KR20200012207A - 연속 도금 장치 - Google Patents

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KR20200012207A
KR20200012207A KR1020180087194A KR20180087194A KR20200012207A KR 20200012207 A KR20200012207 A KR 20200012207A KR 1020180087194 A KR1020180087194 A KR 1020180087194A KR 20180087194 A KR20180087194 A KR 20180087194A KR 20200012207 A KR20200012207 A KR 20200012207A
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켄지 오가와
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히로세코리아 주식회사
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Abstract

장기간에 걸쳐 안정적으로 고속 도금이 가능한 연속 도금 장치가 제공된다. 연속 도금 장치는, 제1 금속 이온을 공급하는 금속 전극이 배치되는 공급실, 제1 불용성 전극이 배치되는 음극실, 공급실과 음극실을 분리하는 제1 유리 격막, 피도금물이 배치되는 도금실, 제2 불용성 전극이 배치되는 양극실, 및 도금실과 양극실을 분리하는 제2 유리 격막을 포함하고, 제1 금속 이온을 포함하는 도금액이 공급실과 도금실을 순환하고, 산성 용액을 포함하는 전해액이 음극실과 양극실을 순환한다.

Description

연속 도금 장치{CONTINUOUS PLATING APPARATUS}
본 발명은 연속 도금 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고속 도금이 가능한 연속 도금 장치에 관한 것이다.
피도금물에 도금막을 형성하기 위한 방법으로, 도금조 내의 도금액을 이용하여 음극에서 피도금물에 대한 도금을 수행함과 동시에 양극에서 금속 전극을 용해시키는 방법이 사용될 수 있다.
한편, 높은 전류 밀도를 이용하여 단시간에 도금을 수행하는 고속 도금이 요구되는 경우가 있다. 예를 들어, 커넥터용 단자에 대한 니켈 도금 장치와 같이 소형화된 도금 장치에서는 고속 도금이 요구될 수 있다.
그러나, 일정 수준 이상의 높은 전류 밀도에서는, 음극에서 도금되는 금속량과 양극에서 용해되는 금속량에 차이가 발생하여, 도금막이 타서 붙게 되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해 도금액에 금속 부족분을 보급해주는 방법이 이용될 수 있으나, 이는 도금액을 흘러넘치게 하여 도금조의 유지 관리를 어렵게 하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 장기간에 걸쳐 안정적으로 고속 도금이 가능한 연속 도금 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 제1 금속 이온을 공급하는 금속 전극이 배치되는 공급실, 제1 불용성 전극이 배치되는 음극실, 공급실과 음극실을 분리하는 제1 유리 격막, 피도금물이 배치되는 도금실, 제2 불용성 전극이 배치되는 양극실, 및 도금실과 양극실을 분리하는 제2 유리 격막을 포함하고, 제1 금속 이온을 포함하는 도금액이 공급실과 도금실을 순환하고, 산성 용액을 포함하는 전해액이 음극실과 양극실을 순환한다.
몇몇 실시예에서, 금속 전극은 니켈(Ni), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 금속 전극은, 제1 금속 이온을 공급하는 제1 금속과, 제1 금속 이온과 다른 제2 금속 이온을 공급하는 제2 금속을 포함하고, 도금액은 제2 금속 이온을 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 제1 금속과 제2 금속은 전기적으로 병렬 연결된다.
몇몇 실시예에서, 제1 금속은 니켈(Ni)을 포함하고, 제2 금속은 텅스텐(W)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 제1 유리 격막 및 제2 유리 격막은 수소 이온을 통과시키고, 제1 금속 이온을 통과시키지 않는다.
몇몇 실시예에서, 제1 불용성 전극 및 제2 불용성 전극은, 이리듐 전극, 백금 전극, 탄소 전극, 귀금속 산화물 전극(MMO) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 양극이 금속 전극에 연결되고, 음극이 제1 불용성 전극에 연결되는 제1 전원과, 양극이 제2 불용성 전극에 연결되고, 음극이 피도금물에 연결되는 제2 전원을 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 제1 불용성 전극 및 제2 불용성 전극은 전해액에 대하여 불용성이다.
