TW467972B - Anode structure for manufacture of metallic foil - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 M la Μ 本發明大體上係關於金屬之電解沉積程序，且更特定 地，係關於-用於該程序之陽極。本發明特別適用於高品 質無孔隙、薄銅羯之成形，並將對此以特別參考描述 之雄而，應了解本發明在電鑄其它金屬薄片或較厚之銅 薄片的應用方面亦有其優點。 發-明背景 電解沉積薄片的基本成型技術已經有很長的時間沒有改 變^在這方面，電解沉積鋼薄片通常是利用將一旋轉鼓狀 物浸入一含有銅離子的電解質溶液中。將一個由一或多個 弓形導電材料部份所構成的陽極浸人電解質溶液中並放在 鄰近該鼓狀陰極的位置。該陽極被製成具有大致上與鼓狀 陰極<曲率相符的表面使得兩者之間形成一均勻的内部電 極間隙。藉由施以一電流密度低於電解質溶之液極之電流 密度的電流到該陽極和陰極，鋼薄片在該旋轉鼓狀物上形 成。電解沉積的薄片在它露出電解質溶液時本斷地從鼓狀 陰極被移去使薄片能夠不斷地產生。 銅薄片在該鼓狀陰極最初進入電解質溶液時，經由銅原 子在鼓狀陰極上集結而實際開始產生。由於該鼓狀物不斷 地在電解質溶液中旋轉通過通電的陽極，因此銅不斷地堆 積在這些銅原子上。 鼓狀陰極表面進入點之處的電流分佈對於鋼的集結品質 影嚮很大。關於這點，銅的集結進行很快，且已經發現， 在鼓狀陰極表面進入電解質溶液那一點上均勻、突然的電 4-

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V 467972 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 流捃度上升可能會顯著地增加鋼在該鼓狀物上形成的密 度，因而減低所形成薄片的孔隙。換句話説，在該鼓狀物 進入電解質落液時，其表面電流的快速升高對於良好的銅 集結是很重要的β由於愈來愈需要更薄之薄片，因此，鼓 狀物表面上最初的銅集結在確保能夠形成無孔隙的銅薄片 方面變得更爲重要。 目前已知之傳統電解槽通常含有完全浸入電解質溶液的 陽極。此種配置在鼓狀陰極進入電解質溶液時，電流逐漸 缓慢的上升，因而造成銅在鼓狀陰極上的集結不夠充份。 發生此一電流緩慢逐漸上升的原因係該鼓狀陰極表面上所 需的電流密度在該鼓狀陰極表面的徑向未面對該浸入的陽 極之前不會發生。爲改進電流逐漸上升的時間，已知的作 法是放置一絕緣保護層於該浸入陽極的頂部（即沿著上 緣）。雖然此種配置與單獨浸入的陽極比較之下可改進電 流之逐漸上升，但它並不能完全解決問題。爲更進一步改 進鋼的集結，尚有已知的作法是使用一配置於該鼓狀陰極 表面進入點處靠近電解質溶液表面的插入陽極（第二陽 極）。該插入陽極（strike anode)被通以電流密度較主要陽極 爲高的電力。此一配置的問題在於它需要以第二個整流器 控制第二個電極，即插入電極。此外，雖然銅的集結可利 用一插入陽極加以改進，但此種方法並不能解決電流逐漸 上升太慢的問題。 O’Hara等人於美國專利號碼5,833,819中所提出之使用部 份浸入之「網狀插入陽極J代替實心陽極以縮短逐漸上升 -5- (請先閱讀背面之迮意事項再填寫本頁) -------11 ^---i — i ·線.

