EP0048794B1

EP0048794B1 - Use of spherical packings for galvanic baths and process for the production of such packings and of anode cages

Info

Publication number: EP0048794B1
Application number: EP81104888A
Authority: EP
Inventors: Joachim Betschler
Original assignee: Holl und Cie GmbH
Current assignee: Holl und Cie GmbH
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1985-10-02
Anticipated expiration: 2001-06-24
Also published as: CA1177779A; ATE15914T1; DE3036937C2; DE3036937A1; EP0048794B2; ES269127Y; GR75050B; EP0048794A1; ES269127U; US4447298A

Abstract

Anode bodies for a galvanic plating bath, e.g. for electrodeposition of copper, are spheres which can be received in an anode holder in the bath and have advantages over irregular and other anode shapes deriving from the fact that the metal is solubilized uniformly substantially over the entire surface area of the anode bodies and a uniform reproducible contact is made between them. The invention also comprehends a method of making such bodies by pressing cylindrical blanks, e.g. wire sections, to spherical shape, and a method of operating an electroplating bath which involves the use of such anode bodies.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von kugelförmigen Füllkörpern für in galvanische Bäder einzusetzende Anodenbehälter sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines in galvanische Bäder einzusetzenden Anodenbehälters.The invention relates to the use of spherical fillers for anode containers to be used in electroplating baths and to a method for their production. The invention further relates to a method for producing an anode container to be used in galvanic baths.

In galvanischen Hochleistungsanlagen werden für zyanidische Bäder hochreineAnodenmetall-Füllkörper, z. B. aus Kupfer, und für saure Bäder legierte Füllkörper, z. B. Kupfer mit Phosphor legiert, verwendet. Beim Galvanisieren von Druckzylindern, Leiterplatten oder anderen elektronischen Geräteteilen kommen häufig Hilfsanoden in Form von Titankörben, die mit den entsprechenden Metall-Füllkörpern gefüllt sind, zum Einsatz. Dabei ist es wichtig, daß diese Hilfsanoden über ihre gesamte Fläche eine gleiche Füllung aufweisen, damit während des ganzen Betriebes ein möglichst gleiches Abscheidungsgewicht und eine gleiche Abscheidungsfläche gewährleistet sind, die für exakte Auflageschichten von ausschlaggebender Bedeutung sind. Mit den in der Praxis bekannten Granalien aus Elektrolyt-Kupfer-Schrott oder Abschnittsstücken von Kupferdrähten werden diese Forderungen nicht erfüllt. Die hierbei sich ergebenden ungleichen Kontaktflächen führen zu unterschiedlichen Abscheidungsflächen und die Sperrigkeit der Füllkörper begünstigt häufig eine Brückenbildung an den Einfüllöffnungen und im Innern der Anodenkörbe. Mit diesem bekannten Füllkörper ist es vor allem wegen der unkontrollierbaren Beschickung notwendig, die galvanische Anlage täglich für einen bestimmten Zeitraum außer Betrieb zu setzen. Fällt dann während dieser Auffüllphase die Betriebstemperatur ab, dann muß die Anlage vor Inbetriebnahme wieder aufgeheizt werden, wodurch häufig mehrstündige Betriebsausfälle entstehen. Mit kugelförmigen Füllkörpern (GB-PS 357 977; US-PS 3 300 396) konnten diese Beschickungsschwierigkeiten weitgehend behoben werden. Werden die Kugeln aber in bekannter Weise im Gießverfahren hergestellt, dann bildet sich auf der Kugeloberfläche eine mehr oder weniger starke Gußhaut, die zudem noch unregelmäßig auf die Oberfläche verteilt ist. Die elektrolytische Leitfähigkeit dieser meist oxydierten Gußhaut ist stark vermindert, weshalb sich auf diesen Kugeln ungleichmäßige Abtragungen und Aushöhlungen einstellen. Die bekannten FüllkörperKugeln eignen sich daher zum Galvanisieren von hochwertigen elektronischen Geräteteilen nicht gut, weil mit ihnen keine gleichmäßig dünnen Auflageschichten, die sich auch über größere Flächen, mit oder ohne Zwischenräume, erstrekken, erzielt werden können. Werden nach einem anderen Vorschlag (DE-GM 1 985 826) Granalien aus Elektrolyt-Kupfer-Schrotten zu kugeligen Formkörpern umgeformt, dann entstehen keine homogen verdichtete Kugelformen, sondern sehr unterschiedlich zusammengesetzte und mit Spalten und Rissen versehene Schrottkugeln, die eine ungleichförmige Oberfläche aufweisen. Eine unregelmäßige und ungleichförmige Kugeloberfläche begünstigt wiederum ein ungleichmäßiges Abtragen des Werkstoffes und ein verstärktes Aushöhlen der Kugeloberfläche. Bei der Herstellung von Kugeln aus Gußstahl ist es schon bekannt (DE-C-217 938), von einem runden Draht entsprechend lange Stücke abzuschneiden und diese einem Kugel-Preßwerkzeug zuzuführen. Hierbei handelt es sich nicht um aus einem Anodenwerkstoff geformte Füllkörper für Anodenbehälter.High-purity anode metal fillings, e.g. B. of copper, and for acidic baths, eg. B. copper alloyed with phosphorus used. Auxiliary anodes in the form of titanium baskets, which are filled with the appropriate metal fillers, are often used for the electroplating of printing cylinders, printed circuit boards or other electronic device parts. It is important that these auxiliary anodes have the same filling over their entire area, so that the same possible deposition weight and the same deposition area are ensured during the whole operation, which are of crucial importance for exact support layers. These requirements are not met with the granules made of electrolytic copper scrap or sections of copper wires known in practice. The resulting unequal contact surfaces lead to different deposition surfaces and the bulkiness of the packing often favors bridging at the filling openings and inside the anode baskets. With this known filler body, it is necessary, above all because of the uncontrollable loading, to shut down the galvanic system daily for a certain period of time. If the operating temperature then drops during this filling phase, the system must be heated up again before commissioning, which often results in operating failures lasting several hours. With spherical fillers (GB-PS 357 977; US-PS 3 300 396) these loading difficulties could largely be eliminated. However, if the balls are produced in a known manner using the casting process, then a more or less strong cast skin is formed on the surface of the ball, which is also irregularly distributed over the surface. The electrolytic conductivity of this mostly oxidized cast skin is greatly reduced, which is why uneven erosion and hollows occur on these balls. The known packing balls are therefore not well suited for the electroplating of high-quality electronic device parts, because they cannot be used to achieve uniformly thin support layers that also extend over larger areas, with or without gaps. If, according to another proposal (DE-GM 1 985 826), granules made from electrolytic copper scrap are formed into spherical shaped bodies, then there are no homogeneously compacted spherical shapes, but rather very differently composed scrap balls with gaps and cracks, which have a non-uniform surface. An irregular and non-uniform spherical surface in turn favors an uneven removal of the material and an increased hollowing out of the spherical surface. In the manufacture of cast steel balls, it is already known (DE-C-217 938) to cut correspondingly long pieces from a round wire and to feed these to a ball press tool. These are not fillers for anode containers formed from an anode material.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte kugelförmige Füllkörper für Anodenbehälter anzuwenden, die aus durchgehend homogener Masse bestehen und deren gleichmäßig geformte Oberfläche frei von Oxydod. dgl. Belagschichten ist.The invention is therefore based on the object of using improved spherical fillers for anode containers which consist of a homogeneous mass throughout and whose uniformly shaped surface is free from oxydod. Like. Layers is.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung kugelförmige Füllkörper aus zu Kugeln umgeformten Drahtstücken aus Anodenwerkstoff verwendet.In order to achieve this object, spherical fillers made of wire pieces of anode material formed into spheres are used according to the invention.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen dieser Füllkörper ist dadurch gekennzeichnet, daß von einem aus mit Phosphor legiertem Kupfer als Anodenwerkstoff bestehenden Draht Stücke vorbestimmter Länge abgetrennt und dann diese Drahtstücke durch mechanische Bearbeitung in Kugelform gebracht werden.A preferred method for producing these packing elements is characterized in that pieces of a predetermined length are cut from a wire made of copper alloyed with phosphorus as the anode material and then these pieces of wire are made spherical by mechanical processing.

Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden Anodenbehälter dadurch hergestellt, daß zunächst zur Bildung der Füllkörper von einem aus dem Anodenwerkstoff bestehenden Draht Stücke vorbestimmter Länge abgetrennt werden, dann diese Drahtstücke durch mechanische Bearbeitung in Kugelform gebracht und schließlich diese Kugeln in den Geflechtkorb eingefüllt werden.According to a further advantageous method, anode containers are produced by first cutting pieces of a predetermined length from a wire made of the anode material to form the filler, then bringing these wire pieces into spherical shape by mechanical processing and finally filling these balls into the mesh basket.

Durch die Verwendung gleichmäßig geformter und geschichteter Kugeln ergeben sich gleiche Abscheidungsflächen und im wesentlichen auch gleiches Füllgewicht.The use of uniformly shaped and layered balls results in the same separation surfaces and essentially the same filling weight.

Auch bei weitgehendem Verbrauch der Kugeln kommt es nicht zu zusammengebackenen Füllungszonen, so daß sich ein ununterbrochener Betrieb ohne Ausfallzeiten erreichen läßt. Die umgeformten Drahtstücke aus homogenem Anodenwerkstoff ergeben geometrisch genau definierte Kugelkörper, die frei von nachteiliger Guß- bzw. Oxydhaut sind. Die mechanische Bearbeitung führt zu einem homogenen, gleichmäßig verdichteten und verfestigten Werkstoffgefüge. Daraus ergibt sich eine gute elektrische Kontakteigenschaft und ein gleichmäßiges Abtragen des Anodenwerkstoffes rund um die Kugel. Besonders vorteilhaft sind Kugeln, die aus mit Phosphor legiertem Kupfer hergestellt werden. Ein mit diesen Füllkörpern gefüllter Anodenbehälter gewährleistet besonders lange Betriebszeiten bei hoher Leistung.Even when the balls are largely used, there are no caked filling zones, so that uninterrupted operation can be achieved without downtimes. The formed wire pieces made of homogeneous anode material result in geometrically precisely defined spherical bodies that are free from disadvantageous cast or oxide skin. Mechanical processing leads to a homogeneous, evenly compressed and solidified material structure. This results in a good electrical contact property and even removal of the anode material around the ball. Balls made of copper alloyed with phosphorus are particularly advantageous. An anode container filled with these packing elements guarantees particularly long operating times with high performance.