몇몇 실시예에서, 피도금물에 50 내지 300 A/dm2의 전류 밀도가 인가된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 피도금물의 적어도 일부에 대한 도금이 수행되는 도금조, 및 도금조에 니켈 이온을 공급하는 공급조를 포함하고, 공급조는, 니켈(Ni)을 포함하며, 양의 전압이 인가되는 제1 금속이 배치되는 공급실과, 음의 전압이 인가되는 불용성 전극이 배치되는 음극실과, 공급실과 음극실을 분리하는 유리 격막을 포함하고, 공급실에 니켈 이온을 포함하는 도금액이 제공되고, 음극실에 산성 용액을 포함하는 전해액이 제공된다.
몇몇 실시예에서, 공급실 내에, 텅스텐(W)을 포함하며, 양의 전압이 인가되는 제2 금속을 더 포함하고, 도금액은 텅스텐 이온을 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 도금액은 술팜산 니켈(Nickel Sulfamate) 및 텅스텐산 나트륨(Sodium Tungstate)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 피도금물은 커넥터용 단자를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 피도금물의 표면의 일부가 도금액과 접촉하도록 도금액을 공급하는 부분 도금 장치를 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 전해액은 황산 용액을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 도금실과 양극실을 분리하는 격막을 이용하며, 양극으로 불용성 전극을 이용하므로, 높은 전류 밀도에서 금속의 용해 속도가 저해되는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 유리 격막을 이용하여 도금액과 불용성 전극을 분리하고, 유리 격막을 이용하여 도금액과 불용성 전극을 분리함으로써, 도금액의 전기 전도도가 저해되는 것을 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 공급실과 음극실을 분리하는 격막 및 도금실과 양극실을 분리하는 격막으로 유리 격막을 이용하여, 강산 용액에서 장기간에 걸쳐 안정적으로 도금을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 공급조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 도금조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
구성 요소가 다른 구성 요소의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 다른 구성 요소의 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 2는 도 1의 공급조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 3은 도 1의 도금조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 공급조(10) 및 도금조(20)를 포함한다.
몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 공급조(10)의 금속 전극(110)으로부터 공급되는 금속 양이온을 이용하여, 도금조(20)의 피도금물(210)에 대한 연속 도금을 수행할 수 있다.
공급조(10)는 공급실(12), 음극실(14) 및 제1 유리 격막(130)을 포함할 수 있다.
공급실(12)에는 금속 전극(110)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 금속 전극(110)은 막대 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 금속 전극(110)은 공급실(12) 내에 고정되는 복수의 구슬형 금속을 포함할 수도 있다.
금속 전극(110)은 피도금물(210)에 도금되는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 금속 전극(110)은 후술되는 도금액(60)에 대하여 가용성일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금속 전극(110)은 니켈(Ni), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 이하에서 금속 전극(110)은 니켈(Ni)을 포함하는 것으로 설명한다.
공급실(12)에는 도금액(60)이 제공될 수 있다. 금속 전극(110)은 공급실(12) 내의 도금액(60)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 금속 전극(110)은 도금액(60) 내에 잠기도록 배치될 수 있다.
도금액(60)은 금속 전극(110)에 포함되는 금속 원소의 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60)은 금속 이온(M+)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도금액(60)은 니켈 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60)은 술팜산 니켈(Nickel Sulfamate)을 포함하는 수용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도금액(60)은 예를 들어, 제1 배관(42)을 통해 공급실(12) 외부로 배출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 배관(42)을 통해 배출된 도금액(60)은 후술되는 도금실(22)에 공급될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 배관(42)에 제1 밸브(52)가 제공될 수 있다. 제1 밸브(52)는 공급실(12) 외부로 배출되는 도금액(60)의 유량을 조절할 수 있다.