467972 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 的時間。雖然此一網狀插入陽極能夠顯著縮短電流逐漸上 升的時間，且可改進铜的集結，但它仍需要第二個整流器 才此運作。此外’前述兩種在美國專利號碼5,833,819中所 發表的插入陽極和網狀插入陽極皆係在該鼓狀陰極進入電 解質溶液時在它表面施以較高的電流，且兩種方法在該插 入陽極和主要陽極之間皆需要有某種型式的絕緣板。 本發明克服了這些及其它問題，並提供一種陽極，它能 夠解決電流逐漸上升太慢的問題，且不需要絕綠板或第二 個整流器來提供鼓狀陰極表面一較高的電流密度。 發明概述 根據本發明之一較佳具體實施例，提供一製造金屬薄片 的裝置，包含一具有一電鍍外表的鼓狀陰極和一陽極片 段。該鼓狀陰極部份漫入一固定水位的電解質溶液中並繞 著一大致呈永平的軸轉動。該陽極片段由一浸入該電解質 溶液的主要陽極部位構成。該主要陽極部位具有一朝向該 鼓狀陰極之半圓柱形陽極曲面。該主要陽極部位之尺寸係 設計成使其與該鼓狀陰極的電鍍面有一間隔以便在兩者之 間有一大體上均勻的間隙。一陽極延伸部位配置在該主要 陽極的上端。該陽極延伸部位具有一第—區帶，於其上至 少作成一個開孔。該第一區帶與該鼓狀陰極的電鍍面相丑 一預定的間隔並浸入電解質溶液中，該第一區帶 ， 突出於該固定水位的電解質溶液以上。連接一電源至該陽 極總成以提供相同的電位能至該主要主要陽極部位及=極 延伸部位。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I I I I I I I 訂-丨----- 467972 A7 — —_;_ B7__ 五、發明說明（4 ) " ^ ί靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明，提供一電解沉積槽，用於將金屬電解沉積 於一局部浸入電解質溶液之旋轉鼓狀物表面上。該電解槽 包含一個由一陽極主體部位及一陽極延伸部位所組成的陽 極。該陽極主體部位具有一弓形的陽極主體表面，其曲率 半徑稍大於該鼓狀物的曲率半徑。該陽極主體部位完全浸 入電解質溶液中鄰近該鼓狀物，與其間隔一大致均勻的間 隙。該陽極延伸邵位具有一開孔，似格狀的結構及一朝向 該鼓狀物的陽極延伸表面。該陽極延伸部位放置在電解質 溶液内，其一部份伸出電解質溶液上面，使得該電解質溶 液能夠流經該開孔。一電源連接到該陽極主體部位及陽極 延伸部位使陽極主體表面和陽極延伸表面產生接近的電位 能’其中該陽極主體部位在該鼓狀物上之該鼓狀物和該主 體鄰接之處的區域產生一第一電流密度，而該陽極延伸部 位在該鼓狀物上之該鼓狀物和該主體鄰接之處的區域產生 '一弟一電流金度。該第一電流金度等於或小於該第·一電流 密度。 本發明之一目的係提供一用於將金屬電解沉積於一陰極 表面上陽極總成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的爲提供一與一旋轉鼓狀陰極一同使用 以便製造高品質、無孔隙之金屬薄片的陽極總成。 .本發明之另一目地爲提供一前述之陽極總成，其上具有 一使銅能夠易於集結在該鼓狀陰極表面的部位。 本發明之另一目的爲提供一前述之陽極總成，它不需要 插入陽極（strike anodes)。 -7- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規掊（210 X 297公釐） 五 發明說明（ 經由以下對於本發明一具體實施例之説明並同時參考附 圖，這些及其它目的將更清楚。 M式描述 本發明之某些部件及部件之配置可做成實體的形式，將 在詳細説明及據以構成—部件之附圖中描述各較佳具體實 施例，其中·· 圖1爲一電解沉積槽部份斷面之端部立視圖，以圖示説 明一本發明較佳具體實施例之陽極總成； 圖2爲圖1所示陽極總成之一透視圖； 圖3爲圖2所示陽極總成上部之放大斷面圖； 圖4爲一陽極總成之一透視圖，所示爲本發明之第一種 可行的具體實施例； 圖5爲圖4所示陽極總成上部之放大斷面圖； 圖6爲一陽極總成之一透視圖，所示爲本發明之第二種 可行的具體實施例； 圖7爲一陽極總成之一透視圖，所示爲本發明之第三種 可行的具體實施例；及 圖8爲圖7所示陽極總成上部之放大斷面圖。 趋A县體實施你丨乏評細韶明 現在請參考附圖’該等附圖僅係作爲説明較佳具體實施 例的目的，並非限制，圖i爲一用於金屬薄片之電鑄成型 的電解沉積槽10，所示爲本發明之一較佳具體實施例。本 發明特別適用於銅薄片之成型，並將據此加以説明，痒而 在進一步閱讀本發明之後將了解，本發明在其它金屬薄片 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公楚〉 d67972 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 的成型上，易有其優點。 