专利名称：一种上进液式铜箔一体机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜箔一体机设备，尤其是一种上进液式铜箔一体机设备，本设备将传统的下进液式铜箔设备中电解液由下而上的流动，改为由上而下的流动，从而提高了流动速度和平稳性，属于设备加工制造领域。
背景技术：
目前，电解铜箔的生产已经淘汰了不环保、容易侵蚀的铅阳极，改用表面设有导电涂覆层的钛铱阳极，但是无论使用铅阳极还是钛阳极，其生产工艺基本没变，即电解液从阳极槽的底端输入，从阳极槽的上端口输出回流到溶铜系统。铜箔生产传统的设备和工艺是这样的:把表面粗糙度Ra ( 0.25um的阴极辊，将其轴线以下浸泡在加入有含铜量在70-110g/L,含酸量80-130g/L，温度在40-65 °C流动硫酸铜溶液的阳极槽中，在阴极辊和阳极之间通入电流，这样根据电镀原理阴极辊在流动硫酸铜溶液浸泡部分表面会镀上铜晶粒，根据电镀常数:1.186g/A-h,在电流一定的情况下阴极辊表面所镀铜箔的厚度取决于阴极辊在硫酸铜溶液中电镀的时间，转动阴极辊改变阴极辊在硫酸铜溶液中的转速就可以改变阴极辊表面所镀铜箔的厚度，随着阴极辊的转动和连续不断的将镀在阴极辊表面上的铜箔揭下就可以得到不同厚度的铜箔。铜箔贴于阴极辊表面的一侧称为光面，镀层面称为毛面，由于电镀过程中的极化作用，在铜箔的毛面将产生像山峰一样的不规则的铜晶粒，铜箔越厚，其毛面的铜晶粒越大，粗糙度也越大。生产工艺中是通过加入添加剂(明胶或改性明胶，硫脲等)的方法控制铜箔毛面的粗糙度Rz。生产工艺复杂且极难控制，是铜箔生产中的瓶颈，也是各铜箔制造厂保密的专有技术，同时由于在电解液中加入了大量的添加剂，当电解液回流到溶铜系统时，为了提高电解液的质量，就要滤掉上述添加剂，就要增加多套过滤设备，也增加了过滤器的负担。由于在电解液中的铜离子被电镀到阴极辊的过程中析氧，会产生大量的气泡，气泡也会影响电镀的效果，由于电解液是向上流动的，气泡被电解液从阳极槽的上端口带出，形成硫酸烟气氧化刚刚从阴极辊揭下的铜箔表面。为了解决这一问题，需要在阳极槽口设置大排量的抽风口，使得铜箔生产设备复杂，控制难度大。从1955年Yates商业化电解铜箔以来，其生产工艺基本没有改变，一直都是以下进液、上溢流的方式生产。这种方式主要是在维持铜离子和添加剂的浓度，对于槽中的流体力学问题没有良好的解决方案。电解铜箔不论是用高位槽或耐酸泵来供给电解液，流速一般都在0.5米/秒以下。所得的铜箔结晶是柱状的结构，虽然用光亮添加剂可以改变常温下的结晶结构及物性，但在高温下却很不稳定，它的抗拉强度衰减很大，也容易产生针孔及翘曲。这种铜箔不适合做高档的电路板及锂电池。在电解铜箔的过程中，铜原子在阴极表面沉积，氧气泡在阳极表面生成并被下进液带到液面。连同硫酸铜产生酸雾，对铜箔表面及操作人员都是极大的损害。因此，必须用很强的抽风设备来 维持车间的洁净。下进液会在进液口附近产生很大的乱流，它的雷诺数远超过2000。虽然很多生产商对进液管的设计下了很大的功夫，却仍然不能解决厚薄不均的现象，而必须仰赖进液阀门及屏蔽板来调节厚度，而这种调节法只是暂时的，非常不稳定。每一两天就得调整一次。屏蔽板只能用一到两次，它的费用更是高的吓人。这对连续生产是一个很头疼的问题。下进液分封闭式和开放式两种。前者是百分之百的新液，后者同时使用新液和旧液。无论哪一种方式，都无法准确的控制左右两边阳极的流量。通常只能假设两边各有一半的流量，其可控性很低。下进液最大的缺点是液面的铜离子及添加剂浓度是电解过的旧液，浓度较低，在液面累积了很多气泡，使得液面的电阻较大。