DE2759795C2 - Vorrichtung zur Ergänzung und Regenerierung von stromlos Kupfer abscheidenden Bädern - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ergänzung und Regenerierung von stromlos Kupfer abscheidenden Bändern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Betreiben chemischer Metallisierungsbäder tritt ein Verbrauch an Metallionen sowie an Reduktionsmitteln und anderen Badbestandteilen auf, was zum Absinken der Abscheidungsgeschwindigkeit und schließlich zum Stillstand des Metallisierungsvorgangs führt Die Bäder müssen daher entweder durch kontinuierliche oder in Intervallen erfolgende Zugaben der verbrauchten Bestandteile ergänzt werden. Die Regulierung der Zugabemenge und der jeweiligen so Komponenten kann entweder aufgrund stichprobenartiger Analysen oder mittels automatischer Analysier* und Dosiereinrichtungen erfolgen.

Bei der Zugabe von Badbestandteilen muß dafür gesorgt werden, daß nicht lokal unterschiedliche Bedingungen entstehen, welche zur Badinstabilität beziehungsweise zum Ausbilden von Metall- beziehungsweise Metallverbindungskeimen führen, die dann ihrerseits in der Lösung selbst katalytisch wirken und zur unkontrollierten Metallabscheidung oder gar zum so Badzerfall führen.

Weiter hat es sich im industriell durchgeführten Betrieb als schwierig erwiesen, das Einbringen von störenden Fremdionen durch Chemikalienzugaben, insbesondere die Ergänzung der Metallionen zu vermeiden beziehungsweise unter wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen sicher zu stellen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten

Verfahren zum ßetrieb chemischer Metallisierungsbäder wird dadurch bedingt, daß die Chemikalienzugabe zur Vergrößerung des Badvolumens führt, so daß an sich brauchbare Badflüssigkeit abgeschöpft beziehungsweise in anderer Weise entfernt werden muß. Die Volumenvergrößerung durch Badzugaben in Form konzentrierter Lösungen zu verringern, ist nur im geringen Maße möglich, weil die Zugabe des Metallsalzes eine weitere Zugabe der zum Einstellen des pH-Wertes dienenden Verbindung erforderlich macht und sich als Nebenprodukte entsprechende Salze bilden, die ihrerseits zu einem Anstieg der Baddichte führe«.

In üblichen chemischen Verkupferungsbädern mit alkalischem pH-Wert kommt es je nach verwendetem Kupfersalz, beispielsweise zur Bildung von Alkalisulfat oder Alkalichlorid. Des weiteren entstehen in solchen Badern als Nebenprodukte Formiate, wenn beispielsweise Formaldehyd als Reduktionsmittel verwendet wird.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und gleichzeitig zur Abwasseraufbereitung zwecks Umweltschutz aus dem Badüberlauf das Metall beispielsweise Nickel oder Kupfer sowie den Komplexbildner zurückzugewinnen und andere störende Bestandteile abzutrennen oder anderweitig undschädlich zu machen. Derartige Einrichtungen komplizieren den Betrieb chemischer Metallisierungsanlagen und wirken sich kostensteigernd aus.

Auch ist bereits eine Vorrichtung zur Ergänzung von stromlos arbeitenden Metallbädern, und zwar Nickelbädern bekannt die aus zwei Behältern besteht, die durch Leitungen miteinander verbunden sind, in denen zumindest bedingt Zirkulation und Austausch des Bades durchgeführt werden und die in zwei Elektroden getaucht sind (US 33 03111). Diese speziell für Nickelbäder entwickelte Vorrichtung löst jedoch die vorstehend angesprochenen Probleme in ihrer Gesamtheit nicht

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für den Betrieb chemischer Verkupferungsbäder unter weitgehender Ausschaltung der bisher auftretenden Nachteile hinsichtlich der Ergänzung und Regenerierung derselben zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht

Vorteilhafte Weiterbildungen beziehungsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zum Herstellen des Kupferkomplexes wird eine Lösung des Komplexbildners in einen Behälter gegeben, der ein oder mehrere Anoden des zu komplexierenden Kupfers sowie ein oder mehrere Kathodenanordnungen aufweist. Die Kathoden können entweder aus Kupfer oder aus Graphit oder einem anderen gegenüber der Badlösung inerten Material bestehen.

