Способ электролитического осаждения оболочки из металла на катоде и катодная пластина для электролитического осаждения

Настоящее изобретение относится к электролитическому осаждению оболочки металла на катоде и катодной пластине для использования при электролитическом осаждении металла.

Известны различные способы и устройства для электролитической очистки или получения электролизом металла.

Один особенно успешный способ электролитического осаждения меди представляет собой, например, так называемый Процесс ISA, в котором медь осаждается на исходной катодной пластине из нержавеющей стали. Затем электролитически осажденную медь снимают с катодной пластины сначала посредством изгибания катодной пластины, чтобы вызвать отделение от нее по меньшей мере части покрытия из меди, и затем, отделяя клином или дутьем воздуха, снимают остальную медь с катодной пластины.

В способе ISA нижний край катодной исходной пластины обычно покрывают разъединяющим составом, типа парафина, или пластмассовой краевой полосой с целью предотвращения осаждения на нем меди. Это обеспечивает возможность удаления электролитически осажденной меди в виде преимущественно одинаковых отдельных листов с обеих сторон катодной пластины. Однако покрытие парафином катодной пластины является трудоемким и дорогостоящим как вследствие применения парафина, так и для восстановления в исходное состояние парафина после процесса удаления покрытия и связанных действий по обслуживанию.

Чтобы исключить эти недостатки, в некоторых операциях электролитической очистки/электролиза используют так называемый процесс с обмазанным катодом. В таком процессе нижний край катодной пластины не покрывают парафином и электролитически осажденному металлу позволяют нарастать на обеих сторонах листа и вокруг нижнего края катодной исходной пластины.

После этого удаляют электролитически осажденную оболочку из металла посредством изгибания катодной пластины и отделения металла от обеих сторон листа так, что он образует V-образную форму. Затем катодную исходную пластину удаляют из местоположения между электролитически осажденной оболочкой металла, после чего оболочку закрывают и поворачивают из ее вертикального положения в горизонтальное положение и транспортируют к месту укладки в штабеля/связывания.

Такой процесс удаления требует не только сложного устройства для раскрывания металлической оболочки, удаления катодной исходной пластины перед закрыванием оболочки и поворачиванием оболочки из вертикального положения в горизонтальное положения для укладки в штабель, такая система занимает много времени и в общем не является настолько быстродействующей, как операция очищения способом ISA.

В качестве ближайшего аналога заявитель предлагает рассматривать известный из документа GB 2196989, С 25 С 7/08, 11.05.1988 способ электролитического осаждения оболочки из металла на катодную пластину, включающий осаждение металла на обеих сторонах катодной пластины с образованием сторон оболочки, соединенных, по меньшей мере, по одному краю хрупкой областью из осаждаемого металла, и разделение сторон оболочки с катодной пластины на два листа посредством изгибания и поворачивания соответствующих сторон относительно хрупкой области, имеющей перечисленные выше недостатки.

Целью настоящего изобретения является исключить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известных решений или создать предпочтительный альтернативный вариант известной технологии.

В первом аспекте настоящим изобретением предлагается способ электролитического осаждения оболочки из металла на катодную пластину, включающий осаждение металла на обеих сторонах катодной пластины с образованием сторон оболочки, соединенных, по меньшей мере, по одному краю хрупкой областью из осаждаемого металла, и разделение сторон оболочки с катодной пластины на два листа посредством изгибания и поворачивания соответствующих сторон относительно хрупкой области, характеризующийся тем, что на катодной пластине выполняют углубление для формирования в углублении и рядом с ним хрупкой области из осаждаемого металла, образования в ней линии разрушения и разделения оболочки из осаждаемого металла преимущественно на два одинаковых листа.

Способ заключается в изготовлении углубления на катодной пластине, посредством чего металл, осажденный в углублении и рядом с ним, образует хрупкий участок, причем углубление имеет такую форму, что линия разрушения образуется в металле, осажденном внутри углубления, благодаря чему разделение двух листов осажденного металла инициируется по линии разрушения.

