DE202008006707U1 - Device for glavanising workpieces - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Galvanisieren von Werkstücken, insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücken, mit
– einem Säure enthaltenden Elektrolyten (20) und
– einer ersten Anodenanordnung (30), welche zumindest teilweise in den Elektrolyten (20) eingetaucht ist und welche in dem Elektrolyten (20) lösliches Material aufweist,
wobei das Werkstück (10) in dem Elektrolyten (20) der ersten Anodenanordnung (30) gegenüberstehend eingebracht ist;
gekennzeichnet durch
– eine Einrichtung (40; 70) zum Einstellen von Prozessparametern, welche sich in dem Elektrolyten (20) befindet und welche in dem Elektrolyten (20) unlösliches Material aufweist.Apparatus for electroplating workpieces, in particular rotationally symmetrical workpieces, with
- An acid-containing electrolyte (20) and
A first anode assembly (30) which is at least partially immersed in the electrolyte (20) and which has soluble material in the electrolyte (20),
wherein the workpiece (10) is placed in the electrolyte (20) opposite the first anode assembly (30);
marked by
- A device (40; 70) for adjusting process parameters, which is located in the electrolyte (20) and which has insoluble material in the electrolyte (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren von Werkstücken, insbesondere von rotationssymmetrischen Werkstücken, mit einem Säure enthaltenden Elektrolyten und einer ersten Anodenanordnung, welche zumindest teilweise in den Elektrolyten eingetaucht ist und welche in dem Elektrolyten lösliches Material aufweist, wobei das Werkstück in dem Elektrolyten der ersten Anodenanordnung gegenüberstehend eingebracht ist. Insbesondere soll die Vorrichtung zum Verkupfern von Werkstücken eingesetzt werden.The The invention relates to a device for galvanizing workpieces, in particular of rotationally symmetrical workpieces, with an acid-containing electrolyte and a first Anode arrangement, which at least partially in the electrolyte immersed and which is soluble in the electrolyte Material, wherein the workpiece in the electrolyte introduced opposite the first anode assembly is. In particular, the device for coppering workpieces be used.

Bei vielen galvanischen Verfahren bezieht der Elektrolyt die abzuscheidenden Metall-Ionen und Metall-Ionen-Komplexe aus löslichen Anoden. Dazu werden typischerweise Metallstücke als Klippings oder Kugeln in Körbe gefüllt und in den Elektrolyten getaucht oder in einem separaten Behältnis in Lösung gebracht. Die Metallstücke werden durch den Beschichtungsprozess verbraucht, so dass die Körbe immer wieder mit Metall zu befüllen sind. Da die kathodische Stromdichte höher ist als die anodische Stromdichte, werden im Laufe der Zeit mehr Metall-Ionen gelöst, als letztlich auf dem Werkstück abgeschieden werden können. Somit erhöht sich über die Betriebszeit eines solchen galvanischen Bades die Konzentration der gelösten Metall-Ionen, welche durch Zugabe von Wasser und Säure ausgeglichen werden muss. Damit steigt die Gesamtmenge an Elektrolyten, der immer wieder abgelassen werden muss; zusätzlich stellt sich das Entsorgungsproblem.at many electrolytic processes, the electrolyte takes the deposited Metal ions and metal-ion complexes from soluble anodes. These are typically metal pieces as Klippings or Balls filled in baskets and immersed in the electrolyte or dissolved in a separate container. The pieces of metal are going through the coating process Consumed so that the baskets always use metal too are filling. As the cathodic current density higher is considered the anodic current density, will become more over time Metal ions dissolved, as ultimately on the workpiece can be separated. Thus increases over the Operating time of such a galvanic bath, the concentration the dissolved metal ions, which by adding water and acid must be balanced. This increases the total amount of electrolytes, which must be drained again and again; additionally the disposal problem arises.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das überschüssige Metall an Opferflächen in einem Bypass des galvanischen Bades, einer so genannten Reduktionszelle, abzuscheiden. Dabei verliert das Bad kontinuierlich Metall unter zusätzlicher Aufwendung von Energie.A Another possibility is the excess Metal on sacrificial surfaces in a bypass of galvanic Bades, a so-called reduction cell to separate. It loses the bathroom continuously metal with additional expenditure of energy.

Bei beiden Vorgehensweisen nach dem Stand der Technik steigen die Produktionskosten, weil nicht der gesamte Vorrat an Metall für die Beschichtung der Werkstücke genutzt werden kann. Hinzu kommen zusätzliche Kosten für die Entsorgung und den Energiebedarf des Prozesses.at Both approaches according to the prior art increase the cost of production, because not the entire supply of metal for the coating the workpieces can be used. There are additional ones Costs of disposal and energy consumption of the process.