Der Durchmesser der Füllkörperkugeln ist vorteilhaft so ausgelegt, daß die Kugeln einzeln durch die Beschickungsöffnung des Anodenbehälters rollen und ihr Durchmesser etwas kleiner als die Tiefe, jedoch größer als die halbe Tiefe des Anodenbehälters ist. Die gebräuchlichsten Kugeldurchmesser sind daher 5-30 mm, vorzugsweise 10-15 mm. Sind somit die Kugeln so groß, daß stets nur eine einzige Kugel durch die Beschickungsöffnung geht, so kann es zu keinen Sperrungen kommen. Die Kugeln in den angegebenen Größen bilden auch nur eine Stapelschicht. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kugeln einer Füllung eines Anodenbehälters gleich groß sind.The diameter of the packing balls is advantageously designed so that the balls individually roll through the loading opening of the anode container and its diameter is slightly smaller than the depth, but larger than half the depth of the anode container. The most common ball diameters are therefore 5-30 mm, preferably 10-15 mm. If the balls are so large that only a single ball passes through the loading opening, there can be no blockages. The balls in the specified sizes also only form a stack layer. Optimal results are achieved if the balls of the filling of an anode container are the same size.

Der zu Kugeln umzuformende Draht kann auf übliche Weise durch Walzen, Gießen oder Pressen hergestellt werden. Je nach dem Verwendungszweck wird er aus reinem oder legiertem Metall bestehen. Der Drahtdurchmesser läßt sich versuchsweise ermitteln. Erfahrungsgemäß liegt er etwa 20% unter dem des Kugeldurchmessers. Die fortlaufend vom Draht abgeschnittenen Zylinderstücke gelangen anschließend zwischen Preßwerkzeuge, die fortlaufend Kugeln pressen und auswerfen. Mit diesem einfachen und vorteilhaften Herstellungsverfahren lassen sich die Kugeln vollautomatisch und daher kostengünstig herstellen.The wire to be formed into balls can be produced in the usual way by rolling, casting or pressing. Depending on the intended use, it will consist of pure or alloyed metal. The wire diameter can be determined on a trial basis. Experience has shown that it is about 20% below that of the ball diameter. The cylinder pieces, which are continuously cut from the wire, then pass between pressing tools, which continuously press and eject balls. With this simple and advantageous manufacturing process, the balls can be produced fully automatically and therefore inexpensively.

Die Zeichnung zeigt einen Teil eines Anodenbehälters im Schnitt mit den erfindungsgemäßen Füllkörpern.The drawing shows part of an anode container in section with the packing elements according to the invention.

In einem Anodenkorb 1 aus einem Titandrahtgeflecht 2 sind Füllkörperkugeln 3 eingefüllt. Da der Durchmesser d der Kugeln geringfügig kleiner als die Tiefe t des Korbes ist, kommt es zu einer einschichtigen Aufstapelung der Kugeln. Auch wenn diese Kugeln dabei etwas versetzt bzw. verschoben sind, ist infolge der gleichmäßig gerundeten Oberfläche der Kugeln die Kontaktfläche stets die gleiche. Durch die Kugelform werden sich die Füllkörper auch beim Nachfüllen stets lückenlos und ohne Sperrung einordnen und so einen gleichmäßigen Füllstand ermöglichen.Packing balls 3 are filled in an anode basket 1 made of a titanium wire mesh 2. Since the diameter d of the balls is slightly smaller than the depth t of the basket, the balls are stacked in one layer. Even if these balls are slightly offset or shifted, the contact surface is always the same due to the evenly rounded surface of the balls. Due to the spherical shape, the packing elements will always be arranged without gaps and without blocking, even when refilling, and thus enable a uniform filling level.

Claims

1. Use of spherical packings made of pieces of wire of anode material formed to balls for anode cages which are to be immersed in galvanic baths.

2. Method for the production of spherical packings for anode cages which are to be immersed in galvanic baths, characterized in that from a wire consisting of copper alloyed with phosphorus as anode material pieces of predetermined length are separated and then made spherical by mechanical treatment.

3. Method for the production of anode cages which are to be immersed in galvanic baths, the anode cages containing in a wire mesh cage spherical packings of anode material, characterized in that first for forming the packings pieces of predetermined length are separated from a wire of anode material, then these pieces of wire are made spherical by mechanical treatment and finally these balls are filled into the wire mesh cage.