В первом варианте выполнения углубление имеет V-образную форму, с линией разрушения, образованной в пределах V-образной дуги.

В другом варианте выполнения угол V-образного углубления имеет величину от 75 до 105 градусов и наиболее предпочтительно угол V-образного углубления составляет предпочтительно 90 градусов.

Автор настоящего изобретения определил, что размер и форма углубления в катодной исходной пластине сильно влияют на возможность разделения оболочки из осажденного металла от катодной пластины на два преимущественно одинаковых листа.

Посредством придания соответствующих размеров и формы углублению можно надежно получить линию разрушения между двумя сторонами электролитически осажденной оболочки, благодаря чему разделение или отделение двух отдельных сторон листов оболочки из осажденного металла инициируется по линии разрушения в пределах углубления.

Если линия разрушения не образуется в пределах углубления, линия разрушения может быть инициирована вне границ углубления, и в некоторых случаях может продолжать распространяться вокруг конца пластины к внешней стороне оболочки из металла катодной исходной пластины, как показано на фиг.3. Затем листы могут ломаться в окрестностях точки вне хрупкой области. Наличие такой линии разрушения вне хрупкой области создает трудности в процессе отделения покрытия. Во-первых, это может приводить к очень трудному расщеплению этих двух листов. В некоторых случаях для обеспечения разделения может оказаться необходимым поворачивать или качать листы несколько раз. Ясно, что это нежелательно и увеличивает время пребывания пластины в стрипперной машине и, таким образом, замедляет производство.

Далее, в результате разрушения по линии разрушения проходящей вне хрупкой области образуется два листа, которые по существу не симметричны или не одинаковы по размеру. Один лист может быть преимущественно плоским, тогда как другой лист может иметь маленький выступ или край, имеющий форму крючка, как показано на фиг.3. Образующиеся при этом листы с неровными краями неприглядны и их трудно обрабатывать, особенно на высокоскоростном автоматизированном оборудовании.

Заявитель нашел, что размер и форму углубления можно подогнать так, чтобы линия разрушения, проходящая между этими двумя листами, оставалась в пределах границ углубления. Форма углубления представляет собой симметрию между обеспечением роста осажденного металла в углублении, при этом все еще позволяя просто разделять эти два листа.

Действительно, в другом варианте осуществления углубление может иметь форму, позволяющую осажденному металлу преимущественно полностью заполнять углубление. Еще в одном варианте выполнения углубление имеет форму, обеспечивающую осаждение металла непосредственно рядом с вершиной углубления.

В другом аспекте согласно изобретению предлагается катодная пластина для электролитического осаждения металла, причем катодная пластина имеет углубление по меньшей мере по одному краю и имеет такую форму, что при использовании линия разрушения образуется в металле, осажденном в пределах углубления, посредством чего во время удаления металла с упомянутой катодной пластины разделение оболочки металла на два преимущественно одинаковых листа инициируется по упомянутой линии разрушения.

Если обстоятельства четко не требуют иного, по всему описанию и формуле изобретения слова “содержит”, “содержащий” и т.п. следует рассматривать в смысле, противоположном исключительному или исчерпывающему смыслу; то есть в смысле “включающий в себя, но не ограниченный”.

Ниже описывается предпочтительный вариант осуществления изобретения, приведенный только как пример выполнения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1A-2D представлены виды с торца в вертикальном разрезе процесса отделения электролитически осажденных металлических оболочек, приведенные только с целью пояснения способа;

фиг.3 представляет вид с торца в вертикальном разрезе катодной исходной пластины с оболочкой из осажденного металла, частично разделенной в два отдельных листа;

фиг.4 представляет вид с торца в вертикальном разрезе варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 и 6 представляют виды с торца в вертикальном разрезе, изображающие нижние края катодных пластин, имеющие различные формы.

