CN102439203A - 用于电解处理高电阻层的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在具有沿输送轨道的旋转的输送和接触元件(2)的连续运行的设备或带设备中对板状或带状物品(1)进行电镀和电解蚀刻的方法和装置。根据现有技术，从物品(1)的一个边缘或两个边缘供给电解电流。单边供给得不到理想的层厚分布。双边供给只允许生产横向于输送方向的物品的形式。根据本发明，在中部，亦即在可用区内为物品(1)供给电流，从而达到至少与在双边供电时一样好的层厚分布。本发明还允许按任意顺序电解处理具有任意宽度规格和不同轮廓的物品。

Description

用于电解处理高电阻层的方法和装置

本发明涉及电解处理，特别是在优选平面的物品/工件上的导电层的电镀和蚀刻。其特别适用于电镀基体如作为在连续运行设备内的一部分的印刷电路板和导电箔或者在从辊子到辊子的设备内的金属带或金属喷涂/金属化的合成膜。这里，即使基层非常薄并因此电阻很大，也可以采用尽可能高的电流密度在物品的整个表面上沉积或蚀刻厚度均匀的金属层。对此存在已经得到验证的解决方案。

本发明的目的是描述在连续运行的设备和在从辊子到辊子的设备中进行电镀或电解蚀刻的平面物品中形成的电接触。特别是，物品的优选的旋转电接触形成装置还适合于横向于输送方向具有不同尺寸且具有薄基层的物品，以便均匀地电解处理。在这种情况下，与现有技术相比避免了设备的高复杂性。

这个目的通过根据权利要求1的方法和根据权利要求7的装置实现。从属权利要求描述了本发明的有利实施方式。

连续运行设备和从辊子到辊子的设备由于其在工序方面灵活性小而优选适合于制造批量生产的产品。这些产品称为终端产品。它们通常是用于诸如BGAs(球栅阵列)、RFIDs(射频识别单元)、MP3播放器、存储卡之类的小的和微型的印刷电路板或导电箔，或者用于例如移动电话、PC等的较大的印刷电路板。一方面，本发明利用这些电子终端产品的提高的小型化来优化物品的版面(layout，布局)，另一方面，通过对此所需要的薄基层的平面电镀支持小型化所需要的精密导体技术，终端产品在其已在连续运行的设备内和适当的其他设备内完工以后从物品上分离，以作相应的应用。

这里，待处理的物品例如是大尺寸的印刷电路板或导电箔，实际上，这些大尺寸的印刷电路板或导电箔也称为面板，它们具有可用区域和不可用区域。终端产品位于待使用的面积上。与此相反，边缘区域——包括位于其上的接触轨道——对于终端产品通常是不可用的。在印刷电路板的版面中，在待使用的面积中布置有多个或非常多个通常相同的终端产品。总是存在多种在印刷电路板上或面板上布置许多终端产品的方式。本发明利用这样的事实。本发明的出发点是，在面板上这样布置终端产品，使得在横向于输送方向上，在物品上大致或正好在中部形成和留出接触轨道。同样，在连续运行的设备或带设备(Bandanlagen)的输送轨道的近似或精确的中部，亦即同样横向于输送方向看时的近似或精确的中部，在沿输送路径布置的许多接触辊子或接触轮——同样地可以是输送辊子、输送轮或者说输送元件——的每一个上具有优选旋转的电触头。

特别地以电镀为例介绍本发明，特别是用于整个表面的金属喷涂和提供不间断的接触以及构建例如使用电阻构造的导电图的印刷电路板。但是本发明也不受限制地适用于电解蚀刻和其他电解处理。

根据本发明，优选借助于在中部的接触轨道向物品供给电镀所需的电流或电解电流。在这种情况下，对横向于输送方向的层厚分布的影响至少与在现有技术中从两个边缘理想地均匀供电同样有利或更好。但根据本发明形成的两个倾斜平面面向相对的方向。在接触区域内，亦即在物品的中部形成最大的层厚。根据本发明，横向于输送方向看的倾斜平面的层厚之差仅为在从一个边缘输入电镀电流时获得的层厚之差的约1/4，而与在特定时刻有效的接触电阻无关。

