) 상에 많은 양의 금속 이온이 전착 되도록 한다.

한편, 전류 분포를 최적화 시키기 위해서 상술한 실시예 1 및 실시예 2의 방법을 혼용하여도 무방하다.

상술한 바와 같이 양극 및 음극 사이의 전류 분포를 조절하면서 그 표면에 금속 전도층이 도금된 피도금재(10)은 권취부(500b)에 의해 권취되어 도금 과정이 완료된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면, 도금이 진행되기 전 또는 도금이 진행되는 동안 양극과 음극 사이의 전류를 측정하여 전류 분포를 최적화 시키고, 부분적으로 전류 밀도를 조절함으로써 피도금재 상에 균일한 금속층을 형성할 수 있다.

또한, 단일한 양극을 사용함으로써 설비 제작의 비용을 줄일 수 있어 저비용의 고신뢰성 도금 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 도금액이 수용되는 도금조;

   상기 도금조 내에 일부가 침지되고, 그 외주면을 따라 피도금재가 접촉되어 연속적으로 이송되는 드럼;

   상기 도금조 내에 침지되고, 상기 드럼에 대향 되도록 소정 간격 이격되어 설치된 단일 양극재;

   상기 드럼과 양극재 사이에 설치되어 상기 피도금재와 양극재 사이의 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 전류밀도 조절부재;

   상기 피도금재를 일정 속도로 이송시키는 한 쌍의 권출 롤러 및 권취 롤러; 및

   상기 도금조의 도입부 및 도출부 측에 설치되어 상기 피도금재를 이송시킴과 동시에, 상기 피도금재에 음전위를 인가하는 통전롤;을 포함하는 도금 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전류밀도 조절부재는 가로 또는 세로의 길이가 다른 그물눈이 형성된 메쉬형 차폐판인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 차폐판은, 피도금재의 진행 방향에 대하여 도입부 측에는 상대적으로 조밀한 그물눈이 마련되고, 도출부 측에는 상대적으로 성긴 그물눈이 마련된 것을 특징으로 하는 도금 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 양극재 및 상기 음극인 피도금재 사이에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 측정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 양극재는, 피도금재의 진행 방향에 대하여 도입부 측에서는 상기 양극재와 상기 피도금재 사이의 간격이 상대적으로 넓고, 도출부 측에서는 상기 양극재와 상기 피도금재 사이의 간격이 상대적으로 좁게 배치되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
6. 도금조 내에 도금액을 충전시키는 단계;

   상기 도금조에 마련된 단일 양극재와 통전롤에 각각 양전위 및 음전위를 인가하는 단계;

   이송 롤러, 상기 통전롤 및 상기 드럼으로 피도금재를 순차적으로 이송시키는 단계;

   상기 도금조 내에 수용된 상기 도금액 내로 피도금재를 유입시키면서 상기 단일 양극재 및 상기 피도금재 사이의 전류를 측정하는 단계; 및

   측정되는 전류값에 의존하여 상기 단일 양극재의 배치를 변화시켜 상기 단일 양극재 및 피도금재 사이의 간격을 다르게 하여 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 단계;를 포함하는 도금 방법.
7. 도금조 내에 도금액을 충전시키는 단계;

   상기 도금조에 마련된 단일 양극재와 통전롤에 각각 양전위 및 음전위를 인가하는 단계;

   이송 롤러, 상기 통전롤 및 상기 드럼으로 피도금재를 순차적으로 이송시키는 단계; 및

   상기 도금조 내에 수용된 상기 도금액 내로 피도금재를 유입시키면서 상기 단일 양극재 및 상기 피도금재 사이에 배치된 전류밀도 조절부재의 배치 위치를 변화시켜 전류 밀도를 부분별로 다르게 조절하는 단계;를 포함하는 도금 방법.

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