Начальная стадия отделения оболочки электролитически осажденного металла от его катодной исходной пластины заключается по меньшей мере в частичном отделении любой стороны осажденной оболочки от катодной пластины. В этом отношении ссылка делается на фиг.1A-1D. Катод с оболочкой содержит катодные листы 20 и 30, нанесенные на исходную катодную пластину 10 и соединенные по его нижнему краю хрупким участком 40. Сначала исходную катодную пластину, чтобы обеспечить отделение по меньшей мере верхнего концевого участка 50 листов 20, 30.

Частично отделенную оболочку, как показано на фиг.1D, затем подвергают операции отделения покрытия, как показано на фиг.2А и 2В. Частично отделенные листы 20 и 30 располагают в устройстве отделения покрытия на валиках или ленте 50 транспортера. Устройство включает в себя клиновый отделитель или устройство воздушного дутья 130. Эти клиновые отделители 130 вводят в зазор между листами 20, 30 и исходной катодной пластиной 10. Клиновые отделители 130 освобождают листы 20 и 30 электролитически осажденной оболочки от исходной катодной пластины 10. Однако листы 20 и 30 все еще удерживаются вместе хрупким участком 40, проходящим по нижнему краю катодной пластины 10, как показано на фиг.2В. Необходимо выполнить полное разделение оболочки электролитически осажденного металла на отдельные преимущественно одинаковые листы. Эти листы 20 и 30 удерживаются захватными устройствами 25, 35 и поворачиваются относительно хрупкого участка 40 преимущественно из вертикального положения, показанного на фиг.2В, преимущественно в горизонтальное положение, показанное на фиг.2С. Этот поворот разделяет осажденный металл на два преимущественно одинаковых листа. Во многих случаях для отделения листов требуется только один поворот листов 20, 30 из вертикального в горизонтальное положение. Этому отделению листов 20 и 30 друг от друга, а также от исходной катодной пластины могут способствовать захватные устройства 25, 35 следующим образом. Захватные устройства, которые все еще удерживают листы 20, 30 в горизонтальном положении, показанном на фиг.2С, приспособлены таким образом, чтобы слегка оттягивать соответствующие листы по направлению наружу, как показано на фиг.2D. Если листы 20, 30 перемещаются наружу совместно с захватными устройствами, это способствует разделению листов 20, 30. Однако если сила, приложенная для перемещения захватных устройств по направлению наружу, слишком большая или просто захватные устройства не двигаются, это показывает, что хрупкий участок 40 фактически не разделил листы 20, 30 и соответственно может потребоваться дальнейшее поворачивание листов (как показано на фиг.2С).

Если требуется дальнейшее манипулирование/поворачивание листов 20, 30, устройство, используя захватные устройства 25 и 35, поворачивает листы 20 и 30 вверх и вниз до тех пор, пока не произведено вышеупомянутое подтверждение разделения листов.

После разделения катодных листов 20 и 30 преимущественно на одинаковые отдельные листы остается просто транспортировать листы из устройства для укладки в штабель и последующей обработки.

В некоторых случаях бывает очень трудно разделить оболочку осажденного металла на два отдельных листа. Само собой разумеется, что повторные поворачивания или раскачивание листовых частей может быть весьма трудоемким и снижает общую эффективность способа.

Рассмотрим фиг.3, на которой показано углубление 15 в исходной катодной пластине 10, где осажденный металл проходит вокруг конца исходной катодной пластины 10. Это углубление 15 образовано в нижней кромке катодной исходной пластины, в качестве “средства осуществления роста”, как описано в находящейся в процессе одновременного рассмотрения Международной заявке на патент №PCT/F 199/00979. Однако заявитель нашел, что даже при наличии углубления 15 осажденный металл не может чисто освобождаться от катодной пластины или расщепляться на два преимущественно одинаковых листа 20, 30. С целью объяснения, как показано на фиг.3, иногда металлическая оболочка разделяется на два листа с выступом 25, прикрепленным к одному листу. Этот выступ проходит вокруг почти всего концевого участка исходной пластины 10. Линия трещины 35 между металлическими листами 20 и 30 находится преимущественно на одной стороне от исходной катодной пластины 10, а не в предпочтительной хрупкой области 40 на нижнем конце исходной пластины.