在物品的中部区域内，亦即在可用区域内形成电接触与现有技术相比具有以下主要优点：

-此方法无需改装设备即可适用于从横向于输送方向看具有不同尺寸的物品。因此具有不同尺寸和不同版面的物品可以以任何次序引入设备中并被电镀。

-因为倾斜平面从中部向两个边缘倾斜，在这些边缘处的骨效应不是有害的，而是在某些情况下具有有益效果。在边缘处较薄的层通过由沉积所形成的“骨”而有利地变厚，由此从边缘到中部的层厚之差与如在现有技术中从两侧边缘供电的情况相比变得更小。

-输送和接触辊子只需要一个触头。这意味着降低了技术复杂性。

-电解电流在物品上从中部轨道出发始终可重复地向两个远的边缘方向遍布整个物品，因此始终精确保持上面所述的倾斜平面的大小的1/4，即使在触头处产生不可控的传输电阻的情况下。

-在物品上只需要一个接触轨道，亦即在与从两侧供电时相比具有一样好或更好的层厚分布的情况下存在较少的可用区域的损失。

-可用区域的大小可以与布置在其上的终端产品的大小精确地匹配，由此可以避免不必要的大量废基材。

-可以按照需要单独地选择电流密度。

-即使在旋转接触元件偶尔不适当地脱金属时，也不会出现造成板从轨道上移走的两侧上的不同直径。

-即使由于不可预见的原因板确实离开轨道，也不会造成所述的需要非预期的维护设备的故障。在离开轨道的情况下仍保持与印刷电路板的电接触。因此不可能出现不允许的剧烈的金属喷涂/金属化或损坏触头的情况。在最不利的情况下，会损害布置在靠近接触轨道的一侧上的有关印刷电路板的终端产品的质量。

-在形成非常可靠的电接触的情况下，可以避免触头在其上滚动的物品表面损坏。在这种情况下，接触轨道在物品上的定位及其相对于旋转触头的位置不重要，因为触头可以进入终端产品的区域内。

-由于不需要安全余量，与现有技术相比接触轨道的宽度可以选择得较小，这意味着物品的可用区域加大。

-特别是在小的终端产品的情况下，可以完全放弃在物品上作为单独面积的接触轨道。该接触轨道依需要在物品的中部区域内延伸越过一些终端产品，它们在适当时随后被筛选和被丢弃。在这种非常有利的方法中，可以放弃根据现有技术在电镀设备上游总是需要的工位对准。特别是对于薄的和因此柔性非常好的物品，这种对准工位在技术上非常复杂。在这种情况下，根据本发明，物品在横向方向未对准地穿过连续运行的设备。在电镀设备上游和下游在湿化学处理工位和冲洗工位内已经以公知的方法进行物品的类似的未对准的输送。

-物品的形式可不同于常见的矩形形状。例如其可以是三角形的、圆形的或卵形的。

-作为本发明的扩展，还可以通过多个横向于输送方向偏置的接触轨道在物品的可用区域内提供电镀电流。即使当在可用区域内具有两个接触轨道时，电解池电压的局部差与根据现有技术的单侧供电相比可以减小到1/16。