Die unterschiedliche Lösungs- und Abscheidungsgeschwindigkeit des Kupfers und damit die Anreicherung der Lösung mit dem Kupferkomplex ist vorteilhaft eine Funktion der Stabilität des Komplexbildners. Die mit dem Kupferkomplex angereicherte Lösung wird dann zur Ergänzung des chemischen Verkupferungsbades benutzt.

Die Vorrichtung kann vorteilhaft so beschaffen sein, daß das elektrolytische Lösen und Komplexieren des Kupfers in der Badlösung erfolgt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, während des elektrolytischen Lösens und Komplexierens die Badlosung mittels

eines mechanischen Mixers oder dergleichen zu bewegen, Weiter ist eine Zusatzvorrichtung zum Einbringen von Luf s 2twa durch Einblasen, vorgesehen.

Für den Ergänzungsvorgang bezüglich des Metallgehaltes des Bades wird das elektrolytische Lösen und Komplexeren in einem Nebenbehälter vorgenommen und die Badlösung durch Umpumpen kontinuierlich oder von Zeit zur Zeit zwischen den getrennten Behältern diskontinuierlich ausgetauscht. Zweckmäßigerweise ist im Pumpweg ein Filter angeordnet

Um das auf der oder den Anoden abgeschiedene Metall zu benutzen, genügt es von Zeit zu Zeit Anoden und Kathoden zu vertauschen.

Ein Vorrichtungsbeispiel ist das folgende:
In einem Behälter, der beispielsweise aus Polypropylen angefertigt ist, werden zwei Kathoden aus Kupfer und eine Anode angeordnet Letztere besteht aus einem Korb aus Titangeflecht, der mit Kupfergranulat gefüllt ist Anstelle dieser Anode wird je nach Anwendungsfall auch eine Massivkupferanode benutzt Ebenso kann die Kathode auch scs Graphit oder einem anderen geeigneten MatenaPsein.

Der Behälter wird mit einer Lösung gefüllt, die 55 g/l EDTA enthält und deren pH-Wert aus 12,6 eingestellt ist

An die Elektroden wird eine Spannung von 5,5 V angelegt, wobei eine Stromdichte von IO A/dm² erreicht wird. Nach Erreichen der gewünschten Kupferkonzentration kann die Lösung zum Ergänzen des stromlos metallisierenden Kupferbades benutzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel für einen Behälter ist ein Doppelbehälter mit 16 Liter Fassungsvermögen. Im Nebenteil des Behälters befinden sich zwei Kathoden aus 1 mm Kupfer mit den Abmessungen 10 cm · 25 cm und ein Anodenkorb aus Titandtaht, der mit Kupfergranulat gefüllt ist Die Badflüssigkeit wird zwischen Haupt- und Nebenbehälter dauernd umgepumpt. Im Nebenbehälter befindet sich ein mechanischer Mixer. Zwischen Anode und Kathoden wird eine Spannung von 5,5VoIt angelegt die eine Stromdichte von 10 A/dm² bewirkt.

Der Hauptbehälter wird mit für die chemische Metallisierung vorbereiteten Platten aus Isolierstoff mit einer Beladung von 7 dm²/! beaufschlagt

Eine Regulierungsvorrichtung für die der Badlösung zugeführte Kupfermenge bedient sich der Stromdichte, und zwar vorteilhaft automatisch, in Abhängigkeit einer fortlaufend ausgeführten, automatischen, kolorimetrischen Analyse des Kupfergehaltes.

Luftzuführungsvorrichtungen sind an dem die Badlösung enthaltenden Behälter bei der elektrolytischen Kupferkomplexbildung und/oder an dem Hauptbehälter derart vorgesehen, daß diese für die adäquate Lösungsdurchmischung sorge.