大體而1 ’電鱗槽10通常由一鼓狀陰極12及一陽極總 成40所組成。在圖1所示的具體實施例中，陽極總成4〇由 一左邊的陽極段42和一右邊的陽極片段44組成。陽極片 段42、44通常呈弓形，且各具有一朝向鼓狀陰極12的陽極 表面46。片段42、44之尺寸係做成在陽極片段42、44的表 面46及鼓狀陰極之間有一大致上均勻的内部電極間隙 2 0。將妓狀陰極1 2和陽極片段42、44放到水槽1 8内，水 槽1 8内裝有電解質溶液丨6，電解質溶液係從内部電極間 隙20流入。 鼓狀陰極12通常爲圓柱形，並以傳統的方式安裝，使其 繞大致呈水平的軸轉動。鼓狀陰極12可由任何合適的導電 金屬或金屬合金製成，包括船、不銹鋼、何、纽、鈥或以 上之合金。根據本發明，鼓狀陰極丨2較好的作法是由不銹 鋼組成且表面22鍍鉻。可如此項技藝所熟知的傳統方式， 配置任何適合的驅動馬達以旋轉鼓狀陰極丨2。鼓狀陰極最 好疋朝固定的方向，如箭號尺標示，以一使電鍍面22能夠 維持與電解質溶液1 6接觸足夠時間的圓周速度旋轉以便逐 漸形成所需的薄片厚度。如此項技藝所了解，金屬離子會 在電解沉積程序期間損耗。從儲水槽加入電解物質以補充 該等金屬離子<= 以此項技藝所熟知的傳統方式，利用導管3 8不斷地注入 電解質♦液到間隙2 〇中，如圖i所示。電解質溶液〗6從鼓 狀陰極1 2底部不斷地循環流經内部電極間隙2 0向上到陽 -9 - (請先閱讀背面之注辛¥項再填寫本頁) 裝---II丨訂----

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本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)^I 規格（210 X 297公釐） 467972 A7 __ B7 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 極片段42、44的上端。以下將會加以詳細説明，如圖2_8所 示，間隙20中電解質溶液16的水位l是由該等陽極片段 42、44的形狀和形式及電解質溶液〖6在間隙2 〇中的淀量 所決定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現在請參考陽極總成4 0，如前文所指出，陽極片段42、 44通常爲弓形且配置鄰近於鼓狀陰極！ 2，構成一内部電極 間隙2 0。本發明主要係關於陽極片段4 4，其較佳具體實 施例如圖2和圖3所示。陽極片段44基本上爲一弓形板， 它具有一朝向鼓狀陰極12的弓形陽極表面46。陽極片段 44可由任何不會與該電解質溶液發生化學反應的導電材料 製成。更明確地説，陽極片段44最好是以鉛、鈦、钽、白 金或鋼心包覆上述材料的複合結構所製成。根據本發明， 陽極片段4 4的上端至少有做成一開孔4 8，如圖2和圖3所 示。在所示之具體實施例中，開孔4 8爲一長形的狹槽，將 %極片段44劃分成一主要陽極部位44A、一陽極延伸部位 44B及連接主要陽極部位44A和陽極延伸部位44B的側壁部 位44C。進一步閱讀本説明將更加完全了解，開孔48有雙 重用途。第一個用途是構成通過陽極44的通道，電解質溶 液1 6可經此通道流出間隙2 0之外，而不會溢出陽極4 4的 頂緣。第二個用途是構成一陽極延伸部位44B，與陽極片 段4 4之主要陽極部位44A分隔i位在其上方。 根據本發明，開孔4 8外形和尺寸之設計與電解質溶液 16在間隙20中的流量有關。更明確地説，開孔48之尺寸 係設計使得電解質溶液1 6在間隙2 0内所達到的水位L最多 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 467972 A7 _______B7 五、發明說明（8 ) 只稍微超過陽極片段44B的上表面。此處所説的「只稍微 超過」，表示低於1/2吋。較好的作法是，電解質溶液j 6 之水位面L在開孔4 8以上，但在陽極片段44B上緣表面之 下。更好是，控制電解質溶液16的流量使得僅一段很小的 陽極延伸邵位44B伸出水位L以上，如圖3所示。 以下將更詳細地加以説明，開孔4 8讓從電極間隙2 〇強 迫向上流入的電解質溶液丨6能夠經過陽極片段4 4流到陽 極片段44後面的儲水槽區域。如圖2所示，陽極44基本上 劃分出3個陽極「區帶」。陽極延伸部位44B劃分爲第一個 區帶’以「區帶1」代表；開孔4 8劃分爲第二個區帶，以 「區帶2」代表；而主要陽極部位44A劃分爲第三個區帶， 以「區帶3」代表。 陽極片段4 4連接到電源7 〇，供陽極片段4 4以正電。該 電源70，通常爲一整流器，可提供負電至鼓狀陰極12。 現在請參考電解槽1〇之運作，從圖1可清楚地了解，從 靠近鼓狀陰極1 2底部之處將電解質溶液被強行注入陽極片 段4 4和鼓狀陰極1 2之間的内部電極間隙2 〇。如此會使電 解質溶液向上流經内部電極間隙2 〇，如箭號所指示的方 向。如圖3所示，電解質溶液丨6會從内部電極間隙流經狹 槽4 8。