不含六价铬的蚀刻锰真空蒸发系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2017年7月10日提交的美国临时申请号62/530,564的优先权，该申请据此全文以引用方式并入。

本公开涉及不含六价铬的蚀刻锰真空蒸发系统。

背景技术：

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

金属化非导电基板的许多常规工艺包括蚀刻基板，然后活化，然后进行无电镀金属化。在许多此类常规的工艺中，通过将基板浸渍在铬酸-硫酸混合物中来实现基板的蚀刻。

许多此类蚀刻工艺主要利用六价铬。然而，在过去几年中，六价铬蚀刻剂的使用由于六价铬造成的保健风险而下降。其它方法避免了在蚀刻剂溶液中完全使用铬。为金属化非导电基板而开发的一种此类蚀刻剂溶液包含处于氧化态(包括+2、+3、+4、+5、+6和+7)的mn离子源。然而，此类蚀刻剂溶液可从环境空气中吸收不需要量的水，从而需要对蚀刻剂溶液进行持续监测和平衡以确保其以最佳方式工作。需要优化此类解决方案。

技术实现要素：

本部分提供了对本公开的总体概述，并且未全面公开其全部范围或其所有特征。

本发明的技术提供了从锰离子源中去除水的方法。该方法包括将锰离子源的至少一部分引导通过导管，其中导管包括用于过滤不溶解的颗粒的过滤器。将锰离子源的被引导通过导管的部分在真空蒸发器中浓缩。将浓缩的部分返回到基于锰的蚀刻剂浴中。在其它实施方案中，浓缩部分包含酸。在其它实施方案中，酸是纯化的。在另外的实施方案中，真空蒸发器包括热源。在甚至另外的实施方案中，基于锰的蚀刻剂浴被配置成蚀刻基板。其它实施方案包括将浓缩部分返回到基于锰的蚀刻剂浴的第二导管。在其它的另外的实施方案中，导管包括单向阀，该单向阀用于防止锰离子源的所述部分经由导管返回到锰离子源。

本发明的技术提供了用于从基于锰的蚀刻剂浴中去除水的附加方法。所述方法包括将基于锰的蚀刻剂浴的至少一部分引导通过导管。导管包括单向阀，该单向阀用于禁止基于锰的蚀刻剂浴的所述部分经由导管返回到基于锰的蚀刻剂浴。真空蒸发器将基于锰的蚀刻剂浴的被引导通过导管的部分浓缩。将浓缩部分返回到基于锰的蚀刻剂浴。在其它实施方案中，导管还包括用于过滤不溶解的颗粒的过滤器。在另外的实施方案中，浓缩部分包含酸。在甚至另外的实施方案中，酸是纯化的。在另外的实施方案中，真空蒸发器还包括热源。在另外的实施方案中，基于锰的蚀刻剂浴被配置成蚀刻基板。在其它附加实施方案中，第二导管将浓缩部分返回到基于锰的蚀刻剂浴。

本公开还提供了用于从基于锰的蚀刻剂浴中去除水的系统。该系统包括基于镭的蚀刻剂浴、第一导管、真空蒸发器和第二导管。第一导管在第一端部处连接到基于锰的蚀刻剂浴，并且在第二端部处连接到真空蒸发器，并且还包括用于过滤不溶解的颗粒的过滤器。第一导管还允许基于锰的蚀刻剂浴的至少一部分流过第一导管进入真空蒸发器中。真空蒸发器从基于锰的蚀刻剂浴的流过第一导管的部分蒸发水并将该部分浓缩。第二导管被配置成用于从真空蒸发器到基于锰的蚀刻剂浴的单向通道。在其它实施方案中，真空蒸发器包括用于加热真空蒸发器的内容物的加热源。在其它实施方案中，基于锰的蚀刻剂浴被配置成蚀刻基板。在另外的实施方案中，浓缩部分包含酸。在另一些实施方案中，第一导管被配置成用于从基于锰的蚀刻剂浴到真空蒸发器的单向通道。

根据本文提供的描述，其它适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施方案的说明性目的而不是所有可能的具体实施，并且不旨在限制本公开的范围。

图1示出了用于制备无电镀金属化基板的方法的流程图；

图2为根据本发明的一个方面的真空蒸发系统的示意图；

图3示出了蚀刻工艺内蒸发器系统的代表性流程图；

图4示出了根据图2和图3的真空蒸发系统的示例的加工参数；并且

图5是描绘了图4的示例的一系列加工条件的结果的图。

在附图的几个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

提供了示例性实施方案使得本公开将是详尽的，并且将向本领域技术人员完整地传达范围。陈述数种具体细节(诸如具体部件、装置和方法的示例)以提供对本公开的实施方案的详尽理解。本领域技术人员将明白的是，不需要采用具体细节、可以许多不同形式实施示例性实施方案，且不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知工艺、公知装置结构以及公知技术。