下面参照未按比例示出的示意性附图1至3进一步详细说明本发明。

图1a示出根据现有技术的连续运行的设备或带设备的截面图。

图1b以非常大的放大比例示出根据图1a的布置结构获得的层厚的廓形。

图2a示出根据本发明的连续运行的设备或带设备的截面图。

图2b同样以非常大的放大比例示出根据本发明获得的横向于输送方向的层厚的廓形。

图3示出在其上布置有多个终端产品的物品的平面图。

在图1a中，物品1沿垂直于附图平面的方向输送，为此采用被旋转驱动的上部和下部输送和接触元件，在长形的接触元件2的两端上设置有环形或盘形电触头3。这些触头3在物品1的上侧和下侧上的基层4上滚动。在这期间，物品1被输送并同时形成电接触，电接触在物品的两个边缘区5处形成，在上侧和下侧上具有可溶解或不可溶解的阳极6。基层4，亦即物品1的表面，与相应的阳极6一起形成处于电解液7中的电解池，使用至少一个以直流电源或者单极或双极脉冲电源形式的电镀电源8为电解池供电，电流通过旋转触头9或滑动触头9传输至旋转的输送和接触元件2上，并从那里传输至触头3。物品1的横向于输送方向的宽度必须定尺寸成，使得触头3可以分别在物品1的边缘处在足够宽的接触轨道上滚动，因此，在根据现有技术的已有设备中，只能处理具有完全确定宽度的物品1。

图1b示出根据图1a的布置结构在物品1的横向于输送方向上获得的层厚廓形。以一非常大的放大比例示出的所述廓形通常具有倾斜平面。电镀层10的最小层厚出现在物品1的中部区域内，在这个区域内，由于在基层4内的电压降，物品1的阴极表面与阳极6之间的有效池电压最小。相应地，局部电流密度以及因此沉积层厚度在这里也最小，因此，在这种布置结构中，存在以下关系：

待电镀的基层的电阻越高、物品的横向于输送方向的宽度越大，以及用于电镀的电流密度越大，物品的边缘区5与中部的沉积量之差越大。

在物品1的本已较高的边缘处的倾斜平面的廓形上附加有所谓的沉积骨11，并且由于在最大局部电流密度区域内的电边缘效应，该效果在边缘处特别剧烈。这非常不利地增加了物品上整体沉积的差别。特别是对于上面所述的通过精密的导体技术批量生产的产品，层厚分布必须非常均匀，按照现有技术，其只能采用小电流密度来实现。

图2a示出根据本发明的用于电镀板状或带状物品1的连续运行设备或带设备的截面图。在这种设备中，沿输送路径具有多个用于输送物品1和形成电接触的输送和接触元件2。其中示出辊子作为输送元件2，也可以采用带有小轮的旋转辊子或不旋转的滑动触头。在本发明的这种基本布置结构中，电触头3横向于输送方向优选定位在接触元件2和输送路径的中部，电触头3的形式为环、小轮、盘、刷或分段的接触轮。这种布置结构在物品上只需要一个相应的优选在物品1的中部于可用面积17内延伸的接触轨道15，如图3所示。这意味着在接触轨道15两侧分别有一个物品的可用分区或可用分面积12。通过物品上的接触轨道15向物品供给电镀电流，该轨道在版面内被单独地或非单独地留出并在物品的整个可用区域内延伸。在未被单独地留出的接触轨道15的情况下，该接触轨道延伸超出布置在物品1的版面内的终端产品14。

也可以沿连续运行设备的输送路径在物品或者印刷电路板或待电镀的带的版面内设置非对称的接触轨道和相应的触头3。

由于根据本发明的在可用区域中的布置结构在触头3不期望地离开轨道时仍形成电接触，因此不会出现上面所述的设备技术的严重后果。因此不需要安全余量，并且接触轨道15在物品1的版面内的宽度可为狭窄的，例如在接触轮3的宽度例如为5mm时，接触轨道宽度为10mm。所述触头始终在物品的可用区12内滚动。它们不会从物品上掉下而因此失去电接触。这意味着电接触不会中断，也就是说，不会由于触头脱金属化而产生差错，因为其不会被非预计地强烈地金属化。

图2b示出根据本发明可以获得的横向于输送方向的层厚分布。倾斜平面在远离触头的区域内，亦即在物品1的两个边缘13处具有低谷。这些较薄的边缘区13在最小电流密度区域内并因此在倾斜平面的低谷内与相应的沉积骨11相接。由此骨形成在具有最小电流密度的区域内。因此，该沉积骨与根据现有技术从两侧供电而在最大电流密度区域内形成的沉积骨相比显著减小。因此，总体上，整体的层厚度差与根据现有技术从两侧供电产生的整体的层厚度差相比较小，此外，还具有在物品中部区域电接触的所述其他优点。