Ein selbstverständliches, in der Praxis allerdings oft schwer zu erfüllendes Erfordernis ist, dass auf einem Werkstück eine möglichst homogene Beschichtung aufzubringen ist. Die Beschichtung eines Werkstückes wird maßgeblich durch die lokal herrschenden Stromdichten auf der Oberfläche beeinflusst. An Orten erhöhter Stromdichte, wie zum Beispiel nach außen weisende Ecken oder Kanten, werden mehr Metall-Ionen abgeschieden, was grundsätzlich unerwünscht ist.One self-evident, but often difficult in practice The requirement to be met is that on a workpiece a very homogeneous coating is applied. The coating of a workpiece becomes decisive by the locally prevailing current densities on the surface affected. In places of increased current density, such as outward facing corners or edges become more metal ions deposited, which is generally undesirable.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Gleichstrom-Verkupfern von Werkstücken zur Verfügung zu stellen, mit der ein gleichmäßiges Abscheiden auf dem Werkstück möglich ist, wobei Verluste an Metall bzw. gelösten Metall-Ionen minimiert sind.It Therefore, the object of the present invention is a device for DC coppering of workpieces to provide, with a uniform deposition on the workpiece is possible, taking losses are minimized to metal or dissolved metal ions.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Gleichstrom-Verkupfern von Werkstücken eine Einrichtung zum Einstellen von Prozessparametern, wie zum Beispiel Stromdichte, Schichtstärke, Elektrolytkonzentration usw., aufweist, welche sich in dem Elektrolyten befindet und welche in dem Elektrolyten unlösliches Material aufweist. Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist diese Einrichtung eine zweite Anodenanordnung, nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Einrichtung eine Anordnung aus Leitblechen, die sich zwischen der ersten Anodenanordnung und dem Werkstück befindet.These The object is achieved by a device according to claim 1. According to the invention it is provided that the device for DC coppering of workpieces a device for setting process parameters, such as current density, Layer thickness, electrolyte concentration, etc., which is in the electrolyte and which is in the electrolyte having insoluble material. After a first aspect invention, this device is a second anode arrangement, According to a second aspect of the invention, the device is a Arrangement of baffles extending between the first anode assembly and the workpiece is located.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird somit eine Kombinationselektrode gebildet, wobei die zweite Anodenanordnung als Elektronenlieferant für eine zusätzliche Beschleunigung der Ionen sorgt und somit eine höhere Arbeitsstromdichte bei gegebener Spannung ermöglicht. Die Differenz von kathodischer und anodischer Stromdichte wird so minimiert. Damit wird die Abscheidung aller im Elektrolyten gelösten Metall-Ionen auf dem Werkstück möglich, was nicht nur den Verbrauch an Metall senkt, sondern auch den Verbrauch an Sulfat und organischen Additiven, und eine homogene Beschichtung fördert. Zudem wird die Abwasserbelastung reduziert.To The first aspect of the invention thus becomes a combination electrode formed, wherein the second anode arrangement as an electron supplier for additional acceleration of the ions ensures and thus a higher working current density at a given voltage allows. The difference between cathodic and anodic Current density is minimized. This is the deposition of all dissolved in the electrolyte metal ions on the workpiece possible, which not only reduces the consumption of metal, but also the consumption of sulfate and organic additives, and one promotes homogeneous coating. In addition, the sewage pollution reduced.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Anodenanordnung aus einem mit einem Metalloxid beschichteten Trägermaterial aufgebaut. Dabei kann das Trägermaterial Titan, Niob, Tantal, Wolfram, Mischungen dieser Metalle und/oder Legierungen dieser Metalle um fassen. Derartige unlösliche Anoden sind bereits aus der DE 102 61 493 A1 bekannt. Bei dieser Anwendung wird die unlösliche Anode mit einem separaten Gleichrichter betrieben und eingestellt. Erfindungsgemäß ist mm weiter bevorzugt vorgesehen, die erste Anodenanordung und die zweite Anodenanordnung voneinander elektrisch zu isolieren, wobei sich beide aber auf dem gleichen elektrischen Potential befinden. Insbesondere wird die zweite Anodenanordnung ohne zusätzlichen Gleichrichter betrieben.According to an advantageous embodiment, the second anode arrangement is constructed from a carrier material coated with a metal oxide. In this case, the support material titanium, niobium, tantalum, tungsten, mixtures of these metals and / or alloys of these metals include. Such insoluble anodes are already from the DE 102 61 493 A1 known. In this application, the insoluble anode is operated and adjusted with a separate rectifier. According to the invention, it is further preferred to insulate the first anode arrangement and the second anode arrangement from one another electrically, but both are at the same electrical potential. In particular, the second anode arrangement is operated without additional rectifier.

Die katalytisch wirkende, unabhängig arbeitende zweite Anodenanordnung aus unlöslichem Material mit zusätzlichen Elektronenlieferanten kann nun so dimensioniert werden, dass weder eine Konzentrationszunahme noch eine Konzentrationsabnahme des gelösten Metalls im Elektrolyten zu verzeichnen ist. Damit werden alle Metall-Ionen in Richtung des Werkstücks beschleunigt und dort abgeschieden.The catalytically active, independently operating second anode arrangement of insoluble material with additional electron sources can now be dimensioned so that neither an increase in concentration nor a decrease in the concentration of the dissolved metal in the electrolyte is recorded. Thus, all metal ions are accelerated in the direction of the workpiece and abge there eliminated.

Die Lage der zweiten Anodenanordnung mit Bezug auf das Werkstück ist wesentlich. Insbesondere sollte die zweite Anodenanordnung in einem definierten Winkel und in einem definierten Abstand zum Werkstück angeordnet sein. Für übliche Anwendungen hat sich ein Abstand von 5 bis 50 mm zum Werkstück als vorteilhaft herausgestellt.The Location of the second anode assembly with respect to the workpiece is essential. In particular, the second anode arrangement should be in a defined angle and at a defined distance to the workpiece be arranged. For usual applications has become a distance of 5 to 50 mm to the workpiece as advantageous exposed.

Wenn das Werkzeug rotationssymmetrisch ist, bieten sich weitere Optimierungen der Prozessparameter mit Hilfe der zweiten Anodenanordnung an. So ist vorteilhaft vorgesehen, dass die zweite Anodenanordnung parallel zur Oberflächentangente des rotationssymmetrischen Werkstücks ausgerichtet ist.If The tool is rotationally symmetric, there are further optimizations the process parameters with the aid of the second anode arrangement. So is advantageously provided that the second anode arrangement in parallel to the surface tangent of the rotationally symmetrical workpiece is aligned.