Установлено, что углубление в нижнем конце исходной пластины можно выполнить так, чтобы линия разрушения располагалась в углублении, обеспечивая таким образом надежный разлом оболочки из осажденного металла на два преимущественно одинаковых и предпочтительно симметричных листа.

Рассмотрим фиг.4, на которой показана катодная исходная пластина 100 с V-образным углублением 150, образованным по его нижнему концевому торцу. Для наглядности дуга углубления 150, показанная на фиг.4, составляет 90 градусов, однако, как следует из приведенного выше описания, углубление необязательно должно иметь V-образную форму, или необязательно, чтобы дуга углубления равнялась 90 градусам.

Форма и размер V-образного углубления 150 предназначены для выполнения нескольких функций. Их первичная функция заключается в обеспечении отделения оболочки 120 осажденного металла от исходной пластины 100 в виде двух преимущественно одинаковых листов 122 и 124.

Теперь будет описано, каким образом V-образное углубление обеспечивает эту функцию. Специалистам в данной области техники понятно, что когда исходную пластину 100 помещают в электролитическую ячейку, например, для электролитической очистки меди, ее вставляют между медными анодами и преимущественно погружают в раствор электролита. Медь из анодов попадает в электролит для повторного осаждения на катоде. В общем, для обеспечения “полного” осаждения катод остается в электролитической ванне от 5 до 14 дней.

Когда медные кристаллы осаждаются на металлическом катоде, они осаждаются преимущественно под прямым углом к поверхности осаждения. Это показано стрелками на фиг.4. Обычно медь выбирает путь наименьшего сопротивления и стремится как можно быстрее осаждаться на катоде. Само собой разумеется, меди легче осаждаться на внешних боковых поверхностях 102, 104 катодной пластины 100, чем в V-образном углублении 150. Тем не менее, важно отметить, что медь осаждается в V-образном углублении, поскольку, когда медную оболочку удаляют с исходной пластины 100 отводом в противоположные стороны металлической оболочки, как описано выше, инициирование разлома или трещины начинается в хрупкой области 140 у нижнего конца исходной пластины 100. Желательно, чтобы это инициирование трещины началось у вершины V-образного углубления 150. В соответствии с этим предпочитают, чтобы V-образное углубление 150 имело форму, обеспечивающую возможность осаждения меди в V-образном углублении рядом с вершиной, с линией разрушения, проходящей между дугой V-образного углубления 150.

Заявители нашли, что некоторые размеры и формы углублений обеспечивают такое “симметричное” отделение осажденного металла, в то время как другие не обеспечивают. Например, V-образное углубление с дугой 90°±15° обеспечивает нарастание меди в V-образном углублении с образованием линии разрушения, как показано пунктирной линией А, между дугой V-образного углубления. Затем при удалении оболочки осажденного металла положение линии разрушения в V-образном углублении инициирует расщепление осажденного металла на два преимущественно одинаковых листа по линии разрушения или линии трещины в хрупкой области 140.

Показанное на фиг.4 углубление 150 можно сравнить с V-образным углублением, показанным в фиг.5 и 6.