本文中所使用的术语仅仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而不旨在限制。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“a”、“an”和“the”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises、comprising、including)”和“具有”是包括性的并且因此规定所述特征结构、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征结构、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。除非具体指明按顺序执行，否则本文中所述的方法步骤、过程以及操作不应被理解为它们一定需要以所讨论或所说明的特定顺序来执行。还应理解的是，可以采用附加的或可选的步骤。

当元件或层被称为“在...上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，可以直接在、接合到、连接到或联接到另一元件或层上，或者可存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应当以类似的方式解释(例如，“介于”与“直接介于”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

虽然第一、第二、第三等术语在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开来。除非上下文明确指示，否则术语诸如“第一”、“第二”和其它数字术语在本文使用时并不暗示次序或顺序。因此，在不脱离示例性实施方案的教导内容的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述，本文可使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“之下”、“上方”、“之上”等，以描述一个元件或特征结构与另一个元件或特征结构的关系，如图所示。除了图中所示的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征结构“下方”或“下面”的元件将以其它元件或特征结构“上方”为取向。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的取向。装置可以其它方式取向(旋转90度或处于其它取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

在多个方面，本公开提供了一种用于改善蚀刻工艺的脱水系统，该蚀刻工艺在用于蚀刻非导电基板的制造方法中使用。一般来讲，蚀刻非导电基板可用于将基板无电镀金属化，并且此类基板特别适用于在汽车或其它车辆的部件中使用，并且可附加地用于多种其它行业和应用中，作为非限制性示例包括航空航天部件、农业设备、工业设备和重型机械。此外，作为非限制性示例，本公开可用于简化用于形成车辆的轻质耐腐蚀部件(包括车辆筋板)以及内部装饰性修整和外部装饰性修整的方法。

用于根据本公开的用途的合适的非导电基板包括许多不同的塑料，并且包括许多塑料树脂，包括酚醛树脂、脲醛、聚醚砜、聚缩醛、邻苯二甲酸二烯丙酯、聚醚酰亚胺、特氟隆、聚芳基醚、聚碳酸酯、聚苯醚、矿物增强尼龙和聚砜。用于根据本公开的用途的尤其合适的塑料为丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)。此外，还存在易于蚀刻和无电镀金属化的共混物，诸如聚碳酸酯abs共混物。

首先参见图2，示出了根据本公开的示例性蒸发系统。将锰离子源102的一部分从第一导管104去除。第一导管104将浴的一部分引导至真空蒸发器106。在真空蒸发器106中蒸发浴的被引导至真空蒸发器106的部分。在真空蒸发器中蒸发得到馏出物水和浓缩的液体。将浓缩的液体引导通过第二导管108并进料回基于锰的蚀刻剂浴102中。可进一步收集、处理、以及重复使用或丢弃馏出物水。

锰离子源可以是基于锰的蚀刻剂浴中的任一种。

第一导管104可包括用于将液体从一个区域转移到另一个区域的任何介质，并且作为非限制性示例可包括管道、管材、通道、管道系统，或能够将液体从一个区域转移到另一个区域的任何其它转移组件。第一导管104可由表现出合适的耐酸性的任何材料形成。第一导管104还可包括用于禁止颗粒进入真空蒸发器106的过滤器。第一导管104还可包括用于增加流向真空蒸发器106的流量的泵。第一导管104还可包括单向阀，该单向阀用于禁止基于锰的蚀刻剂浴的至少一部分经由第一导管104返回到基于锰的蚀刻剂浴102。

基于锰的蚀刻剂浴使用强酸，因此，用于根据本发明的用途的合适的真空蒸发器是能够抵抗酸腐蚀并能够浓缩强酸的那些，包括下列用于基于锰的蚀刻剂浴中的酸：磷酸、过氧单磷酸、过氧二磷酸、硫酸、过氧单硫酸、和过氧二硫酸、和甲烷磺酸。虽然起始浓度取决于基板被冲洗和/或拖出的速率和/或基于锰的蚀刻剂浴本身，但合适的真空蒸发器由在高酸浓度下抵抗腐蚀性酸攻击的材料构成(例如，酸浓度接近真空蒸发器目前能够蒸发水的程度的限值)。合适的真空蒸发器的非限制性示例包括单效蒸发器，包括单效爬膜蒸发器；多效蒸发器，包括三效蒸发器；以及上升薄膜真空蒸发器。根据本公开的真空蒸发器还包括真空蒸馏单元，包括旋转蒸发器和干燥真空蒸馏塔。优选地，真空蒸发器采用热源以进一步加快蒸发速率。合适的热源包括换热器，包括蒸汽换热器和油换热器。蒸发后，随后可纯化浓缩的酸。

