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一种金属溶解装置及其溶解方法

文献发布时间：2023-06-19 11:50:46

技术领域

本发明属于电镀技术领域，涉及金属溶解，尤其涉及一种金属溶解装置及其溶解方法。

背景技术

在印刷电路板(PCB)电镀技术中，电镀铜溶液的主要成分为主盐(提供电沉积金属的离子)、导电介质(用于增加溶液的导电能力)、阳极活性剂(促进阳极溶解、提高阳极电流密度)、缓冲剂(调节和控制溶液酸碱度)和电镀专用添加剂(改善镀层的性能和电镀质量的作用)。随着电镀的进行，主盐中提供电沉积金属的离子不断的消耗，电镀液的电流密度和电镀效果随之降低，进而影响了电镀效果。因此，需要对电镀液及时的补充待镀金属离子。

其中，铜离子的补充有多种方式，可以通过将磷铜球装入钛篮中作为可溶性阳极，随着电镀的进行，作为阳极的磷铜球逐渐溶解出铜离子，实现铜的补充。这种方法是最传统的补充铜离子方法，应用广泛，但由于使用含磷铜球，电镀液中磷含量会增加，容易造成电镀液的污染，影响电镀效果，而且磷对人体和环境均有害，对电镀液排放提出了更高的要求。此外，还可以通过加入氧化铜粉的方式进行补充铜离子，但氧化铜粉很难溶解，需要加入硫酸进行辅助溶解，增加废水和药水消耗，且价格高昂，同时溶解不充分时，固体颗粒附着在电路板面会影响电镀效果。

CN107059104A公开了一种用于向电镀槽供给电镀液的装置和方法、电镀系统、粉体容器以及电镀方法。该装置用于将氧化铜粉体向电镀液添加，将该电镀液向电镀槽供给。用于向电镀槽供给使至少含有铜的粉体溶解后的电镀液的装置具备：料斗，其具有可连结于收容有粉体的粉体容器的粉体导管的投入口；送料器，其与料斗的下部开口连通；电动机，其与送料器连结；电镀液箱，其与送料器的出口连结，使粉体溶解于电镀液。其存在铜粉溶解不充分，导致固体颗粒附着在电路板面影响电镀效果。

CN103422147A公开了一种调节电镀液中重金属离子浓度的装置，该装置是在电镀槽中设置调节槽，调节槽体里使用惰性阳极板作为阳极，通过电源镇流器可以调节电镀槽和调节槽中电流。该装置可通过调节铜重金属离子浓度从而达到提高电镀质量、降低生产成本和控制重金属污染。其通过调节电流从而调节电镀速度，无法做到铜离子补充。

现有金属溶解装置均存在结构复杂、溶解不充分和溶解速度慢等问题，因此，如何在保证金属溶解装置具有结构简单的情况下，还能够保证金属溶解效率高和成本低等，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属溶解装置及其溶解方法，通过设置喷淋组件对金属颗粒进行喷淋溶解，增大溶液与金属离子的接触面积，仅需少量金属颗粒即可维持溶液中金属离子的浓度，具有装置结构简单、成本低和溶解效率高等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种金属溶解装置，所述的金属溶解装置包括壳体，沿物料流向，所述壳体内通过隔板组分为至少两个相互连通的溶解腔，所述隔板组包括交错设置的上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板之间形成连通流道；所述溶解腔内间隔设置有喷淋组件，所述溶解腔内填充有金属颗粒。

本发明通过由隔板组分隔成至少两个溶解腔，溶液在溶解腔和连通流道内弯折流动，保证了溶液充分溶解金属颗粒；此外，通过喷淋组件对金属颗粒进行喷淋，通过喷淋进一步地提高了金属颗粒与溶液的接触，在溶解腔内增加扰流，加强金属颗粒的溶解，减少金属颗粒的使用，使本发明具有结构简单、溶解效率高和成本低等特点。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的喷淋组件包括喷淋主管，所述喷淋主管上连接有至少一个竖直设置的喷淋管，所述喷淋管上设置有至少一个喷头。

优选地，所述喷淋管在溶解腔内呈矩阵排布。

优选地，所述喷淋管截面积的总和占所述溶解腔底面积的10～30％，例如，占比为10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过控制喷淋管截面积的总和占溶解腔底面积的10～30％，通过调节喷淋管截面积的占比，保证喷淋面积，若喷淋管截面积的占比低于溶解腔底面积的10％，则由于喷淋管的喷淋效果较差，影响溶解效率；若喷淋管截面积的占比高于溶解腔底面积的30％，则填充的金属颗粒较少，导致喷淋溶液较多，溶解速率过快，导致溶液中金属离子浓度过高，超过使用要求。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的金属颗粒的形状呈球状或者圆柱状。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的金属溶解装置还循环连接有储液槽。