Der Prozess kann weiter durch die geometrische Gestaltung der ersten Anodenanordnung optimiert werden. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die erste Anodenanordnung aus einer Vielzahl von Körben aus unlöslichem Material zu bilden, in denen sich die löslichen Metall-Klippings befinden. Nun sollten die Körbe der ersten Anodenanordnung eine Geometrie aufweisen, die sicherstellt, dass bei steigender Eintauchtiefe ein geringerer Materialvorrat in den Körben vorliegt. Weiter vorteilhaft sind Spülkanäle vorgesehen, welche für eine gründliche Umspülung der Metall-Klippings in den Körben der ersten Anodenanordnung sorgen.Of the Process can continue through the geometric design of the first Anode arrangement can be optimized. From the prior art is known, the first anode assembly of a variety of baskets made of insoluble material in which the soluble Metal clipings are located. Now the baskets should be the first Anode arrangement have a geometry that ensures that with increasing immersion depth a lower material supply in the baskets is present. Further advantageous flushing channels are provided, which for a thorough rinse the metal clipings in the baskets of the first anode assembly to care.

Ebenfalls vorteilhaft können die Gitternetzdimensionen und die Wölbung der Wandung der Körbe der ersten Anodeneinrichtung derart gestaltet sein, dass ein Nachrutschen der Metall-Klippings sichergestellt ist.Also Advantageously, the grid dimensions and the curvature the wall of the baskets of the first anode device in such a way be designed to ensure slipping of the metal Klippings is.

Zur weiteren Optimierung sollte das Verhältnis der Fläche der zweiten Elektrodenanordnung zur Korboberfläche der ersten Elektrodenanordnung (30) ein Verhältnis zwischen 1:5 und 1:20 aufweisen.For further optimization, the ratio of the area of the second electrode arrangement to the basket surface of the first electrode arrangement ( 30 ) have a ratio between 1: 5 and 1:20.

Weiter vorteilhaft können die Körbe der ersten Anodenanordnung einen Ablauf aufweisen, der gezielt zu durchspülen ist. Die Spülung erfolgt dabei vorteilhaft von einer mittigen Position im galvanischen Bad in der Nähe der ebenfalls mittig liegenden zweiten Anodenanordnung. Hinter den Körben, zur Wand des galvanischen Bads gerichtet, befindet sich zweckmäßigerweise eine Abflussführung, die den Anodenschlamm und sonstige Verunreinigungen gezielt mit dem Elektrolytfluss fortschwemmt und in Richtung auf Filterkerzen transportiert. Diese geführte Elektrolytspülung hat eine deutliche Verbesserung der Langzeitstabilität des galvanischen Bades zur Folge.Further Advantageously, the baskets of the first anode assembly have a drain that is targeted to flush. The flushing is advantageously carried out by a central Position in the galvanic bath near the likewise centrally located second anode arrangement. Behind the baskets, directed to the wall of the galvanic bath, is conveniently located a drain guide, the anode sludge and other Contaminants deliberately flushed away with the electrolyte flow and transported in the direction of filter cartridges. This guided Electrolytic rinsing has a significant improvement in long-term stability the galvanic bath to the result.

Ebenso vorteilhaft ist eine Umwälzeinrichtung vorgesehen, die den Elektrolyten auf einem vorbestimmten Weg durch die Körbe der ersten Anodenanordnung treibt, wobei bei allen strömungstechnischen Maßnahmen darauf geachtet werden sollte, dass die Strömungsrichtung vom Werkstück weg gerichtet ist.As well Advantageously, a circulation device is provided which the electrolyte on a predetermined path through the baskets the first anode arrangement drives, wherein in all fluidic Measures should be taken to ensure that the flow direction directed away from the workpiece.

Mit einer oder mehreren dieser Optimierungen kann für einen gleichmäßigen Verbrauch der Metall-Klippings über das gesamte Volumen gesorgt werden, wobei ein Konzentrationsgradient im galvanischen Bad vermieden wird. Hierdurch wird die Schlammbildung minimiert, was die Einsatzdauer des Bades merklich erhöht. Vorteilhaft ist auch hier die weitere Verrin gerung des Verbrauchs an Metall. Die Stromdichteverteilung über das Werkstück ist gleichmäßiger, was durch die so reduzierte Blasenbildung weiter gefördert wird und zu einer homogeneren Abscheidung führt.With One or more of these optimizations may be for one even consumption of metal clips over the entire volume can be taken care of, with a concentration gradient avoided in the galvanic bath. This will cause the sludge to form minimized, which significantly increases the service life of the bath. Another advantage here is the further reduction of consumption on metal. The current density distribution over the workpiece is more uniform, which is so reduced by the Bubble formation is further promoted and to a more homogeneous Deposition leads.

Mit den Maßnahmen gelingt es, die Eintauchtiefe beispielsweise eines rotationssymmetrischen Werkstückes auf über 80% zu erhöhen. Ein Wert von 90% ist in praktischen Versuchen erreicht worden. Damit geht eine deutliche Verkürzung der Prozesszeiten einher.With the measures succeed, for example, the immersion depth of a rotationally symmetrical workpiece over 80% increase. A value of 90% is in practical trials been achieved. This is a significant reduction of the process times associated.

Das beschleunigende Feld der ersten Anodenanordnung wirkt auf alle gelösten und geladenen Teilchen im Elektrolyten. Der zweite Aspekt der Erfindung befasst sich insbesondere damit, das gesamte Volumen des galvanischen Bades optimal auszunutzen, mit dem Ziel, insbesondere der überhöhten Beschichtung an exponierten Stellen eines Werkstückes entgegenzuwirken.The accelerating field of the first anode arrangement acts on all dissolved and charged particles in the electrolyte. The second aspect of the invention in particular deals with the entire volume of galvanic Bades optimal use, with the aim, in particular the excessive Counteract coating on exposed parts of a workpiece.