两者合并后，使得液面的电流密度低于液面下。这个现象在阴极辊进入液面时，不利于晶核的生成。在较严重的情况下，是造成铜箔翘曲及针孔的一大因素。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提出一种上进液式铜箔一体机设备，它将传统的阳极槽中的电解液由下而上的流动，改为由上而下的流动，提高了流动速度和平稳性，给铜箔生产带来了意想不到的良好效果，彻底摆脱了只能用添加剂控制铜箔表面质量的历史。为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
一种上进液式铜箔一体机设备，包括由阴极辊、阳极槽、电解液输送装置、电解液回流接收装置，阴极辊在阳极槽中转动，阳极槽设有电解液流入端口和电解液流出端口，所述电解液输送装置与阳极槽的电解液流入端口连通，所述电解液流出端口与电解液回流接收装置连通，所述阳极槽电解液流入端口至少是在阴极辊沿径向一个侧面的阳极槽上端口，所述电解液回流接收装置与阳极槽电解液流入端口之间通过一个电解液补充装置连通，其特征在于:所述电解液从阴极辊沿径向的一个侧面的阳极槽上端口流入，电解液从上进液装置流出时产生的气泡较少且流量可以准确调节。进一步的优点是，·阳极槽上端进液口，采用多块均匀分布的宽度为60mm到150mm的矩形板，通过板上固定的螺栓与固定在阳极槽上端的螺母相互转动，对进液口流量进行调节，当铜箔在一定范围内的平均厚度低于设定值时，则提高电解液的流量，当铜箔在一定范围内的平均厚度高于设定值时，则降低电解液的流量。进一步的优点是，矩形板之间的距离为2mm到5mm之间。进一步的优点是，矩形板调节电解液进液口流量是通过其与导轨发生相对运动实现的。进一步的优点是，阴极辊、阳极槽和电解液在直流电场作用下发生电化学反应。进一步的优点是，所述电解液从阴极辊磨刷侧的阳极槽上端口流入。进一步的优点是，所述电解液流入时是顺着阴极辊的辊面流入阳极槽内。进一步的优点是，所述电解液从阴极辊中心轴两侧的阳极槽上端口流入，从阳极槽底端流出，电解液在阴极辊流入两侧面形成与气泡走向相反的流速冲力，当铜箔层表面粗糙度大于设定值时，提高电解液的流速；当铜箔层表面粗糙度小于设定值时，降低电解液的流速。进一步的优点是，所述电解液在阴极辊表面形成的流速快，至少是0.5米/秒。进一步的优点是，所述电解液是一次电解液与二次电解液的混合液，其中，一次电解液是硫酸铜源液，二次电解液是经阳极槽流出的硫酸铜电解液。进一步的优点是，所述一次电解液与二次电解液的含量比值大于0.5。进一步的优点是，所述电解液输送通路中设置有位于阳极槽上方的上位槽，上位槽通过管路与阳极槽电解液流入端口连通，在上位槽与阳极槽电解液流入端口的管路中设置有流量调节阀，所述电解液补充泵与阳极槽电解液流入端口之间连通的管路中设置有电解液回流流量调节阀。本发明具有如下的突出优点:
首先，摆脱了只能依赖添加剂控制铜箔表面质量的历史。通过控制电解液在阴极辊表面的流速控制表面的粗糙度以及铜箔铜离子的电镀密度，实现从添加剂工艺控制铜箔质量到设备制造精度控制铜箔质量的转变，这对于铜箔制造产生了根本的变革。其次，本发明的铜箔一体机设备，显著降低了对过滤装置的要求，使设备比传统的生箔机设备结构简单。再次，该铜箔一体机设备的控制过程易于操作。下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
图1上进液式铜箔一体机设备整体示意图。图2阳极槽电解液流入端口示意图。图3流量调节装置结构图。图中:1.阴极辊2.阳极支承3.阳极槽4.硫酸铜电解液5.铜箔6.剥离辊