本发明通过循环连接储液槽，通过溶液在装置内循环流动，保证金属离子的浓度。

优选地，所述储液槽和金属溶解装置通过第一循环管路和第二循环管路循环连接，所述第一循环管路由所述储液槽的底部接入所述金属溶解装置的进口，所述第二循环管路由所述金属溶解装置的出口接入所述的储液槽顶部。

优选地，所述金属溶解装置的进口位于所述壳体的底部。

优选地，所述溶解腔的底部设置有格栅网。

本发明通过设置格栅网，防止金属颗粒漏出，进一步地防止金属颗粒进入喷淋组件，堵塞喷头。

作为本发明的一个优选技术方案，所述壳体的顶部设置有可拆卸连接的顶盖。

需要说明的是，本发明对可拆卸连接的形式不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据操作需求合理选择可拆卸连接的形式，例如，可拆卸连接的形式为螺栓连接。

优选地，所述顶盖与壳体的连接处设置有密封结构。

需要说明的是，本发明对密封结构的形式不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据操作需求合理选择密封结构的形式，例如，密封结构为密封圈。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的第一循环管路上设置有循环泵。

优选地，所述的喷淋主管连接有喷淋泵，所述喷淋泵抽取所述格栅网底部的溶液。

本发明中利用循环泵将溶液对金属颗粒循环喷淋，减少溶液的用量，提高对金属颗粒的溶解，并且抽取格栅网底部的溶液防止金属颗粒进入喷淋泵。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的金属溶解装置还包括设置于所述储液槽内的浓度传感器，所述浓度传感器用于检测储液槽内液体的金属离子浓度。

优选地，所述的金属溶解装置还包括控制器，所述控制器分别独立电性连接所述的浓度传感器、循环泵和喷淋泵，所述控制器用于接收浓度传感器发出的信号，并反馈控制循环泵的流量和喷淋泵的流量。

第二方面，本发明提供了一种采用如第一方面所述的金属溶解装置对金属进行溶解的溶解方法，所述的溶解方法包括：

向溶解腔内填充金属颗粒，喷淋组件向金属颗粒进行喷淋溶解，溶液依次流经各个溶解腔。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的溶解方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)向溶解腔内填充金属颗粒，循环泵将储液槽内的溶液通入溶解腔内，一部分经格栅网进入溶解腔；剩余部分经过循环泵进入喷淋组件，经喷头喷出对金属颗粒喷淋溶解；

(Ⅱ)浓度传感器检测储液槽内溶液中金属离子的浓度，当金属离子的浓度低于使用浓度时，控制器反馈控制循环泵和喷淋泵，提高循环泵的流量和喷淋泵的流量；当金属离子的浓度达到使用浓度时，控制器反馈控制循环泵和喷淋泵，减小循环泵和喷淋泵的流量，保证使用浓度。

作为本发明的一个优选技术方案，所述储液槽内溶液中包括氧化态金属离子。

优选地，所述金属颗粒的材质包括铜。

优选地，所述氧化态金属离子包括锰离子、铈离子、铁离子或钒离子中的一种或至少两种的组合。

优选地，所述喷淋泵的流量调节范围为600～3000L/h，例如为600L/h、800L/h、1000L/h、1200L/h、1400L/h、1600L/h、1800L/h、2000L/h、2200L/h、2400L/h、2600L/h、2800L/h或3000L/h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述氧化态金属离子的浓度为1～50g/L，例如，浓度为1g/L、5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L或50g/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的使用浓度为铜离子的浓度，所述铜离子的浓度为10～60g/L，例如，浓度为10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L、50g/L、55g/L或60g/L，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式中提供的金属溶解装置的结构示意图。

其中，1-壳体；2-溶解腔；3-喷淋组件；4-下隔板；5-上隔板；6-第一循环管路；7-循环泵；8-储液槽；9-第二循环管路；10-格栅网。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种金属溶解装置，如图1所示，所述的金属溶解装置包括壳体1，沿物料流向，壳体1内通过隔板组分为至少两个相互连通的溶解腔2，隔板组包括交错设置的上隔板5和下隔板4，上隔板5和下隔板4之间形成连通流道；溶解腔2内间隔设置有喷淋组件3，溶解腔2内填充有金属颗粒。