Dazu ist gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Einrichtung zum Einstellen von Prozessparametern eine Anordnung aus Leitblechen zwischen der ersten Anodenanordnung und dem Werkstück aufweist, welche das Volumen zwischen der ersten Anodenanordnung und dem Werkstück in Teilvolumina auffächern, wobei der Elektrolyt durch die Leitbleche von der ersten Anodenanordnung in Richtung auf das Werkstück geführt wird. Die Metall-Ionen der benachbarten, durch die Leitbleche getrennten Volumina müssen nun einen größeren Weg zurücklegen, um Punkte mit der höchsten Stromdichte zu erreichen. So reduziert sich das Volumen, das zur Beschichtung der exponierten Teile des Werkstückes beitragen kann, deutlich, und es ergibt sich eine gleichmäßigere Abscheidung und letztlich ein verminderter Verbrauch an Metall. Die Leitbleche sind isoliert in den Elektrolyten eingebracht und stehen weder mit einer Anodenanordnung noch mit dem Werkstück in elektrischer Verbindung.To is provided according to the second aspect of the invention, in that the device for setting process parameters is an arrangement from baffles between the first anode assembly and the workpiece having the volume between the first anode assembly and fanning the workpiece into partial volumes, wherein the electrolyte passes through the baffles of the first anode assembly is guided in the direction of the workpiece. The Metal ions of the adjacent volumes separated by the baffles now have to go a long way, to reach points with the highest current density. So reduces the volume needed to coat the exposed parts of the workpiece can contribute significantly, and it yields a more even deposition and ultimately a reduced consumption of metal. The baffles are insulated introduced into the electrolyte and are neither with an anode arrangement yet with the workpiece in electrical connection.

Vorteilhaft sind dabei die Leitbleche, was Ausrichtung, gegenseitigen Abstand und Länge betrifft, an die Geometrie des zu beschichtenden Werkstückes angepaßt.Advantageous are the baffles, what alignment, mutual distance and length relates to the geometry of the to be coated Workpiece adapted.

Wann immer zweckmäßig, werden der erste und der zweite Aspekt der Erfindung kombiniert.When always appropriate, be the first and the second Aspect of the invention combined.

Es können vorzugsweise die erste Anodenanordnung und/oder die zweite Anordenanordnung und/oder Leitbleche beweglich angeordnet sein. Vorzugsweise sollte dabei mindestens einer der Anodenanordnung und/oder mindestens ein Teil der Leitbleche zumindest während eines Teils des Galvanisierungsprozesses mit einer vorbestimmten Frequenz und in einer vorab festgelegten Raumrichtung schwingen. Durch diese Vibration wird die Blasenbildung im Elektrolyten minimiert, weiterhin wird die Schlammbildung vermindert. Auch wird die Durchmischung des Elektrolyten durch diese Maßnahme gefördert, was die Stabilität des Bades erhöht. Zudem kann die Belagbildung auf den Metall-Klippings vermindert oder zumindest verzögert werden. Als Alternative könnte ein Ultraschallgenerator in dem Elektrolyten angeordnet werden. Bei geeignet gewählter Ausrichtung wird die gleiche Wirkung erzielt. Die Ultraschallenergie kann auch indirekt, beispielsweise über die Leitbleche und/oder Blenden an das Bad bzw. an die Anoden abgegeben werden.It Preferably, the first anode arrangement and / or the second Anordenanordnung and / or baffles movably arranged be. Preferably, at least one of the anode arrangement should and / or at least a portion of the baffles at least during a part of the galvanization process with a predetermined Frequency and vibrate in a predetermined spatial direction. This vibration minimizes bubble formation in the electrolyte, Furthermore, the sludge formation is reduced. Also, the mixing is of the electrolyte promoted by this measure, which increases the stability of the bath. In addition, can the deposit on the metal Klippings reduced or at least be delayed. As an alternative, an ultrasonic generator could be arranged in the electrolyte. With suitably chosen orientation the same effect is achieved. The ultrasonic energy can also indirectly, for example via the baffles and / or panels be delivered to the bath or to the anodes.

Obwohl die Anodenanordnungen vorteilhaft lediglich mit einem einzigen Gleichrichter betrieben werden, kann auch ein zweiter Gleichrichter vorgesehen sein, welcher der zweiten Anodenanordnung zugeordnet ist. Damit werden die Anodenanordnungen unabhängig betreibbar. Dieselbe Wirkung könnte erzielt werden, indem lediglich ein Gleichrichter vorgesehen ist, mit dem jede Anodenanordnung über mindestens ein Stellglied unabhängig von der/den weiteren Anodenanordnung(en) zu betreiben ist.Even though the anode arrangements advantageously only with a single rectifier can be operated, a second rectifier can also be provided which is associated with the second anode arrangement. In order to The anode arrangements are independently operable. the same Effect could be achieved by just a rectifier is provided, with which each anode arrangement over at least an actuator independent of the further anode arrangement (s) to operate.