금속 전극(110)에는 양의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 금속 전극(110)은 제1 전원(P1)의 양극(+)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 금속 전극(110)은 용해되어 후술되는 도금액(60) 내에 금속 이온(M+)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 금속 전극(110)은 하기 반응식 1에 따라 도금액(60) 내에 금속 이온(M+)을 제공할 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00001
음극실(14)에는 제1 불용성 전극(120)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 제1 불용성 전극(120)은 막대 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 불용성 전극(120)은 후술되는 전해액(70)에 대하여 불용성일 수 있다. 제1 불용성 전극(120)은 예를 들어, 이리듐 전극(예를 들어, 티타늄 상에 산화 이리듐이 형성된 전극), 백금 전극(예를 들어, 티타늄 상에 백금이 형성된 전극), 탄소 전극, 귀금속 산화물 전극(MMO; mixed metal oxide) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
음극실(14)에는 전해액(70)이 제공될 수 있다. 제1 불용성 전극(120)은 음극실(14) 내의 전해액(70)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 불용성 전극(120)은 전해액(70) 내에 잠기도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전해액(70)은 산성 용액을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전해액(70)은 황산 용액을 포함할 수 있다.
전해액(70)은 예를 들어, 제2 배관(44)을 통해 음극실(14) 외부로 배출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 배관(44)을 통해 배출된 전해액(70)은 후술되는 양극실(24)에 공급될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 배관(44)에 제2 밸브(54)가 제공될 수 있다. 제2 밸브(54)는 음극실(14) 외부로 배출되는 전해액(70)의 유량을 조절할 수 있다.
제1 불용성 전극(120)에는 음의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 불용성 전극(120)은 제1 전원(P1)의 음극(-)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 불용성 전극(120)은 후술되는 전해액(70)에 전자(e-)를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 불용성 전극(120)으로부터 제공된 전자(e-)는 전해액(70) 내의 수소 이온(H+)과 결합하여 수소 기체(H2)를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 불용성 전극(120)은 아래 반응식 2에 따라 수소 기체(H2)를 발생시킬 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00002
제1 유리 격막(130)은 공급실(12)과 음극실(14)을 분리할 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 제1 유리 격막(130)은 공급실(12)과 음극실(14) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 유리 격막(130)은 도금액(60) 및 전해액(70)과 접촉하도록 배치될 수 있다.
제1 유리 격막(130)은 음극실(14)의 제1 불용성 전극(120)으로부터 생성된 기체가 공급실(12)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리 격막(130)은 음극실(14)로부터 생성된 수소 기체가 도금액(60)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
제1 유리 격막(130)은 다공질 유리를 포함할 수 있다. 제1 유리 격막(130)은 예를 들어, pH 미터(pH meter) 전극에 사용되는 다공질 유리를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 유리 격막(130)은 도금액(60) 내의 금속 이온(M+)이 음극실(14)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 유리 격막(130)은 도금액(60) 내의 금속 이온(M+)을 통과시키지 않을 수 있다.
반면에, 수소 이온(H+)은 제1 유리 격막(130)을 용이하게 통과할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60) 내의 수소 이온(H+) 또는 전해액(70) 내의 수소 이온(H+)은 제1 유리 격막(130)을 통과할 수 있다. 수소 이온(H+)은 금속 이온(M+)보다 작으므로, 다공질 유리를 포함하는 제1 유리 격막(130)을 용이하게 통과할 수 있다.
도금조(20)는 도금실(22), 양극실(24) 및 제2 유리 격막(230)을 포함할 수 있다.
도금실(22)에는 피도금물(210)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 피도금물(210)은 막대 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
피도금물(210)은 도금의 대상이 되는 물체일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치에 의해, 피도금물(210)의 표면 상에 도금막(111)이 형성될 수 있다. 도금막(111)은 금속 전극(110)에 포함되는 금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도금막(111)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
피도금물(210)은 도전체일 수 있다. 예를 들어, 피도금물(210)은 구리(Cu) 또는 구리 합금을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 피도금물(210)은 커넥터용 단자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치에 의해, 니켈(Ni) 도금막이 표면에 형성된 커넥터용 단자가 제공될 수 있다.
도금실(22)에는 도금액(60)이 제공될 수 있다. 피도금물(210)의 적어도 일부는 도금액(60)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 도 1 및 도 3에서, 피도금물(210)은 도금액(60) 내에 잠기는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 부분 도금을 위해, 피도금물(210)은 그 일부만이 도금액(60)과 접촉하도록 배치될 수도 있다.
도금액(60)은 예를 들어, 제1 배관(42)을 통해 도금실(22) 내부로 공급될 수 있다. 이에 따라, 금속 이온(M+)을 포함하는 도금액(60)이 도금실(22)에 제공될 수 있다.