根據電解質溶液！ 6通過間隙2 〇的流量及狹槽4 8的 外形和尺寸’，決定相對於陽極延伸部位44B之電解質溶 液1 6的水位L。電解質溶液1 6水位相對於狹槽4 8的位置 在狹槽48上緣的上方形成一電解質溶液16的區域a。在區 域A中’電解質溶液1 6的流量通常小於流過開孔4 8的流 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 裝i ί I丨訂！---線\ β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 467972 ---------— 五、發明說明（9 ) 量。如此項技藝爲人一般所知，在一電解沉積程序期間， 銅從電解質溶液16被電鍍出來，而在鼓狀陰極12的表面 22上形成銅薄片。由於電解質溶液在區域A中的流量相對 較小，因此在區域A，從溶液中鍍出的金屬離子，不像主 要陽極部位44A的前面替換得那麼快。電解質溶液16在區 域A中相對較低流量所造成的結果是，區域A的電解質溶 液的離子濃度低於主要陽極部位44A，因而使靠近電解質 溶液1 6面L的極限電流i L亦小於主要陽極部位44A的極限 電流i L。 在電解沉積金屬時’吾等專利申請人認爲要形成品質良 好的薄片，必須以三個階段使銅聚積在電鍍面22上。在第 一個階段期間，銅開始在電鍍面2 2上集結並成長，最好維 持一段短暫的時間。在第二個階段期間，铜在第一階段所 產生之新形成的銅結晶上的成長速度趨缓，並以慢速率成 長段短時間。在第二階段期間’施以最大程度的電流密 度使銅沉積在新形成之銅層上。很重要的一點是，在任何 鋼沉積的階段期間，區域A之電流密度皆不可長時間大於 電解質溶液1 6的極限電流密度i L，因爲在此種條件下運作 會造成薄片的機械性質及孔隙的情況低劣。 根據本發明，陽極電段44具有3個明確不同的區帶可實 現該三個銅的沉積階段。如前所述，陽極片段4 4係接在電 源7 0的正極，而鼓狀陰極1 2係接在負極。由於主要陽極 部位44A和陽極延伸部位44B係從同一個電源供電，因此跨 過主要陽極部位44A表面的電位能和陽極延伸部位44B表面 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一裝---！！1 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 167972 A7 ._____B7_ 五、發明說明（1〇 ) 的電位能相同。鼓狀陰極1 2連同電鍍面2 2以順時針方向 旋轉，如圖示之方向R。在鼓狀陰極12之電鍍面22上最先 進入電解質溶液1 6的點上，銅開始於電鍍面2 2上集結。 沿陽極延伸部位44B表面的電位能在鼓狀陰極1 2的電鍍面 22上產生一定程度的電流密度。雖然陽極延伸部位44B表 面和陽極主要部位44A表面（兩者皆連接到相同的電源7 〇 ) 的電位能相同，但是由於開孔4 8的緣故，陽極延伸部位在 鼓狀陰極12之電鍍面22上所產生的「電流密度」通常會 等於或稍微小於主要陽極部位44A在電鍍面22上所產生的 「電流密度」。雖然區域A的流量很小，但陽極延伸部位 44B在鼓狀陰極12之電鍍面22上所產生的「電流密度」， 即使不超過區域A中電解質溶液1 6之極限電流〖l，仍然有 達到足夠使銅集結到電鍍面2 2上的程度。因此，鋼在電鍛 面2 2橫越陽極延伸部位44B所劃分出的「區帶1」時集結 在電鍍面22上。 接著電鍍面22横越狹槽48所劃分出的「區帶2」。由於 狹槽48所劃分之大開孔區域，使得在電鍍面22上，區帶2 的電流密度比區帶1的電流密度低，因而於區帶2，銅在電 鍍面22上的成長會停止或以較低的速率進行。接著鼓狀表 面2 2橫越劃分出區帶3的主要陽極部位“A，鋼薄片在鼓 狀表面22進入主要陽極部位44A與電鍍面2 2相對處之高電 解質溶液流量區域和高電流密度區域時開始成長。隨著電 鍍面22轉動通過陽極片段44並在稍後通過通電的陽極片 段42，銅薄片繼續成長而聚積成一銅薄片c，然後從鼓狀 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----I! I 訂 ----- > -13- 467972 A7----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（n) 物將它取下集中至一滾筒99上。 因此，陽極片段44具備一整體成型之陽極結構，具有3 個明確的區帶。在區帶！*，陽極延伸部位44B建立一與區 域A中電解質溶液16之電流下限相稱的電流密度。然而， 該電流密度有大到足以使金屬集結到電鍍面22上的程度c 在區帶2中’其電流密度小於區帶i之電流密度，以便使在 區帶1所建i的沉積速率停止或至少速率降低。在區帶3 中，在主要陽極部位44 A所建立的高電流密度下，發生完 全.的金屬聚積。 因此，吾等申請人相信本發明所提供者爲一用於在一電 解沉積程序中沉積金屬之理想的有力方案。