第二导管108，类似于第一导管104，可包括用于将液体从一个区域转移到另一个区域的任何介质，并且作为非限制性示例可包括管道、管材、通道、管道系统，或能够将液体从一个区域转移到另一个区域的任何其它转移组件。第二导管108可由表现出合适的耐酸性的任何材料形成。值得注意的是，适于形成第一导管104的材料可能不适于形成第二导管108，因为第二导管108必须表现出足以耐受真空蒸发所产生的浓缩液体的耐酸性。第二导管还可包括单向阀，该单向阀用于禁止浓缩液体返回真空蒸发器106。

最优选地，本文所公开的真空蒸发器在用于金属化非导电基板的较大方法200的一部分中使用。参见图1，其示出了用于金属化非导电基板的方法200的一般描述。任选地，非导电基板由清洁剂202清洁。然后在一系列的一种或多种冲洗液203中冲洗基板。然后任选地通过预蚀刻204对非导电基板进行预蚀刻。对非导电基板进行预蚀刻使非导电基板溶胀，从而使其更易于蚀刻。对于浸没在预蚀刻溶液中的任何基板，完成一种或多种冲洗液205的冲洗过程。无论任选的清洁步骤和预蚀刻步骤是否发生，在蚀刻浴207中蚀刻之前，将非导电基板在含酸的冲洗液206中冲洗。蚀刻浴207包括含锰的蚀刻剂溶液。值得注意的是，在许多实施方案中，操作本发明的真空蒸发器系统以在保持比重的同时从蚀刻浴207中去除水。蚀刻浴207还可包括氧化室，该氧化室用于在小于+7的氧化状态下氧化锰离子至mn(vii)。任选地，可利用调理剂调理蚀刻的基板以促进活化。还任选地，可冲洗蚀刻的基板以去除蚀刻的基板上的任何过量的酸或其它不可取的材料。任选地，在活化之前对蚀刻的基板进行预活化。预活化用来促进活化剂的吸收。在中和之后，通过将蚀刻的基板暴露于活化剂212来活化蚀刻的基板。活化剂212通常为选自元素周期表的过渡族viii的金属的金属胶体或离子溶液，并且更优选地选自钯、铂、铱、铑、以及它们的混合物以及锡盐。最优选地，活化剂212为钯。活化剂212填充通过蚀刻产生的孔，在活化之后，蚀刻的基板经历加速214。加速214从金属胶体去除过量的材料，从而确保由于金属胶体的金属与蚀刻基板的孔的机械连接而使蚀刻的基板金属化。加速后，将部件浸入无电镀镍或无电镀铜216中以完成基板的金属化。

根据上述对方法的描述和所采用的可能的可供选择的实施方案，图3和图4示出了与所述方法相关的可实现的水去除速率的一个示例。

参见图3，所示的参数涉及其中第一蒸发器组件以流体的方式联接到蚀刻浴207的实施方案。图4以图形的方式出了在图3所示参数周围的范围内获得的水去除速率。

已确定对于具有大于或等于1.630的比重的酸基质的组成和大于或等于2g/l的锰浓度的蚀刻浴而言，经由压降和水浓度的可接受的水去除速率以各种绿色色调示出，其中最亮的绿色色调为任选的。红色阴影示出了被发现是次优和不可接受的水去除速率。

在损害混合酸基质和锰离子源以维持生产和开发要求的速率运行的溶液的非限制性示例中，在等于或低于1.8psig的压力下使用以流体方式联接到锰离子源的蒸发器以达到期望的浓度水平。所需的浓度水平是处理槽内的加工生产线速度和溶液流体特性的函数。就一个具体示例而言，如果在比重1.650下操作蚀刻浴，则已发现在等于或低于0.8psig的压力下操作蒸发器用于充分浓缩蒸发物，使得其可重新引入到处理槽中。

出于说明和描述目的已经提供了对实施方案的前述描述。而非旨在穷举或限制本公开。特定实施方案的单独元件或特征结构通常不限于该特定实施方案，但是如果合适的话是可互换的并且可以在选定的实施方案中使用，即便没有具体示出或描述。这同样可以多种方式发生变化。这些变化不应视为脱离本公开，并且所有此类修改旨在包括在本公开的范围内。