도금액(60)은 예를 들어, 제3 배관(46)을 통해 도금실(22) 외부로 배출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제3 배관(46)에 제3 밸브(56)가 제공될 수 있다. 제3 밸브(56)는 도금실(22) 외부로 배출되는 도금액(60)의 유량을 조절할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제3 배관(46)을 통해 배출된 도금액(60)은 공급실(12)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 도금액(60)은 공급실(12)과 도금실(22)을 순환할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60)은 제1 펌프(32)에 의해 공급실(12)과 도금실(22)을 순환할 수 있다. 도 1에서, 제1 배관(42)과 제3 배관(46)이 모두 제1 펌프(32)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 배관(42)과 제3 배관(46)은 서로 다른 펌프에 연결될 수도 있다.
피도금물(210)에는 음의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 피도금물(210)은 제2 전원(P2)의 음극(-)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 피도금물(210)은 도금액(60)에 전자(e-)를 제공할 수 있다. 피도금물(210)로부터 제공된 전자(e-)는 도금액(60) 내의 금속 이온(M+)과 결합하여 도금막(111)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도금막(111)은 하기 반응식 3에 따라 피도금물(210)의 표면 상에 형성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure pat00003
양극실(24)에는 제2 불용성 전극(220)이 배치될 수 있다. 도 1 및 도 3에서, 제2 불용성 전극(220)은 막대 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 불용성 전극(220)은 전해액(70)에 대하여 불용성일 수 있다. 제2 불용성 전극(220)은 예를 들어, 이리듐 전극(예를 들어, 티타늄 상에 산화 이리듐이 형성된 전극), 백금 전극(예를 들어, 티타늄 상에 백금이 형성된 전극), 탄소 전극, 귀금속 산화물 전극(MMO; mixed metal oxide) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 불용성 전극(220)은 제1 불용성 전극(120)과 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있다.
양극실(24)에는 전해액(70)이 제공될 수 있다. 제2 불용성 전극(220)은 양극실(24) 내의 전해액(70)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 불용성 전극(220)은 전해액(70) 내에 잠기도록 배치될 수 있다.
전해액(70)은 예를 들어, 제2 배관(44)을 통해 양극실(24) 내부로 공급될 수 있다. 이에 따라, 산성 용액을 포함하는 전해액(70)이 양극실(24)에 제공될 수 있다.
전해액(70)은 예를 들어, 제4 배관(48)을 통해 양극실(24) 외부로 배출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제4 배관(48)에 제4 밸브(58)가 제공될 수 있다. 제4 밸브(58)는 양극실(24) 외부로 배출되는 전해액(70)의 유량을 조절할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제4 배관(48)을 통해 배출된 전해액(70)은 음극실(14)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 전해액(70)은 음극실(14)과 양극실(24)을 순환할 수 있다. 예를 들어, 전해액(70)은 제2 펌프(34)에 의해 음극실(14)과 양극실(24)을 순환할 수 있다. 도 1에서, 제2 배관(44)과 제4 배관(48)이 모두 제2 펌프(34)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 배관(44)과 제4 배관(48)은 서로 다른 펌프에 연결될 수도 있다.
제2 불용성 전극(220)에는 양의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제2 불용성 전극(220)은 제2 전원(P2)의 양극(+)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 불용성 전극(220)은 전해액(70)으로부터 전자(e-)를 제공받을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전해액(70) 내의 수산화 이온(OH-)은 제2 불용성 전극(220)에 전자(e-)를 제공함으로써 산소 기체(O2)를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 불용성 전극(220)은 아래 반응식 4에 따라 산소 기체(O2)를 발생시킬 수 있다.
[반응식 4]
Figure pat00004
몇몇 실시예에서, 양극실(24)의 전해액(70) 내의 수산화 이온(OH-)이 소모됨으로써, 르 샤틀리에의 원리(Le Chatelier's Principle)에 따라 양극실(24)의 전해액(70) 내에 수소 이온(H+)이 생성될 수 있다.
제2 유리 격막(230)은 도금실(22)과 양극실(24)을 분리할 수 있다. 예를 들어, 도시된 것처럼, 제2 유리 격막(230)은 도금실(22)과 양극실(24) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제2 유리 격막(230)은 도금액(60) 및 전해액(70)과 접촉하도록 배치될 수 있다.