本发明的方法非常好地适合于例如目前印刷电路板技术对这种电镀设备所提出的要求，这些要求包括对于610mm宽的印刷电路板低至1.5μm厚的铜基层，在所述铜基层上施加有高达25μm厚的电镀层。其中在可用面积区域内可接受的层厚差至多为1μm。本发明可以达到这些要求。

在喷镀的基层或化学沉积的铜层具有例如0.2μm的厚度时，由于显著地较大的电阻，本发明构想的扩展是有益的。为此，建议在物品的版面内设置至少两条接触轨道，并在接触元件2上设置两条接触轨道或触头3。这两条接触轨道位于物品的可用区内，大致在物品的宽度方向上的1/4和3/4处，横向于输送方向看近似地关于输送路径对称。这里，在物品的上侧和下侧上的适当位置上总共形成四个较小的倾斜平面。在这种情况下，该触头区的总电流的1/4从各触头沿横向于输送方向看的两个方向中的每一个流动。同时，在印刷电路板的基层内流动的电流长度缩短到总宽度的1/4，这意味着相关的电流路径的电阻的大小也减小至1/4。按照欧姆定律，1/4的电流流过1/4的电阻仅产生1/16的电压降。与按照现有技术从一侧供电相比，在物品上的层厚度差大致减小至这个分数。而且，倾斜平面的低谷分别远离触头。

通过喷镀沉积的基层在物品的边缘区域内特别薄或者喷镀金属完全不存在。对于所谓的回蚀的整面印刷电路板也一样。在这种情况下，例如12μm或17μm厚的基层被回蚀到约3μm，接着进行印刷电路板的实际处理，特别是由于水坑效应(Pfützeneffektes)，边缘区与中部区域相比被更剧烈地蚀刻。在这两种情况下，根据本发明向物品的中部供给电解电流或向中部区域的多条轨道供给电解电流证明是特别有利的，因为那里始终存在较厚的基层的额定层厚和因此可以可靠地供给电流。横向于输送方向布置的多个接触轮优选地相对于输送路径对称地布置。借助于一条或几条接触轨道15在中部供电时，物品的边缘不必形成接触。但是，在这些情况下，物品的版面和触头在接触元件上的位置必须相互适应。如果在横向于输送方向上布置有多条接触轨道，则不再存在如在中部唯一供电时所提供的参数的完全自由选择。对于在一长时间段内生产的某些批量生产的产品，根据本发明的这种扩展非常有利，特别是由于对于使用高电流密度在大的物品上电镀非常薄和因此高电阻的基层的情况不存在具有可比简易性的经济的替代方案，亦即，根据本发明的这种扩展能够获得具有非常好的层厚分布的经济的电镀。

在例如存在两条接触轨道15时，在一个接触元件2上可以有两个触头3。为此，如果每条接触轨道配设一个或多个独立的整流器，则需要两个滑动或旋转触头9，这有利地确保了向横向于输送方向的每一侧上存在大小完全相同的电流。但是，也可以为每个接触元件2只配设一个触头3和一个旋转触头9。在这种情况下，在物品1的输送方向上，这些触头3左右交替地设置在接触元件2上。但是，对于这种成本较低的方案，无论两侧是由一个整流器还是由独立的整流器供电，触头3必须传输两次电流。

特别是在高电流密度的情况下，每个触头的电流大小也增加。在这种情况下重要的是，共用整流器的电解处理电流均匀地分配在有关的每个触头上，以避免物品表面和/或触头损坏。在接触轨道在可用区内延伸超过终端产品的情况下，这尤其重要。随着与整流器8相关联的触头数量减少，单个触头过载的可能性也减小。最优的情况是存在与每个单独的触头相关联的整流器8，调节电流的整流器将处理电流限制为预设电流。由此可靠地避免了触头的过载。