熟知此項技藝 之人士 一定能夠了解，形狀（即陽極延伸部位44B之狹槽 48的長度和寬度）將會影響產生於鼓狀陰極12上的電流密 度。陽極延伸部位44B之設計應能夠使得區帶1在鼓狀陰極 1 2上所引起的電流密度至少是主要陽極部位44A在鼓狀陰 極12上所產生之電流密度的70%，且最好是主要陽極部位 44A在鼓狀陰極1 2之表面2 2上所產生電流密度的約70%到 約85%的範圍内。此一程度之電能縮減足夠使金屬在陰極 鼓12之表面22上集結而不會超過鼓狀陰極最先進入電 解質溶液1 6之處的區域A中之電解質溶液1 6極限電流i t。 現在請參考圖4和圖5，所示爲一陽極片段1 4 4，係本發 明另一可行之具體實施例。陽極144具有一主要陽極部位 144A及一陽極延伸部位144B。主要陽極部位144A和陽極 延伸部位1 4 4 B係整體成型，且皆爲曲桿或曲板的形狀。 -14- (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

----ί I 訂·---I 麵 3. 本紙張尺度通用1^國國家標準（CyS)A4規格（210 X 297公釐） 467972 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明_( 12) 陽極片段144具有一陽極面146。主要陽極部位144A構成陽 極144的主要部份，且其尺寸係設計使得主要陽極部位 144A之陽極面係完全浸入電解質溶液1 6中。陽極延伸部 位144B成型於陽極片段丨44的上端，且包含一第一組孔洞 154 ’形成於構成陽極片段144之桿或板的上端部位。在所 示之具體實施例中’孔洞154爲大小接近且間隔相等的鑽 孔。陽極延伸部位144B之該等孔洞154的大小和間隔係選 擇成能夠形成開孔、格狀的結構，並劃分出一朝向鼓狀陰 極1 2之預定表面積。在一較佳具體實施例中，孔洞154之 直徑小於鼓狀陰極12之表面22和陽極片段44之陽極面46 之間的間隔，且孔洞154之間的間隔大約等於孔洞154的直 徑。進一步閱讀本說明將了解，陽極延伸部位1 MB之孔洞 154亦可爲圓柱以外的形狀。例如，槽形、方形、三角 形、矩形或其它能夠成型於陽極延伸部位144B上的幾何形 狀。.孔洞154的作用是在陽極片段144上製造出開孔、格狀 的結構，以縮減朝向鼓狀陰極12之陽極面146的面積，以 及讓電解質溶液1 6能夠通過陽極延伸部位144β。包含孔 洞154的陽極延伸部位14仙劃分爲—區帶i，以便銅集結於 鼓狀陰極12的電鍍面22上。 ' 在所示的具體實施例中，陽極延伸部位144]8尚包含複數 個第二組孔洞164穿過構成陽極片段144的板。第二組孔洞 164之尺寸大於第—組孔洞154。孔洞164形成一開孔、格 狀的結構並於陽極延伸部位144B中劃分出一「區帶2」。 孔洞164在區帶2中所形成的表面積遠小於孔洞154在區帶玉 (請先閲讀背面之注§項再填寫本頁) }裝---！··1 訂·！ *^.

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467972 A7 --—----------- 五、發明說明（13 ) 中所形成的表面積。如同孔洞154，孔洞164可為槽形、方 形、三角形、矩形或其它不偏離本發明的幾合形狀。在所 不的具體實施例中，孔洞164為圓柱形，且遠大於孔洞 154。在一較佳具體實施例中’孔洞164之直徑约為孔洞 154之直、徑的一倍半。如同孔洞1S4，孔洞164提供一開 孔、格狀的結構，允許電解質溶液16經其從内部電極間隙 20流到一位在陽極片段144後面的區域。區帶2中的孔 洞，其尺寸特別加以設計以便在區帶2中形成的陽極表面 積小於在區帶1中所形成的陽極表面積。該主要陽極部位 144A劃分出一區帶3，如圖示。 陽極片段144連接到一電源170，供陽極片段144予正 電》該電源170 ,通常為一整流器，可提供負電至鼓狀陰 極12。由於主要陽極部位144A和陽極延伸部位“化兩者 係由同一電源供電，因此沿主要陽極部位144A(即區帶3 ) 表面產生的電位能與沿陽極延伸部位144B之區帶！和區帶 2上的電位能相同。 區帶1表面上的電位能在鼓狀陰極12的電鍍面22上產生 一定程度的電流密度。熟知此項技藝之人士一定會了解， 雖然區帶1中之陽極延伸部位14佔表面的電位能與跨過主 要陽極部位144A表面（兩者皆連到相同的電源17〇)的電位 能相同，但是由於孔洞154造成區帶2表面積縮減的緣故’ 使得陽極延伸部位144B之區帶1在鼓狀陰極12之電鍍面22 上所產生的電流密度會低於主要陽極部位在電鍍面22 上所產生的電流被度。然而，陽極延伸部位144B之區帶1 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4現格（210 X 297公楚）