제2 유리 격막(230)은 다공질 유리를 포함할 수 있다. 제2 유리 격막(230)은 예를 들어, pH 미터(pH meter) 전극에 사용되는 다공질 유리를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 유리 격막(230)은 제1 유리 격막(130)과 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있다.
제2 유리 격막(230)은 양극실(24)의 제2 불용성 전극(220)으로부터 생성된 산소 기체가 도금실(22)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 유리 격막(230)은 도금액(60) 내의 금속 이온(M+)이 양극실(24)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 유리 격막(230)은 도금액(60) 내의 금속 이온(M+)을 통과시키지 않을 수 있다.
반면에, 수소 이온(H+)은 제2 유리 격막(230)을 용이하게 통과할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60) 내의 수소 이온(H+) 또는 전해액(70) 내의 수소 이온(H+)은 제2 유리 격막(230)을 통과할 수 있다. 수소 이온(H+)은 금속 이온(M+)보다 작으므로, 다공질 유리를 포함하는 제2 유리 격막(230)을 용이하게 통과할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 전원(P1)과 제2 전원(P2)은 서로 별개의 전원을 구성할 수 있다. 예를 들어, 공급조(10)에 제공되는 제1 전원(P1)과 도금조(20)에 제공되는 제2 전원(P2)은 별개로 제어될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 전원(P1)과 제2 전원(P2)은 하나의 전원을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 공급실(12)의 금속 전극(110)과 양극실(24)의 제2 불용성 전극(220)은 모두 제1 전원의 양극(+)에 연결될 수 있고, 음극실(14)의 제1 불용성 전극(120)과 도금실(22)의 피도금물(210)은 모두 제1 전원의 음극(-)에 연결될 수도 있다.
일정 수준 이상의 높은 전류 밀도에서는, 음극에서 도금되는 금속량과 양극에서 용해되는 금속량에 차이가 발생하여, 도금막이 타서 붙게 되는 문제가 있다. 그러나, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 도금실(22)과 양극실(24)을 분리하는 격막(예를 들어, 제2 유리 격막(230))을 이용하며, 양극으로 불용성 전극(예를 들어, 제2 불용성 전극(220))을 이용하므로, 높은 전류 밀도에서 금속의 용해 속도가 저해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 고속 도금이 가능한 도금 장치를 제공할 수 있다.
불용성 전극을 사용함으로써 도금액 내에 발생되는 기포는 도금액의 전기 전도도를 감소시키는 원인이 된다. 그러나, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 제1 유리 격막(130)을 이용하여 도금액(60)과 제1 불용성 전극(120)을 분리하고, 제2 유리 격막(230)을 이용하여 도금액(60)과 제2 불용성 전극(220)을 분리함으로써, 도금액(60)의 전기 전도도가 저해되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 공급실(12)과 음극실(14)을 분리하는 격막 및 도금실(22)과 양극실(24)을 분리하는 격막으로 유리 격막을 이용할 수 있다. 이온교환수지 격막과 같은 유기 격막과 달리, 유리 격막은 강산에 강하므로, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 강산 용액에서 도금이 가능한 도금 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 황산계 니켈 도금액에서 도금이 가능한 도금 장치를 제공할 수 있다. 또한, 유리 격막은 내구성이 강하여 장기간에 걸쳐 안정적으로 도금이 가능한 연속 도금 장치가 제공될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치에서, 도금액(60)은 공급실(12)과 도금실(22)을 순환할 수 있다. 이에 따라, 도금실(22)에서 소모되는 금속 이온(M+)은 공급실(12)로부터 계속적으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 커넥터용 단자에 대한 니켈 도금을 위해, 도금실(22)에서 소모되는 니켈 이온은 공급실(12)로부터 계속적으로 공급될 수 있다. 이에 따라, 장기간에 걸쳐 안정적으로 도금액 공급이 가능한 연속 도금 장치가 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 4를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치에서, 금속 전극(110)은 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)을 포함한다.