7.表面处理辊8.磨刷辊9.收卷辊10.贮液槽11.高位槽12.调节螺杆13.矩形板14.上进液斗15.流量调节口 16.调节螺母17.导轨。
具体实施例方式实施例1:
一种上进液式铜箔一体机设备，参见图1。主要包括阴极辊1、阳极支承2、阴极辊I与阳极支承2形成阳极槽3。其中，阴极辊和阳极支承之间的距离通常保持在8_至15_之间，阳极槽中有流动的硫酸铜电解液4。阴极辊外表面轴线以下部分浸没在70-110g/L、含酸量80-130g/L、温度在40-65°C流动的硫酸铜溶液的阳极槽中，阳极两端通过导电排送电，阴极辊两端通过导电排加导电装置加导电环送电。其中，阳极板附着在阳极支承上，阳极是指阳极板，即DSA (尺寸稳定性阳极)阳极。当阳极和阴极辊通入的总电流26000-32000A、总电压12-15V时，阳极、阴极辊、硫酸铜电解液三者之间在直流电场的作用下发生电化学反应，铜离子吸附在阴极辊的表面，从而在阴极辊上形成厚度均匀的铜箔，通过阴极辊均匀的、连续不断的转动，电镀在阴极辊的铜箔5被连续不断揭下经剥离辊6进入表面处理辊7最后通过收卷辊9完成收卷。其中，所述硫酸铜电解液至少从阴极辊沿径向一个侧面的阳极槽3-1的上端口流入，其所示阴极辊一个侧面是指磨刷辊一侧，电解液在流入时直接流入到阴极辊表面一侧，为了减少阳极槽内的酸气、改善铜箔表面的氧化程度、粗糙度和铜箔晶粒的致密度，所述电解液流入时 流速比较快，至少是0.5米/秒，以便尽快的将产生的气泡带走。而在传统方法中，在阳极槽中的电解液是从下面进液口流入，从上端溢流口流出的输送方法，使得电解液液流量在阴极辊表面形成的流速始终低于0.5米/秒，若大于0.5米/秒将会对铜箔表面质量、氧化程度和铜箔晶粒的致密度产生很大的影响。本实施例通过改变电解液的输送方向来减少电解液中气泡的产生和提高电解液的流速，可以实现对阴极辊表面剥离下的铜箔的氧化程度和铜箔晶粒的致密度进行控制，并通过控制电解液在阴极辊表面的流速来控制铜箔表面的粗糙度。实施例2:
一种上进液式铜箔一体机设备，参见图1和图2。主要包括阴极辊1、阳极支承2形成的阳极槽3、贮液槽10、高位槽11。阳极槽、电解液输送通路和回流通路形成供液系统。所述电解液是一次电解液和二次电解液的混合液，所述一次电解液是硫酸铜原液，所述二次电解液是经阳极槽流出的硫酸铜电解液。阳极支承2和阴极辊之间的距离保持在8_至15_之间，阴极辊在阳极槽中均匀转动，阳极槽电解液流入端口设置有均匀分布的矩形板，矩形板与螺杆连成一体，电解液从阳极槽上端口流入时流量通过矩形板13调节。具体是通过螺杆与螺母的转动调节矩形板，进而准确调节进液口不同位置的进液量，最终调节铜箔横断面的厚度均匀度。其中，所述阳极槽电解液流入端口至少是阴极辊沿径向一个侧面的阳极槽上端口。其中，所述一个侧面是指阴极辊磨刷侧。所述二次电解液是指经阳极槽流入到贮液槽10后通过过滤装置和电解液补充泵回流到高位槽11中的液体，最后从阳极槽上端进液口流入阳极槽。本实施例中所述的电解液是一次电解液与二次电解液的混合液，其中一次电解液与二次电解液的含量比值大于1:2 (即0.5)，而7:3是最佳比例，即100%的电解液中70%是一次电解液，30%是二次电解液。实施例3:
本实施例是在实施例1和2 的基础上进行的改进。电子行业对铜箔的均厚有很大的要求，因此在生产电解铜箔时，对铜箔均厚的控制就显得尤为重要。传统方法中，阳极槽中电解液是自下而上的输送方式，控制铜箔的均厚主要通过进液口的阀门来实现。本实施例中，阳极槽电解液采用自上而下的输送方式，电解液流经上进液斗14、流量调节口 15，通过控制矩形板的方向来调节铜箔横断面的厚度均匀度。在生产过程中，所述矩形板的调整位置不一定在同一条直线上，会根据试生产出来的原箔厚度来调节。所述矩形板与螺栓连成一体，螺母固定在阳极槽上端进液口，通过螺栓和螺母的相对运动来调节矩形板的方向。当铜箔均厚大于设定值时，提高电解液从阳极槽上端流量调节口 15流出速度，即提高电解液的流速；当铜箔均厚小于设定值时，降低电解液从阳极槽上端口流量调节口 15流出速度，即降低电解液的流速。铜箔横断面均厚设定值根据不同的产品有不同的要求，通常误差控制在彡1%( IOOmmX IOOmm范围内)。所述矩形板是电解液从阳极槽上端口流入时控制电解液流量的主要结构，其与螺杆、螺母、导轨一起共同组成了进液口调节装置。以上以较佳实施例公开了本发明，然其并非用于限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种上进液式铜箔一体机设备，包括阴极辊、阳极槽、电解液输送装置、电解液回流接收装置，其特征在于，阴极辊在阳极槽中转动，阳极槽设有电解液流入端口和电解液流出端口，所述电解液输送装置与阳极槽的电解液流入端口连通，所述电解液流出端口与电解液回流接收装置连通，所述阳极槽电解液流入端口至少是在阴极辊沿径向一个侧面的阳极槽上端口，所述电解液回流接收装置与阳极槽电解液流入端口之间通过一个电解液补充装置连通，所述电解液从阳极槽上电解液流入端口流入，所述电解液流入端口设有流量调节>j-U ρ α装直。
2.根据权利要求1所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述电解液流入端口的流量调节装置采用多块均匀分布的矩形板，通过板上固定的螺栓与固定在阳极槽上端的螺母相互转动，对电解液流入端口流量进行调节。
3.根据权利要求2所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述矩形板宽度为 BOmm 到 150mm。
4.根据权利要求2或3所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述各矩形板之间的距离为2mm到5mm。
5.根据权利要求2或3所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述矩形板调节电解液流入端口流量是通过其与导轨发生相对运动实现的。
6.根据权利要求1所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述电解液从阴极辊磨刷侧的阳极槽上端口流入。
7.根据权利要求1所述的一种上进液式铜箔一体机设备，其特征在于，所述电解液流入时顺着阴极辊的辊面流入阳极槽内。
全文摘要
本发明涉及一种上进液式铜箔一体机设备，包括阴极辊、阳极槽、电解液输送装置、电解液回流接收装置，阴极辊在阳极槽中转动，阳极槽设有电解液流入端口和电解液流出端口，电解液输送装置与阳极槽的电解液流入端口连通，电解液流出端口与电解液回流接收装置连通，电解液回流接收装置与阳极槽电解液流入端口之间通过一个电解液补充装置连通，所述电解液流入端口设有流量调节装置，采用多块均匀分布的矩形板，通过板上固定的螺栓与固定在阳极槽上端的螺母相互转动，对电解液流入端口流量进行调节。本发明设备，通过电解液流入端口的流量调节装置，使铜箔横断面的均厚得到很好的控制。
文档编号C25D1/04GK103233249SQ201310168289
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者陈建林, 刘建平 申请人:南京顺捷机械设备有限公司