На фиг.5 показано неглубокое V-образное углубление 60. Форма этого V-образного углубления 60 не обеспечивает столь же большую устойчивость осаждению меди, как показанное на фиг.4 углубление 150. Соответственно медь очень легко осаждается в V-образном углублении 60. Это является желательным. Однако заявители установили, что из-за формы углубления 60 длина и, следовательно, эффективность линии разрушения снижаются. Таким образом, между двумя сторонами металлической оболочки образуется более сильное соединение, затрудняя разделение металлической оболочки на два преимущественно одинаковых листа. Действительно, экспериментальные испытания показали, что могут потребоваться несколько циклов поворачивания или качания в стрипперной машине для отделения таких листов, и в некоторых случаях они могут разделяться способом, подобным показанному на фиг.3.

На фиг.6 углубление 70 является более узким и глубоким. Это создает большее сопротивление осаждению медных ионов, чем для тех, которые попадают в V-образное углубление 150 на фиг.4 или V-образное углубление 60 на фиг.5. В некоторых случаях медь не осаждается по всему V-образному углублению 70 и особенно около вершины V-образного углубления. Это вызывает мостовое соединение 80 металла поперек V-образного углубления. Это мостовое соединение металла поперек V-образного углубления исключает образование линии разрушения в дуге V-образного углубления. Мост 80 может упрочить связь двух сторон металлической оболочки, что снова может приводить к потребности нескольких циклов поворота или качания для разделения осажденного металла на два листа, которые, наиболее вероятно, преимущественно не будут одинаковыми по размеру.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, которое особенно подходит для процессов электролитического осаждения, V-образному углублению можно придавать такие размер и форму, чтобы улавливать газообразный материал, который дополнительно действует с целью определения линии разрушения в дуге углубления.

Само собой разумеется, что описанные способ и устройство можно видоизменять, не выходя при этом за рамки существа изобретения и объема защиты, определяемого формулой изобретения.

1. Способ электролитического осаждения оболочки из металла на катодную пластину, включающий осаждение металла на обеих сторонах катодной пластины с образованием сторон оболочки, соединенных, по меньшей мере, по одному краю хрупкой областью из осаждаемого металла, и разделение сторон оболочки с катодной пластины на два листа посредством изгибания и поворачивания соответствующих сторон относительно хрупкой области, отличающийся тем, что на катодной пластине выполняют углубление для формирования в углублении и рядом с ним хрупкой области из осаждаемого металла, образования в ней линии разрушения и разделения оболочки из осаждаемого металла преимущественно на два одинаковых листа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углубление выполняют V-образной формы с образованием линии разрушения в пределах V-образной дуги.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стороны углубления образуют угол от 75 до 150°.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что стороны углубления образуют угол 90°.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что углублению придают форму, обеспечивающую осаждение металла непосредственно рядом с вершиной углубления.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что углублению придают форму, обеспечивающую возможность его заполнения осаждаемым металлом.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что углублению придают форму, обеспечивающую возможность захвата газа, поднимающегося во время осаждения металла от нижней части катодной пластины.

8. Катодная пластина для электролитического осаждения оболочки из металла, отличающаяся тем, что она выполнена с углублением, по меньшей мере, с одного края для образования линии разрушения в пределах углубления при осаждении металла и разделения оболочки из осаждаемого металла на преимущественно два одинаковых листа.

9. Катодная пластина по п.8, отличающаяся тем, что углубление имеет V-образную форму для образования линии разрушения в пределах V-образной дуги.

10. Катодная пластина по п.8 или 9, отличающаяся тем, что стороны углубления образуют угол от 75 до 150°.

11. Катодная пластина по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что стороны углубления образуют угол 90°.

12. Катодная пластина по любому из пп.8-11, отличающаяся тем, что углубление имеет форму, обеспечивающую осаждение металла непосредственно рядом с вершиной углубления.

13. Катодная пластина по любому из пп.8-12, отличающаяся тем, что углубление имеет форму, обеспечивающую возможность его заполнения осаждаемым металлом.

14. Катодная пластина по любому из пп.8-13, отличающаяся тем, что углубление имеет форму, обеспечивающую возможность захвата газа, поднимающегося во время осаждения металла от нижней части катодной пластины.