제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 피도금물(210)에 도금되는 금속을 포함할 수 있다. 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 서로 다른 금속을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 금속(112)은 니켈(Ni)을 포함하고, 제2 금속(114)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
도금액(60)은 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)에 포함되는 금속 원소의 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60)은 제1 금속 이온(M1+) 및 제2 금속 이온(M2+)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도금액(60)은 니켈 이온 및 텅스텐 이온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도금액(60)은 술팜산 니켈(Nickel Sulfamate) 및 텅스텐산 나트륨(Sodium Tungstate)을 포함하는 수용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 금속(112) 및 제2 금속(114)에는 양의 전압이 인가될 수 있다. 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)은 제1 전원(P1)의 양극(+)에 병렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속(112)은 용해되어 도금액(60) 내에 제1 금속 이온(M1+)을 제공할 수 있고, 제2 금속(114)은 용해되어 도금액(60) 내에 제2 금속 이온(M2+)을 제공할 수 있다.
이에 따라, 제1 금속(112) 및 제2 금속(114)에 포함되는 금속 원소를 포함하는 도금막(111)이 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도금막(111)은 니켈-텅스텐(Ni-W)을 포함할 수 있다.
이하에서, 하기 실시예 1을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치의 효과를 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
술팜산 니켈 50 g/L (Ni 9 g/L), 텅스텐산 나트륨 65 g/L (W 36 g/L), 구연산 암모늄 100 g/L 및 이온 교환수를 혼합하여 pH 5.0의 도금액(60)을 제조하였다. 제1 금속(112)으로 니켈(Ni) 금속 전극을 이용하였고, 제2 금속(114)으로 텅스텐(W) 금속 전극을 이용하였다. 전해액(70)으로 4 N(노르말) 농도의 황산 용액을 이용하였다. 제조된 도금액(60)으로, 50 ℃의 도금조(20)에서, 100 A/dm2의 전류 밀도로 48시간 동안 연속적으로 피도금물(210)에 대한 도금을 수행하였다.
제1 전원(P1)을 이용하여 피도금물(210)에 약 5.6 A의 전류를 흘렸고, 제2 전원(P2)을 이용하여 니켈(Ni) 금속 전극에 약 3.1 A의 전류를 흘렸고, 제2 전원(P2)을 이용하여 텅스텐(W) 금속 전극에 약 1.3 A의 전류를 흘렸다.
이를 통해, 텅스텐(W) 함량이 30 중량%인 니켈-텅스텐(Ni-W) 도금막을 형성하였다. 연속 도금 과정에서 전류 효율은 약 50 %로 안정적이었고, 니켈(Ni) 금속 전극 및 텅스텐(W) 금속 전극의 용해 효율은 100 %였다. 니켈-텅스텐(Ni-W) 도금막의 두께는 약 0.05 μm로 일정하였고, 도금막 외관에 노듈(nodule)이나 타서 붙는 현상은 발견되지 않았다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 5를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는 부분 도금 장치(240)를 더 포함한다.
부분 도금 장치(240)는 도금실(22)에 배치될 수 있다. 부분 도금 장치(240)는 피도금물(210)의 표면의 일부에 도금액(60)을 제공하여, 피도금물(210)의 표면의 일부에 도금막(111)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 피도금물(210)에 대한 부분 도금이 수행될 수 있다.
부분 도금 장치(240)는 예를 들어, 피도금물(210)의 일부에 도금액(60)을 분사함으로써 부분 도금을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 피도금물(210)의 표면의 일부에 도금액(60)을 제공하는 것이라면 부분 도금 장치(240)의 형상은 무관한다.
부분 도금 장치(240)는 예를 들어, 제1 배관(42)과 연결되어 도금실(22) 내에 도금액(60)을 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한 것과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략한다.
도 6을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치에서, 양극실(24)은 제1 실(24a) 및 제2 실(24b)을 포함한다.
제1 실(24a) 및 제2 실(24b)은 도금실(22)을 사이에 두고 배치될 수 있다. 제1 실(24a) 및 제2 실(24b)은 도금실(22)에 의해 서로 이격될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 실(24a) 및 제2 실(24b)은 서로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 제1 실(24a) 및 제2 실(24b)은 서로 연결되어 도금실(22)을 둘러쌀 수도 있다.