^--------^---------M1W. <請先閲讀背面之生意事項再填窝本頁) 467972 A7 一---- -B7 _ 五、發明說明（14) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在鼓狀陰極12之電鍍面22上所產生的電流密度有達到使 鋼集結到電鍍面22上的程度，而不超過電解質溶液16在 區域A中的極限電流iL。因此陽極延伸部位144B之區帶1 控制了電解質溶液1 6靠近液面L之低流量區域範圍内的結 晶成長速率。結晶之成長係利用在鼓狀陰極12起初進入電 解質溶液1 6時產生一適當的電流密度而加以控制。 現在請注意到區帶2，由於區帶2之開孔面積（爲孔洞164 所形成）對實心陽極面積的比値較大，因此在區帶2的平均 電流岔度較低，因而銅會停止成長於電鍍面上或以較低的 速率成長。只有區帶3中，銅在鼓狀表面22進入主要陽極 部位14 4 A面對電鍍面2 2處之高電解質溶液流量區域和高 電流密度區域時會再全速成長。 因此，陽極片段144提供一整體成型之陽極結構，其上 具有3個顯著不同的沉積區帶。在區帶i中，陽極延伸部位 144B建立一電流密度，與電解質溶液16在區域八中之電流 下限相稱，此電流密度達到足以使金屬集結到電鍍表面^ 上的程度。在區帶2中，其電流密度低於區帶丨使得在區帶 1所建立的沉積停止或至少以較低的速率進行。在區帶3 中，在主要陽極部位144A所建立的高電流密度下，發生完 全的金屬聚積。 因此陽極部位M4提供本發明之另一可行的具體實施 例，吾等相信其係一用於在一電解沉積程序中沉積金屬之 理想的有力方案。熟知此項技藝之人士將會了解，孔洞 154、164的直徑和間隔勢必會影響表面22上電流密度的位 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線- β. 467972 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15) 準和分佈。根據本發明，孔洞154、164的大小和間隔應設 計成使得區帶1在鼓狀陰極1 2之表面2 2上所引起的電流密 度至少爲主要陽極部位144 A在表面22上所引起之電流密 度的70%，且最好是在主要陽極部位144A於表面2 2上所引 起電流密度的約70%到約85%範圍内。區段2在鼓狀陰極 1 2表面2 2上所引起的電流密度大於區段1。 現在請參見圖6，所示爲一陽極片段244，係本發明之另 一具體實施例。陽極片段244由一主要陽極部位244A和一 分開的陽極延伸部位244B所組成。陽極延伸部位244B係做 成與主要陽極部位244A隔開。與圖4和圖5中所示之陽極 延伸部位144B相似’陽極延伸部位244B包含複數個劃分出 一格狀結構的孔洞254。孔洞254可爲槽形、矩形、三角 形、方形或其它幾何形狀。與圖4和圖5之具體實施例不同 之處爲’陽極延伸部位M4B的一部份包括複數個劃分出區 帶2的較大孔洞164，而在圖6的具體實施例中，區帶2係 定義成陽極延伸部位244B和主要陽極部位244A之間的空隙 246(即間隔）。熟知此項技藝之人士將會了解，有多種將 陽極延伸部位244B放到電解質溶液内方式，例如從上方懸 吊陽極延伸部位244B，或以支承板把它接到主要陽極部位 244A上。根據本發明，陽極延伸部位244]5和和主要陽極部 位244A兩者皆連到一電源27〇使陽極延伸部位24仙和主要 陽極部位244A上建立均勻的電位能。 士 Π i述圖1至圖5之具體實施例，陽極延伸部位NIB係 部份浸入電解質溶液i 6中，如圖6所示，陽極延伸部位 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------訂線 -18-

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467972 a? _______ B7 五、發明說明（16) 244B僅局部伸出電解質溶液16的液面L。主要陽極部位 244A之尺寸係设计成元全浸入電解質溶液16中，如傳統 上所知的方式。 陽極片段244基本上係以相似於陽極片段4 4和144的方式 作用。就此點而言，在鼓狀陰極12之電鍍表面起初進入電 解質溶液1 6時，銅開始在電鍍面2 2上集結。如先前之具 體實施例所述，由於電解質溶液1 6在間隙2 0之此一區域 可能具有較低的極限電流，因此成型於陽極延伸部位244B 之孔洞25*4所建立的較低電流密度會造成一不超過電解質 溶液16之極限電流密度的電流，並進而導致鋼在鼓狀陰極 之電鍍表面上均勻集結。繼此一最初集結之後爲，由於鼓 狀陰極12通過陽極延伸部位244B和主要陽椏部位244A之 間所劃分之空隙246所造成的一段緩慢或無成長的期間。 金屬之完全成長在鼓狀陰極丨2之電鍍面進入主要陽極部位 244A之面流f區域和高電流密度區域時開始進行。因此圖 ό所揭式之具體實施例提供與前述具體實施例相同的最終 效果，但説明了如何藉由加入穿孔或格狀結構的陽極延伸 部位244Β而修改既有的陽極244Α。