Vorzugsweise ist mindestens eine mit der ersten und/oder der zweiten Anodenanordnung verbundene Gleichstromquelle, Wechselstromquelle oder Quelle für einen gepulsten unipolaren oder bipolaren Strom vorgesehen. Auch hier soll die Möglichkeit vorgesehen sein, die Anoden unterschiedliche zu betreiben, wenn nur eine Stromquelle verwendet wird. Dies gelingt mit der Verwendung von unterschiedlichen bzw. unterschiedlich eingestellten Stellgliedern für die jeweiligen Anodenstromkreise.Preferably is at least one with the first and / or the second anode assembly connected DC source, AC source or source for provided a pulsed unipolar or bipolar current. Also Here the possibility should be provided, the anodes different to operate when only one power source is used. This succeeds with the use of different or different set Actuators for the respective anode circuits.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigtin the The following is the invention with reference to the accompanying drawings be explained in more detail. It shows

1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Gleichstrom-Verkupfern von Werkstücken gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung; 1 a cross-section through a device for DC coppering of workpieces according to a first aspect of the invention;

2 eine Schnittansicht durch das galvanische Bad; 2 a sectional view through the galvanic bath;

3 eine Draufsicht auf ein galvanisches Bad, das gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gestaltet ist; 3 a plan view of a galvanic bath, which is designed according to the second aspect of the present invention;

4 eine Ansicht ähnlich der 3, jedoch mit einem kleineren zu beschichtenden Werkstück; 4 a view similar to the one 3 but with a smaller workpiece to be coated;

5 einen Ausschnitt aus 3; 5 a section from 3 ;

6 einen Teil eins beschichteten rotationssymmetrischen Werkstücks, der ohne Leitbleche der vorliegenden Erfindung beschichtet worden ist; 6 a portion of a coated rotationally symmetric workpiece which has been coated without baffles of the present invention;

7 einen Teil eines beschichteten rotationssymmetrischen Werkstücks, der unter Verwendung von Leitblechen gemäß dem zweiten Aspekt beschichtet worden ist; 7 a portion of a coated rotationally symmetric workpiece which has been coated using baffles according to the second aspect;

8 einen Längsschnitt durch das galvanische Bad mit Leitblechen, die entsprechend der Form eines Werkstücks angepasst sind; 8th a longitudinal section through the galvanic bath with baffles, which are adapted according to the shape of a workpiece;

9 einen Längsschnitt durch das beschichtete Werkstück ohne Verwendung von Leitblechen; und 9 a longitudinal section through the coated workpiece without the use of baffles; and

10 einen Längsschnitt durch das beschichtete Werkstück, wobei Leitbleche während der Beschichtung verwendet wurden. 10 a longitudinal section through the coated workpiece, with baffles were used during the coating.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein galvanisches Bad, bei dem ein rotationssymmetrisches Werkstück 10 teilweise in einen Elektrolyten 20 eintaucht. Typische Parameter eines elektrolytischen Kupfer-Bades umfassen 196,3 g/l Kupfersulfat, 58,8 g/l Schwefelsäure und 50 g/l Kupfer. Das Kupfer wird dabei von Metall-Klippings geliefert, die sich in Körben 32, 34, 36, 38 befinden, welche im Elektrolyten 20 in einem vorbestimmten Abstand zum eingetauchten rotationssymmetrischen Werkstück 10 angeordnet sind. Die Körbe 32, 34, 36, 38, deren Material in dem Elektrolyten löslich ist und das für das Gleichstrom-Verkupfern nötige Kupfer zur Verfügung stellen, mit den Metall-Klippings bilden zusammen eine erste Anodenanordnung 30. Dabei liegen die Körbe 32, 34 und 36, 38 benachbart zueinander, wobei zwischen den Körben 34, 36 eine zweite Anodenanordnung 40 vorgesehen ist, welche aus unlöslichem Material besteht. Diese katalytisch wirkende zweite Anodenanordnung 40 ist ein zusätzlicher Elektronenlieferant, der so zu dimensionieren ist, dass er für einen Konzentrationsausgleich des gelösten Metalls im Elektrolyten sorgt. 1 shows a cross section through a galvanic bath, in which a rotationally symmetrical workpiece 10 partly in an electrolyte 20 dips. Typical parameters of a copper electrolytic bath include 196.3 g / l copper sulfate, 58.8 g / l sulfuric acid and 50 g / l copper. The copper is thereby supplied by metal Klippings, which are in baskets 32 . 34 . 36 . 38 which are in the electrolyte 20 at a predetermined distance from the submerged rotationally symmetric workpiece 10 are arranged. The baskets 32 . 34 . 36 . 38 Whose material is soluble in the electrolyte and provides copper necessary for DC copper plating, the metal clip rings together form a first anode assembly 30 , Here are the baskets 32 . 34 and 36 . 38 adjacent to each other, being between the baskets 34 . 36 a second anode arrangement 40 is provided, which consists of insoluble material. This catalytically active second anode arrangement 40 is an additional electron source that must be sized to provide for a concentration balance of the dissolved metal in the electrolyte.

2 zeigt eine weitere Schnittansicht durch das galvanische Bad. Die erste Anodenanordnung 30 besteht hier aus Körben, die sich mit steigender Eintauchtiefe verjüngen, so dass dort weniger metallisches Kupfer vorgehalten wird. Dadurch kann bei gleicher Spannung ein höherer Strom und eine höhere Abscheiderate erzielt werden. Dieser verringerte Massenvorrat im Elektrolyten beugt einer Schlammbildung vor und sorgt damit für eine geringere Verunreinigung des Elektrolyten und einen verringerten Verbrauch an Additiven. 2 shows a further sectional view through the galvanic bath. The first anode arrangement 30 consists here of baskets that rejuvenate with increasing immersion depth, so there is held less metallic copper. As a result, a higher current and a higher deposition rate can be achieved at the same voltage. This reduced mass supply in the electrolyte prevents a sludge formation and thus ensures a lower contamination of the electrolyte and a reduced consumption of additives.