Untersuchungen mit der beschriebenen Vorrichtung haben ergeben, daß der Verbrauch an Formaldehyd um ca. 20% und jener an Natronlauge zum Aufrechterhalten des pH-Wertes um ca. 30% verringert wird. Da der > Badlösung keine Sulfate zugeführt werden, wie dies beim bisher üblichen Badbetrieb und einem chemischen Metallisierungsbad auf Kupfersulfatbasis notwendig war, wird die Bildung von Natriumsulfat und der durch dessen Anreicherung bedingte Dichteanstieg verhin-

m dert Gleichzeitig wird damit die Badvolumenvergtoßerung im Betrieb weitgehend verhindert beziehungsweise drastisch verringei-t

Ein weiteres Vorrichtungsbeispiel besteht aus einem Behälter für die chemische Metallisierungslösung mit

ι j rechteckigem Grundriß, entlang dessen beiden Längsseiten je ein Elektrcdenkorb aus Titandraht gefüllt mit Metallgranulat oder dergleichen, beispielsweise Kupfergranulate, angeordnet ist Der Tank wird mit der chemischen Metallisierbadlösung gefüllt, und einer der

2i> Körbe wird als Anode, der andere als Kathode geschaltet Der Behälter ist zusätzlich mit einer Vorrichtung ausgestattet die es erlaubt. Gegenstände aus Isolierstoff, beispielsweise Schichtpreßstoffplatten definiert im Raum zwischen den Elektroden anzuord-

nen.

Die Haltevorrichtung ist derart ausgestaltet daß sie die zu metallisierende Oberfläche frei läßt, im Falle von Platten, deren Oberfläche zur Gänze metallisiert werden soll, diese also nur an den Seitenkanten hält

jo Des weiteren ist die Haltevorrichtung mit einer Klemmeinrichtung ausgerüstet, die zu einem frei wählbaren Zeitpunkt ausgelöst werden kann und eine elektrische Kontaktvorrichtung besitzt

Für die chemische Metallabscheidung in bekannter Weise vorbereitete Gegenstände, beispielsweise Schichtpreßstoffplatten, werden in der Haltevorrichtung mit geöffneter Klemmeinrichtung in die Badlösung gebracht Sobald sich eine ausreichende Metallschicht gebildet hat, wird die Klemmvorrichtung betätigt und die Metallschicht wird als Kathode gegenüber der oben aufgeführten Anode geschaltet

Da die chemisch aufgebaute Metallschicht weder einer mechanischen noch einer atmosphärischen Belastung ausgesetzt ist, genügen schon relativ sehr dünne Schichten, um als Zuleitung zur galvanischen Abscheidung zu dienen.

Die Benutzung gleichartiger Elektrodenkörbe für Anode und Kathode gestattet es, die zunächst als Kathode geschaltete Elektrode in einem folgenden Zeitraum als Anode zn schalten und umgekehrt und dieses Umpolen zu wiederholen. Damit wird erreicht, daß das auf der jeweiligen Kathode abgeschiedene Metall wieder dem Badkreislauf zugeführt werden kann.

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   \, Vorrichtung air Ergänzung und Regenerierung von stromlos Kupfer abscheidenden Bädern, bestehend aus zwei Behältern, die durch Leitungen oder dergleichen miteinander verbunden sind, wobei die in ihnen befindliche Badlösung in Zirkulation gehalten beziehungsweise zum Teil oder vollständig zwischen den Behältern austauschbar ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß einer der beiden Badbehalter mit zwei Elektroden versehen ist, die an eine gemeinsame regelbare Gleichstromquelle angeschlossen sind und daß diesen Elektroden ein Rührwerk und eine Einrichtung zur Vorgabe eines Luftdurchsatzes durch die Badlösung zugeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Elektroden mindestens eine aus dem abzuscheidenden Metall besteht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine der Elektroden eine Haltevorrichtung vorgesehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung für das abzuscheidende Metall ein Titandrahtkorb ist, der mit entsprechendem Metallgranulat gefüllt ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur elektrolytischen Auflösung des Metalls dienende Anode und Kathode, aus dem chemisch abzuscheidenden Metall bestehend, und daß eine die jeweils als Anode dienende Elektrode als Kathode und umgekehrt schaltende Vorrichtung vorgesehen ist