如前述，陽極延伸部位 244Β係被供以與主要陽極部位244Α相同的電力位準，且最 好疋以同一個電源270供電，使得沿陽極延伸部位244Β表 面的電位能與沿主要陽極部位244Α表面的電位能相等。陽 極延伸部位244Β的表面積縮小造成在區域！產生縮小但足 以在電鍍面22進入電解質溶液1 6時在鼓狀陰極！ 2之電艘 面2 2上集結金屬的電流。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----訂-------線、 A7 467972 ______B7___ 五、發明說明（17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 現在請參考圖7，係本發明之又一具體實施例。圖7所示 爲一陽極片段344，由一主要陽極部位344A和一陽極延伸 部位344B所組成。陽極延伸部位344B較佳的作法爲由一開 孔編織金屬或展開金屬網的板片346所形成。板片346裝在 固定於主要陽極部位344A的框架348上。該編織網或展開 的金屬板片346具有如同先前具體實施例所述之開孔343及 開孔的格狀結構。陽極延伸部位344B固裝在主要陽極部位 344A的上端，較好的方式是焊接，如此可在主要陽極部位 344'A和陽極延伸部位344B之間有良好的導電性。關於此 點’框架348最好是以和主要延伸部位3 4 4相似或相容的 材料做成。陽極延伸部位344B之尺寸係設計成，當主要陽 極部位344A浸入電解質溶液16之内時，陽極延伸部位有 一部份伸出電解質溶液1 6的液面L。如同先前的具體實施 例，主要謠極部位344A連接到一電源370。由於構成陽極 延伸部位344B的金屬板346是連接在主要陽極部位344a 上，因此跨過金屬板346的電位能會和沿主要陽極部位 344A表面的電位能相等。視板片346的形狀和結構，鼓狀 陰極12的表面22上會產生特定的電流密度。當鼓狀陰極 如前述之方式進入電解質溶液時，表面22的電流密度會使 金屬在鼓狀陰極12的電鍍面22上產生集結。將會了解， 會跨越網板S46所定義的整個區域上發生集結^金屬堆 積，且完全的成長會在電鍍面22到達主要陽極部位344八 時開始。雖然此一具體實施例不包含降低成長的「區帶」 或「區域」，但相信利用如圖示展開金屬或開孔金屬板 -20- 『氏張尺度適財關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)~ --------- d67972 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（讯） 346的構形，只要展開的金屬板346被通電而具有與主要陽 極部位344A相同的電位能，則仍然能夠獲得滿意的結果。 亦可了解，相較於先前所述之具體實施例，編織網或展開 的金屬片346可能影響產生於表面22上的電流密度。正如 在前面所作的説明，一陽極延伸部位較好是能產生至少主 要陽極部位344A所產生電流密度之70%，且最好是約7〇0/〇 至約85%。由於本具體實施例並無較低電流密度之區帶2， 因此’將陽極延伸部位344B在鼓狀表面所產生的電流密度 降到主要陽極部位344A電流密度之70%以下可能較好。爲 達此結果，可如圖8所示的想像方式調整板片346相對於電 鍍面的位置。 因此本發明提供一陽極總成，可包括一陽極延伸部位或 分開的陽極片段用以在鼓狀陰極1 2進入電解質溶液丨6時 在鼓狀陰極12之電鍍面22上集結金屬。很重要的一點 是，在每一具體實施例中，該陽極結構均具有與陽極主要 部位相同的電位能。因此，各個陽極片段並不需要個別的 整流器或電力來源。此外，由於陽極結構中在鼓狀陰極12 進入電解質溶液16附近之該（等）開孔，一陽極延仲部位的 電流密度相信會低於主要陽極片段的電流密度。 以上係對於本發明一特定具體實施例之描述。應了解， 對此一具體實施例之描述僅爲説明的目的，且熟知此項技 藝之人士將可做出許多變化和修改，但並不偏離本發明的 範園。所有該等修改及變化只要是在本發明申請專利或相 當的範園之内，即應納入。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝i丨ill訂！·

Mr ο

Claims (1)