3 zeigt eine Draufsicht auf ein galvanisches Bad, bei dem eine Vielzahl paralleler Leitbleche 70, 70' vorgesehen ist, die in zwei Reihen beidseitig eines zu beschichtenden rotationssymmetrischen Werkstückes 10 angeordnet sind. Jeweils hinter den Leitblechen 70, 70' vom Werkstück 10 her gesehen, befindet sich die erste Anodenanordnung 30 bzw. 30'. Die Leitbleche 70, 70' teilen das Volumen zwischen der ersten Anodenanordnung 30, 30' und dem Werkstück 10 in kleine Teilvolumina auf. Um die Trennung der Teilvolumina zu optimieren, ist es vorteilhaft, zumindest einen Teil der Anodenanordnung 30' und der Leitbleche 70' beweglich anzuordnen, wie es durch den Doppelpfeil A angedeutet ist. Damit wird es möglich, wie in 4 gezeigt, Leitbleche 70, 70' und die Anodenanordnung 30, 30' auf die Größe eines Werkstückes 10 anzupassen. Die zweite Baugruppe aus erster Anodeneinrichtung 30 und Leitblechen 70 kann stationär oder ebenfalls beweglich sein. 3 shows a plan view of a galvanic bath, in which a plurality of parallel baffles 70 . 70 ' is provided, which in two rows on both sides of a rotationally symmetrical workpiece to be coated 10 are arranged. In each case behind the baffles 70 . 70 ' from the workpiece 10 her seen is the first anode assembly 30 respectively. 30 ' , The baffles 70 . 70 ' divide the volume between the first anode assembly 30 . 30 ' and the workpiece 10 in small partial volumes. In order to optimize the separation of the partial volumes, it is advantageous to use at least part of the anode arrangement 30 ' and the baffles 70 ' to arrange movable, as indicated by the double arrow A. This makes it possible, as in 4 shown baffles 70 . 70 ' and the anode assembly 30 . 30 ' on the size of a workpiece 10 adapt. The second assembly of first anode device 30 and baffles 70 may be stationary or also mobile.

5 veranschaulicht die Wirkung der Leitbleche 70 auf das Bewegungsverhalten der Metall-Ionen. Bezüglich der Stromdichte ist die Kante 12 ein exponierter Bereich des zu beschichtenden Werkstückes 10. Es wird deutlich, dass Metall-Ionen, die aus dem Bereich 72 zwischen Leitblechen 70 herrühren, einen längeren Weg zur exponierten Kante 12 zurückzulegen haben, als Metall-Ionen aus dem Bereich 71, der dieser exponierten Kante 12 näher liegt. Für weiter entfernt liegende Bereiche gilt Entsprechendes. So reduziert sich das Volumen, das zur Beschichtung der exponierten Teile eines Werkstücks beitragen kann, wesentlich. 5 illustrates the effect of baffles 70 on the movement behavior of the metal ions. Regarding the current density is the edge 12 an exposed area of the workpiece to be coated 10 , It becomes clear that metal ions from the area 72 between baffles 70 come, a longer way to the exposed edge 12 have to cover as metal ions from the area 71 , the exposed edge 12 closer. For more distant areas, the same applies. This significantly reduces the volume that can contribute to the coating of the exposed parts of a workpiece.

Das verbesserte Ergebnis der Verwendung von Leitblechen 70 zeigt ein Vergleich der 6 und 7. Das Werkstück 10 der 6 ist in einem galvanischen Bad beschichtet worden, das keine Leitbleche 70 gemäß der Erfindung enthielt. Man sieht deutlich, dass die Beschichtung 80 im Bereich der exponierten Kante 12 verstärkt ist, so dass die Beschichtung 80 insgesamt inhomogen wird. Der Einsatz von Leitblechen 70 sorgt für einen Ausgleich, so dass im Bereich der exponierten Kante 12 die Beschichtung 80 wesentlich homogener und nicht mehr so deutlich überhöht ist.The improved result of the use of baffles 70 shows a comparison of 6 and 7 , The workpiece 10 of the 6 has been coated in a galvanic bath, which has no baffles 70 contained according to the invention. You can see clearly that the coating 80 in the area of the exposed edge 12 is reinforced, so the coating 80 is inhomogeneous overall. The use of baffles 70 ensures a balance, leaving in the area of the exposed edge 12 the coating 80 much more homogeneous and no longer so much excessive.

Während in den 3 und 4 die Leitbleche 70 äquidistant, parallel und gleich lang gestaltet sind, zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Gleichstrom-Verkupfern, wie sie schematisch im Schnitt in der 8 dargestellt ist, eine Anordnung von Leitblechen 70, die an die Geometrie des zu beschichtenden Werkstücks 10 angepasst sind. Damit kann der Verbrauch an Metall bei der galvanischen Beschichtung weiter gesenkt werden. Die an der ersten Anodenanordnung 30 entstehenden Metall-Ionen werden dabei durch Kanäle, die aus den auch winklig angeordneten Leitblechen 70 gebildet sind, fokussiert oder defokussiert, je nachdem, wie es die Geometrie des Werkstückes erfordert. Eine erhöhte Stromdichte und damit eine erhöhte Abscheidung beispielsweise an Ecken und Kanten eines Werkstücks 10 wird durch das Angebot an Metall-Ionen in diesen Kanälen kompensiert. Umgekehrt wird bei verminderten Stromdichten, beispielsweise an einer Vertiefung 14 des Werkstücks, das Angebot an Metall-Ionen erhöht, um die verminderte Abscheidung auszugleichen.While in the 3 and 4 the baffles 70 Equidistant, are designed in parallel and the same length, shows a further embodiment of a device for DC coppering, as shown schematically in section in the 8th is shown, an arrangement of baffles 70 to the geometry of the workpiece to be coated 10 are adjusted. Thus, the consumption of metal in the galvanic coating can be further reduced. The at the first anode arrangement 30 The resulting metal ions are thereby through channels that consist of the also angularly arranged baffles 70 are formed, focused or defocused, depending on how it requires the geometry of the workpiece. An increased current density and thus an increased deposition, for example, at corners and edges of a workpiece 10 is compensated by the supply of metal ions in these channels. Conversely, at reduced current densities, for example at a depression 14 of the workpiece, increases the supply of metal ions to compensate for the decreased deposition.