제1 실(24a) 및 제2 실(24b)에는 각각 제2 불용성 전극(220a, 220b)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 실(24a) 및 제2 실(24b)은 각각 제2 유리 격막(230a, 230b)에 의해 도금실(22)과 분리될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도금실(22)에는 롤러(250)가 더 배치될 수 있다. 롤러(250)는 피도금물(210)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 따른 연속 도금 장치는, 롤러(250)를 이용하여 피도금물(210)을 회전시키면서 피도금물(210)의 표면 상에 도금막(111)을 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 공급조 20: 도금조
12: 공급실 14: 음극실
22: 도금실 24: 양극실
32, 34: 펌프 42, 44, 46, 48: 배관
52, 54, 56, 58: 밸브 60: 도금액
70: 전해액 110: 금속 전극
120: 제1 불용성 전극 130: 제1 유리 격막
210: 피도금물 220: 제2 불용성 전극
230: 제2 유리 격막

Claims (16)

  1. 제1 금속 이온을 공급하는 금속 전극이 배치되는 공급실;
    제1 불용성 전극이 배치되는 음극실;
    상기 공급실과 상기 음극실을 분리하는 제1 유리 격막;
    피도금물이 배치되는 도금실;
    제2 불용성 전극이 배치되는 양극실; 및
    상기 도금실과 상기 양극실을 분리하는 제2 유리 격막을 포함하고,
    상기 제1 금속 이온을 포함하는 도금액이 상기 공급실과 상기 도금실을 순환하고,
    산성 용액을 포함하는 전해액이 상기 음극실과 상기 양극실을 순환하는 연속 도금 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 전극은 니켈(Ni), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 연속 도금 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 전극은, 상기 제1 금속 이온을 공급하는 제1 금속과, 상기 제1 금속 이온과 다른 제2 금속 이온을 공급하는 제2 금속을 포함하고,
    상기 도금액은 상기 제2 금속 이온을 더 포함하는 연속 도금 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 금속과 상기 제2 금속은 전기적으로 병렬 연결되는 연속 도금 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 금속은 니켈(Ni)을 포함하고, 상기 제2 금속은 텅스텐(W)을 포함하는 연속 도금 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유리 격막 및 상기 제2 유리 격막은 수소 이온을 통과시키고, 상기 제1 금속 이온을 통과시키지 않는 연속 도금 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 불용성 전극 및 상기 제2 불용성 전극은, 이리듐 전극, 백금 전극, 탄소 전극, 귀금속 산화물 전극(MMO) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 연속 도금 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    양극이 상기 금속 전극에 연결되고, 음극이 상기 제1 불용성 전극에 연결되는 제1 전원과,
    양극이 상기 제2 불용성 전극에 연결되고, 음극이 상기 피도금물에 연결되는 제2 전원을 더 포함하는 연속 도금 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 불용성 전극 및 상기 제2 불용성 전극은 상기 전해액에 대하여 불용성인 연속 도금 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 피도금물에 50 내지 300 A/dm2의 전류 밀도가 인가되는 연속 도금 장치.
  11. 피도금물의 적어도 일부에 대한 도금이 수행되는 도금조; 및
    상기 도금조에 니켈 이온을 공급하는 공급조를 포함하고,
    상기 공급조는,
    니켈(Ni)을 포함하며, 양의 전압이 인가되는 제1 금속이 배치되는 공급실과,
    음의 전압이 인가되는 불용성 전극이 배치되는 음극실과,
    상기 공급실과 상기 음극실을 분리하는 유리 격막을 포함하고,
    상기 공급실에 상기 니켈 이온을 포함하는 도금액이 제공되고,
    상기 음극실에 산성 용액을 포함하는 전해액이 제공되는 연속 도금 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 공급실 내에, 텅스텐(W)을 포함하며, 양의 전압이 인가되는 제2 금속을 더 포함하고,
    상기 도금액은 텅스텐 이온을 더 포함하는 연속 도금 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 도금액은 술팜산 니켈(Nickel Sulfamate) 및 텅스텐산 나트륨(Sodium Tungstate)을 포함하는 연속 도금 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 피도금물은 커넥터용 단자를 포함하는 연속 도금 장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 피도금물의 표면의 일부가 상기 도금액과 접촉하도록 상기 도금액을 공급하는 부분 도금 장치를 더 포함하는 연속 도금 장치.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 전해액은 황산 용액을 포함하는 연속 도금 장치.
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