图3以平面图通过示例的方式示出物品1，其版面构造成用于在根据本发明的连续运行设备或带设备中电镀大量终端产品14。所述物品的外部尺寸为例如610mm×610mm。用双点划线画出边界的可用面积17小于窄的边缘区域13，在该可用面积上定位有终端产品和至少一条接触轨道15。输送方向箭头16示出物品穿过电镀设备的输送方向。物品还可以包括设有导电层盲孔和用于电镀的通孔。

用于终端产品14，例如BGAs的可用面积较小，例如580mm×580mm。边缘13对于终端产品14是不可用的。在物品1的中部或近似中部设有单独留出的接触轨道15。该轨道通常对于终端产品14不可用或仅有限程度的可用。但是，特别是在小的终端产品14的情况下，还可以用终端产品覆盖版面内的整个可用面积，而不在物品上留下作为单独面积的任何接触轨道。在物品1的中部区域内与那里的终端产品14进行电接触。如果这些相对较少的终端产品由于所进行的接触而产生缺陷，则一旦他们已被取下就可在以后的筛选操作中被丢弃。这种方法使物品1的版面的结构更简化。此外，在电镀期间实际接触轨道在物品上的进程则不重要。对于小的终端产品，在两种情况下，亦即带或不带作为单独面积的接触轨道的情况下，每面板的产量大致相同。在这种情况下，不需要在连续运行的设备上游进行技术复杂的工位对准，否则需要对准工位以对物品进行精确的横向对准。

本发明还适合于通过物品上的结构化阻抗/抗蚀层(Resist)所形成的电镀结构。在这种情况下，接触轨道同待电镀的其他面积一样必须保持无阻(frei von Resist)。

根据本发明的物品的格式不限制为矩形形状。其例如可以具有多边形或圆形轮廓。在特殊情况下这可节省基材。

附图标记列表

1物品、印刷电路板、面板

2接触元件、输送元件

3触头、接触环、接触轮、接触辊子

4基层

5边缘区域

6阳极、电极

7电解液

8电解电源、整流器

9旋转触头、滑动触头

10电镀层、蚀刻层

11沉积骨

12可用分面积、可用分区

13边缘、边缘面积

14终端产品

15接触轨道

16输送方向箭头

17可用面积

Claims (9)

1.一种在具有沿输送路径的输送和接触元件(2)的、从辊子到辊子的带设备或连续运行的设备中对板状或带状物品(1)进行电镀或电解蚀刻的方法，其特征在于，通过在所述输送和接触元件(2)上的触头(3)借助于在物品(1)的可用面积(17)内延伸的至少一条接触轨道(15)为所述物品供给电解电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从横向于输送方向的方向看，在所述物品的中部区域形成电接触和为所述物品供给电解电流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有不同轮廓和/或不同尺寸的物品(1)在连续运行的设备中由于借助于在可用面积(17)内的至少一条接触轨道(15)形成的电接触而以任何顺序实现电接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在结构电镀或结构蚀刻时，通过至少一条无阻的接触轨道(15)供给电解电流。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，电解电流的供给通过在物品的版面内从终端产品(14)保留的至少一条接触轨道(15)或在物品的版面内延伸越过终端产品(14)的至少一条接触轨道(15)进行。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，每个触头(3)由与其相关联的单独的整流器(8)供给电解电流，或者多个触头(3)由共用整流器(8)供给电解电流。

7.使用根据权利要求1所述的方法在具有沿输送路径的输送和接触元件(2)的带设备或连续运行的设备中电镀或电解蚀刻板状或带状物品的装置，其特征在于，从横向于输送方向的方向看，每个输送和接触元件(2)上的至少一个触头(3)的位置以及物品(1)上的至少一个相对应的接触轨道(15)设置在物品(1)的可用面积(17)内。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，从横向于输送方向的方向看，每个输送和接触元件(2)上的触头(3)的位置以及物品(1)上的对应的接触轨道(15)近似或精确地设置在输送路径的中部。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，物品(1)的用于终端产品(14)的可用区域也位于接触轨道(15)的区域内。

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