Die Leitbleche 70 sind isoliert in den Elektrolyten 20 eingebracht und stehen nicht in elektrischer Verbindung mit der ersten Anodenanordnung 30 oder dem Werkstück 10.The baffles 70 are isolated in the electrolyte 20 introduced and are not in electrical connection with the first anode assembly 30 or the workpiece 10 ,

Diese Leitbleche übernehmen somit eine andere Funktion als die üblichen Abdeckungen oder Blenden, die Teile der Anode oder der Werkstückes abschotten und so die relative Beschichtungsstärke beeinflussen. Derartige Blenden können mit den Leitblechen der vorliegenden Erfindung aber sinnvoll kombiniert werden.These Guide plates thus assume a different function than the usual Covers or panels that seal off parts of the anode or workpiece and so affect the relative coverage. such Apertures can be used with the baffles of the present invention but meaningfully combined.

Das Ergebnis einer Anordnung aus Leitblechen 70 nach der 8 ergibt sich aus einem Vergleich der 9 und 10. 9 zeigt ein Werkstück 10 mit einer Beschichtung 80, die an exponierten Kanten 12 des Werkstücks erhöht, an Vertiefungen jedoch verringert ist. Die Beschichtung unter Zuhilfenahme der Anordnung aus Leitblechen 70, wie sie sich nach 10 ergibt, ist wesentlich gleichförmiger, auch in den kritischen Bereichen exponierter Kanten 12 bzw. der Vertiefung 14.The result of an arrangement of baffles 70 after 8th results from a comparison of 9 and 10 , 9 shows a workpiece 10 with a coating 80 on exposed edges 12 of the workpiece increases, but is reduced at wells. The coating with the aid of the arrangement of baffles 70 how she is after 10 is much more uniform, even in the critical areas of exposed edges 12 or the depression 14 ,

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawing and in the Claims disclosed features of the invention can both individually and in any combination for the To be essential to the realization of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 10261493 A1 [0009] - DE 10261493 A1 [0009]

Claims (27)