本发明通过由隔板组分隔成至少两个溶解腔2，溶液在溶解腔2和连通流道内弯折流动，保证了溶液充分溶解金属颗粒；此外，通过喷淋组件3对金属颗粒进行喷淋，通过喷淋进一步地提高了金属颗粒与溶液的接触，在溶解腔2内增加扰流，加强金属颗粒的溶解，减少金属颗粒的使用，使本发明具有结构简单、溶解效率高和成本低等特点。

进一步地，喷淋组件3包括喷淋主管，喷淋主管上连接有至少一个竖直设置的喷淋管，喷淋管上设置有至少一个喷头。喷淋管在溶解腔2内呈矩阵排布。更进一步地，喷淋管截面积的总和占所述溶解腔2底面积的10～30％。

本发明通过控制喷淋管截面积的总和占溶解腔2底面积的10～30％，通过调节喷淋管截面积的占比，保证喷淋面积，若喷淋管截面积的占比低于溶解腔2底面积的10％，则由于喷淋管的喷淋效果较差，影响溶解效率；若喷淋管截面积的占比高于溶解腔2底面积的30％，则填充的金属颗粒较少，导致喷淋溶液较多，溶解速率过快，导致溶液中金属离子浓度过高，超过使用要求。

进一步地，金属颗粒的形状呈球状或者圆柱状。进一步地，金属溶解装置还循环连接有储液槽8，储液槽8和金属溶解装置通过第一循环管路6和第二循环管路9循环连接，第一循环管路6由所述储液槽8的底部接入所述金属溶解装置的进口，第二循环管路9由所述金属溶解装置的出口接入所述的储液槽8顶部，金属溶解装置的进口位于所述壳体1的底部。本发明通过循环连接储液槽8，通过溶液在装置内循环流动，保证金属离子的浓度。

进一步地，溶解腔2的底部设置有格栅网10。本发明通过设置格栅网10，防止金属颗粒漏出，进一步地防止金属颗粒进入喷淋组件3，堵塞喷头。

进一步地，壳体1的顶部设置有可拆卸连接的顶盖，可选地，可拆卸连接的形式为螺栓连接，顶盖与壳体1的连接处设置有密封结构，可选地，密封结构为密封圈。

进一步地，第一循环管路6上设置有循环泵7。喷淋主管连接有喷淋泵，喷淋泵抽取所述格栅网10底部的溶液。本发明中利用循环泵7将溶液对金属颗粒循环喷淋，减少溶液的用量，提高对金属颗粒的溶解，并且抽取格栅网10底部的溶液防止金属颗粒进入喷淋泵。

进一步地，所述的金属溶解装置还包括设置于储液槽8内的浓度传感器，浓度传感器用于检测储液槽8内液体的金属离子浓度。所述的金属溶解装置还包括控制器，控制器分别独立电性连接所述的浓度传感器、循环泵7和喷淋泵，控制器用于接收浓度传感器发出的信号，并反馈控制循环泵7的流量和喷淋泵的流量。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述的金属溶解装置对金属进行溶解的溶解方法，所述的溶解方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)向溶解腔2内填充金属颗粒，循环泵7将储液槽8内的溶液通入溶解腔2内，一部分经格栅网10进入溶解腔2；剩余部分经过循环泵7进入喷淋组件3，经喷头喷出对金属颗粒喷淋溶解；

(Ⅱ)浓度传感器检测储液槽8内溶液中金属离子的浓度，当金属离子的浓度低于使用浓度时，控制器反馈控制循环泵7和喷淋泵，提高循环泵7的流量和喷淋泵的流量；当金属离子的浓度达到使用浓度时，控制器反馈控制循环泵7和喷淋泵，减小循环泵7和喷淋泵的流量，保证使用浓度。

其中，所述储液槽8内溶液中包括氧化态金属离子，金属颗粒的材质包括铜，氧化态金属离子包括锰离子、铈离子、铁离子或钒离子中的一种或至少两种的组合，喷淋泵的流量调节范围为600～3000L/h，氧化态金属离子的浓度为1～50g/L，使用浓度为铜离子的浓度，所述铜离子浓度为10～60g/L。

本实施例提供了一种金属溶解装置，基于实施例1所述的金属溶解装置，其中，壳体1内通过隔板组分为两个相互连通的溶解腔2，喷淋管截面积的总和占所述溶解腔2底面积的20％，金属颗粒的形状呈球状。