1. A8B8C8D8 467972 六、命請義！)1¾¾ 1. 一種用於製造金屬薄片的裝置，包含 —外部具有一電鍍面之鼓狀陰極，該陰極局部浸到電解 質溶液内一特定位置並貌著一大致呈水平的軸轉動； 一陽極總成，包括： 一主要陽極部位’浸入該電解質溶液中，該主要陽極 邵位具有一半圓柱陽極曲面朝向該鼓狀陰極，該主要陽 極部位之尺寸係設計成使其與該鼓狀陰極之電鍍面隔開 使兩者間形成一大體上均勻的間隙，及 —陽極延伸部位，設置在該主要陽極部位之上端，該 -陽極延伸部位具有一第一區帶，於其上做成至少一開 孔，且該第一區帶與該陰極之電鍍面分隔一預定的距 離，該陽極延伸部位至少有一部份浸入該電解質溶液 中；及 一電源，連接到該陽極總成，以相同的電位能供電給 該主要陽極部位和該陽極延伸部位。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該陽極延伸部位爲 該主要陽極部位之一整體部位。 3. 如申請專利範園第2項之裝置，其中該電源與該主要陽 極部位連接。 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該第一區帶包含複 數個穿過該陽極延伸部位做成的孔洞。 5 ·如申請專利範園第4項之裝置，其中該陽極總成包括一 第二區帶，配置在該第一區帶和該主要陽極部位之間， 該陽極總成之第二區帶在鼓狀陰極之電鍍面上所產生之 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467972 Αδ Β8 C8 D8六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 电流密度低於該第一區帶所產生之電流密度。 6. 如申請專利範園第5項之裝置，其中該陽極延伸部位與 該主要陽極部位分開且該陽極總成之第二區帶係位於該 主要陽極部位和該陽極延伸部位之間的空隙。 7. 如申請專利範園第5項之裝置，其中該陽極延伸部位爲 該主要陽極部位之一整體部份且該陽極總成之第二區帶 係由在該陽極延伸部位上之第二組複數個孔洞所劃分的 區域所劃分出，該第二區帶中孔洞之尺寸大於該第—區 帶之孔洞。 8. 如申清專利範園第7項之裝置，其中該第一及第二區帶 中之孔洞爲圓柱形鑽孔。 9. 如申請專利範園第7項之裝置，其中區帶1中孔洞之間的 間隔大約等於該等孔洞的直徑，且該直徑小於該鼓狀陰 極和該主要陽極部位之間的間隔。 10. —種陽極，在一用於將金屬電解沉積到一部份浸入電解 質溶液之旋轉鼓狀陰極表面的電解沉積槽中’該陽極 包括： —陽極主體部位，具有一弓形的陽極主體表面，其曲 率半徑稍微大於該鼓狀物之曲率半徑，該陽極主體部位 完全浸入該電解質溶液中，與該鼓狀物靠近，其間形成 一大致均勻的間隙； —陽極延伸部位，具有一開孔、格狀結構及一朝向該 鼓狀物之陽極延伸表面，將該陽極延伸部位放置到該電 解質溶液内，於此該電解質溶液能夠流過該開孔之格狀 23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝 ----— II 訂!! P 4V. 467972 湖

   六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 結構；及 一電源，連接到該陽極主體部位及該陽極延伸部位， 在該陽極主體表面和該陽極延伸表面產生接近的電位 成’其中該陽極主體在該鼓狀物上之該鼓狀物和該陽極 主體部位鄰接的一區帶中產生—第一電流密度，且該陽 極延伸部位在該鼓狀物上之該鼓狀物和該陽極延伸部位 鄰接的一區帶中產生一第二電流密度，該第二電流密度 低於第~電流密度。 ιι_如申請專利範圍第1 〇項之陽極，其中該陽極延伸部位係 由一片展開的金屬板所構成。 12‘如申請專利範圍第1 〇項之陽極，其該陽極延伸部位爲該 陽極主體部位之一整體延伸，五該開孔格狀結構係由穿 過該陽極延伸部位所形成之第一組相隔的孔洞所構成。 13. 如申請專利範園第1 2項之陽極，其中該等第一孔洞爲穿 過該陽極延伸部位之鑽孔。 14. 如申請專利範圍第1 〇項之陽極，其中該陽極延伸部位包 括一第二組之孔洞，配置在該第一組孔洞和該陽極主體 部位之間，該等孔洞大於該第一組孔洞，其中該第二组 孔洞在該鼓狀物上產生一低於第二電流密度之第三電流 密度。 15. 如申請專利範園第1 4項之陽極，其中該等第二孔洞爲穿 過該陽極延伸部位之鑽孔。 16·如申請專利範園第1〇項之陽極，其中該陽極延伸部位爲 與該主要陽極部位分開的元件' -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂----- Λ 4V. 467972 A8 BS C8 D8 、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第1 6項之陽極，其中該陽極延伸部位係 由一上面做成複數個孔洞的區塊所组成。 队如申請專利範圍第1 7項之陽極，其中該孔洞爲圓柱形鑽 孔。 说如申請專利範園第10項之陽極，其中該陽極延伸部位所 產生的電流密度至少爲該陽極主體部位電流密度之 70% 〇 又 20.如申請專利範圍第1〇項之陽極，其中該陽極延伸部位之 一部份伸出到該電解質溶液之上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝*-------訂---------線、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >： 297公釐）