Vorrichtung zum Galvanisieren von Werkstücken, insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücken, mit – einem Säure enthaltenden Elektrolyten (20) und – einer ersten Anodenanordnung (30), welche zumindest teilweise in den Elektrolyten (20) eingetaucht ist und welche in dem Elektrolyten (20) lösliches Material aufweist, wobei das Werkstück (10) in dem Elektrolyten (20) der ersten Anodenanordnung (30) gegenüberstehend eingebracht ist; gekennzeichnet durch – eine Einrichtung (40; 70) zum Einstellen von Prozessparametern, welche sich in dem Elektrolyten (20) befindet und welche in dem Elektrolyten (20) unlösliches Material aufweist.Device for electroplating workpieces, in particular rotationally symmetrical workpieces, with an electrolyte containing acid ( 20 ) and - a first anode arrangement ( 30 ), which at least partially into the electrolyte ( 20 ) and which are immersed in the electrolyte ( 20 ) has soluble material, wherein the workpiece ( 10 ) in the electrolyte ( 20 ) of the first anode arrangement ( 30 ) is placed opposite; characterized by - a device ( 40 ; 70 ) for adjusting process parameters which are present in the electrolyte ( 20 ) and which in the electrolyte ( 20 ) has insoluble material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40; 70) eine zweite Anodenanordnung (40) ist.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 40 ; 70 ) a second anode arrangement ( 40 ). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anodenanordnung (40) aus einem mit einem Metalloxid beschichteten Trägermaterial aufgebaut ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the second anode arrangement ( 40 ) is composed of a coated with a metal oxide support material. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial Titan, Niob, Tantal, Wolfram, Mischungen dieser Metalle und/oder Legierungen dieser Metalle umfasst.Device according to claim 3, characterized in that that the support material is titanium, niobium, tantalum, tungsten, mixtures these metals and / or alloys of these metals. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anodenanordnung (30) und die zweite Anodenanordnung (40) voneinander elektrisch isoliert sind, sich aber auf dem gleichen elektrischen Potential befinden.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the first anode arrangement ( 30 ) and the second anode arrangement ( 40 ) are electrically isolated from each other but are at the same electrical potential. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anodenanordnung (40) ohne zusätzlichen Gleichrichter zu betreiben ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the second anode arrangement ( 40 ) is to operate without additional rectifier. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anodenanordnung (40) in einem definierten Winkel und in einem definierten Abstand zum Werkstück (10) angeordnet ist.Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the second anode arrangement ( 40 ) at a defined angle and at a defined distance to the workpiece ( 10 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück rotationssymmetrisch ist und dass die zweite Anodenanordnung (40) parallel zur Oberflächentangente des rotationssymmetrischen Werkstückes (10) ausgerichtet ist.Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the workpiece is rotationally symmetrical and that the second anode arrangement ( 40 ) parallel to the surface tangent of the rotationally symmetrical workpiece ( 10 ) is aligned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anodenanordnung (40) einen Abstand zum Werkstück (10) hat, der im Bereich von 5 bis 50 mm liegt.Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the second anode arrangement ( 40 ) a distance to the workpiece ( 10 ), which is in the range of 5 to 50 mm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anodenanordnung (30) aus in im Elektrolyten (20) unlöslichen Körben befindlichen Metall-Klippings besteht.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first anode arrangement ( 30 ) from in the electrolyte ( 20 ) insoluble baskets metal Klippings exists. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Körbe der ersten Anodenanordnung (30) eine Geometrie aufweisen, die sicherstellt, dass bei steigender Eintauchtiefe ein geringerer Materialvorrat in den Körben vorliegt.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the baskets of the first anode arrangement ( 30 ) have a geometry that ensures that there is less material in the baskets as the immersion depth increases. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Spülkanäle vorgesehen sind, welche für eine gründliche Umspülung der Metall-Klippings in den Körben der ersten Anodenanordnung sorgen.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that flushing channels are provided, which for a thorough flushing the Metal clips in the baskets of the first anode assembly to care. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitternetzdimensionen und die Wölbung der Wandung der Körbe der ersten Anodenein richtung (30) derart gestaltet sind, dass ein Nachrutschen der Metall-Klippings sichergestellt ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the grid dimensions and the curvature of the wall of the baskets of the first Anodenein direction ( 30 ) are designed such that slipping of the metal Klippings is ensured. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Fläche der zweiten Elektrodenanordnung (40) zur Korboberfläche der ersten Elektrodenanordnung (30) ein Verhältnis zwischen 1:5 und 1:20 aufweist.Device according to one of claims 2 to 13, characterized in that the ratio of the area of the second electrode arrangement ( 40 ) to the basket surface of the first electrode assembly ( 30 ) has a ratio between 1: 5 and 1:20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körbe der ersten Anodenanordnung (30) einen Ablauf aufweisen, der gezielt zu durchspülen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the baskets of the first anode arrangement ( 30 ) have a drain that is flushed targeted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwälzeinrichtung vorgesehen ist, die den Elektrolyten auf einem vorbestimmten Weg durch die Körbe der ersten Anodenanordnung (30) treibt.Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a circulation device is provided, which the electrolyte on a predetermined path through the baskets of the first anode assembly ( 30 ) drives. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung vom Werkstück (10) weg gerichtet ist.Apparatus according to claim 15 or 16, characterized in that the flow direction of the workpiece ( 10 ) is directed away. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40, 70) eine Anordnung aus Leitblechen (70) zwischen der ersten Anodenanordnung (30) und dem Werkstück (10) aufweist, welche das Volumen zwischen der ersten Anodenanordnung (30) und dem Werkstück (10) in Teilvolumina auffächern, wobei der Elektrolyt durch die Leitbleche (70) von der ersten Anodenanordnung (30) in Richtung auf das Werkstück (10) geführt wird.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 40 . 70 ) an arrangement of baffles ( 70 ) between the first anode assembly ( 30 ) and the workpiece ( 10 ), which defines the volume between the first anode arrangement ( 30 ) and the workpiece ( 10 ) fan out in partial volumes, wherein the electrolyte through the baffles ( 70 ) from the first anode assembly ( 30 ) in the direction of the workpiece ( 10 ) to be led. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (70) an die Geometrie des zu beschichtenden Werkstückes (10) angepasst sind.Device according to claim 18, characterized in that the baffles ( 70 ) to the Geo geometry of the workpiece to be coated ( 10 ) are adjusted. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Anodenanordnung (40) vorgesehen ist, die in dem Elektrolyten (20) unlösliches Material aufweist.Device according to claim 18, characterized in that a second anode arrangement ( 40 ) provided in the electrolyte ( 20 ) has insoluble material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anodenanordnung (30) und/oder die zweite Anodenanordnung (40) und/oder die Leitbleche (70) beweglich angeordnet sind.Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that the first anode arrangement ( 30 ) and / or the second anode arrangement ( 40 ) and / or the baffles ( 70 ) are movably arranged. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Anordnungen (30, 40) und/oder zumindest ein Teil der Leitbleche (70) zumindest während eines Teils des Galvanisierungsprozesses mit einer vorbestimmten Frequenz und in einer vorab festgelegten Raumrichtung schwingen.Apparatus according to claim 21, characterized in that at least one of the arrangements ( 30 . 40 ) and / or at least part of the baffles ( 70 ) vibrate at a predetermined frequency and in a predetermined spatial direction at least during a part of the plating process. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten (20) ein Ultraschallgenerator angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that in the electrolyte ( 20 ) An ultrasonic generator is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gleichrichter vorgesehen ist, welcher der zweiten Anodenanordnung (40) zugeordnet ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that a second rectifier is provided, which of the second anode arrangement ( 40 ) assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der ersten und/oder der zweiten Anodenanordnung (30, 40) verbundene Gleichstromquelle, Wechselstromquelle oder Quelle für einen gepulsten unipolaren oder bipolaren Strom vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that at least one with the first and / or the second anode arrangement ( 30 . 40 ) connected DC source, AC source or source for a pulsed unipolar or bipolar current is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle vorgesehen ist, wobei ein Stellglied unabhängig von der/den weiteren Anodenanordnung(en) unabhängig mit Strom zu versorgen ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that a power source is provided is, wherein an actuator independent of the / the other Anode arrangement (s) to be supplied independently with electricity. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichrichter vorgesehen ist, mit dem jede Anodenanordnung über mindestens ein Stellglied unabhängig von der/den weiteren Anodenanordnung(en) zu betreiben ist.Device according to claim 6, characterized in that that a rectifier is provided, with which each anode arrangement via at least one actuator independent of the / the other Anode arrangement (s) is to operate.