CN109338418A - 遮蔽板、遮蔽板的制造方法和电铸金属掩模设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电铸工艺设备技术领域，特别涉及一种遮蔽板和遮蔽板的制造方法，以及一种电铸金属掩模设备。其中，电铸金属掩模设备包括：电铸容器，电铸容器内设置有阴极和阳极；阴极上设置有电铸模板，阳极上设置有用于形成电铸层的金属材料；阴极和阳极之间设置有遮蔽板；遮蔽板上设置有至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔；第一组过电孔的孔径小于第二组过电孔的孔径，各组过电孔的位置随电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布。本申请的电铸金属掩模设备能够调节电铸模板的电铸层的厚度。

Description

遮蔽板、遮蔽板的制造方法和电铸金属掩模设备

技术领域

本申请涉及电铸工艺设备技术领域，特别涉及一种遮蔽板和遮蔽板的制造方法，以及一种电铸金属掩模设备。

背景技术

电铸工艺是利用电化学沉积原理在导电体表面上精确复制出一层金属薄膜的过程，金属膜的成膜速度快而且可以控制其厚度。可具体描述为：用导电模板作阴极，金属材料作阳极，均浸泡在电铸液中，阳极金属材料与电铸液中的金属离子的种类相同，在直流电源的作用下，电铸液中的金属离子在阴极还原成金属，沉积于模板表面，而阳极金属则源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，使溶液中金属离子的浓度保持不变。当阴极模板表面的电铸层逐渐达到要求的厚度时，与模板分离，即获得与原模型面相反的金属薄膜。

电铸时电铸层厚度在阴极的电铸模板表面分布越均匀，往往表明电铸的质量效果越好。电流密度、电铸时间、温度、阳极面积、电铸液浓度、电铸液搅拌等等，都会对电铸层的厚度产生影响。其中，电流强度较大的区域，电力线分布越密集，电流密度越高，金属沉积的速率越快，电铸层厚度就越厚；阴极附近金属离子浓度越大，电铸的效率越高，电铸层也越厚。

所以，垂直电铸过程中，电铸液中电力线分布不均以及阴极模板表面金属离子浓度的不同容易导致金属掩模板不同区域电铸层厚度不同，对后续过程的激光焊接，蚀刻等工艺制作过程造成很大的影响，大大增加产品的不良率。

为了改善因电力线分布不均和阴极附近电铸液金属离子浓度分布不均造成的电铸层厚度均匀性差的问题，现有的技术大多采用调整阳级尺寸的方法来进行调节。以申请号为CN201210092069.2的中国发明专利为例，在现有技术中，常常令阳极尺寸大于阴极铸件的尺寸，阳极底部超出阴极铸件的部分，使用阳极屏蔽布遮挡住，使其遮挡高度正好达到铸件的底部，以减缓阳极边缘电力线过密的现象。

然而，借助阳极遮蔽布遮挡阳极钛篮多出工件的部分，尽管能够改善工件上下边的边缘效应，却不能够改善工件其他边缘的边缘效应。依然不足以很好地解决铸件边缘过厚，导致整体厚度不均或不符合预定期望的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，在本申请的一个实施方式中，提供了一种电铸金属掩模设备，包括：

电铸容器，电铸容器内设置有阴极和阳极；

阴极上设置有电铸模板，阳极上设置有用于形成电铸层的金属材料；

阴极和阳极之间设置有遮蔽板；

遮蔽板上设置有至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔；第一组过电孔的孔径小于第二组过电孔的孔径，各组过电孔的位置随电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布。

本申请的另一实施方式提供了一种遮蔽板，用于电铸金属掩模设备，并设置在电铸金属掩模设备的阴极和阳极之间，

遮蔽板上设置有至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔；第一组过电孔的孔径小于第二组过电孔的孔径，各组过电孔的位置随电铸金属掩模设备的电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布。

本申请的又一实施方式提供了一种遮蔽板的制造方法，包括如下步骤：

在电铸好的电铸模板上选取特征点进行厚度测试，获得电铸模板上的电铸膜所需厚度的分布数据；

在原板上开设至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔，第一组过电孔的孔径小于第二组过电孔的孔径，各组过电孔的位置随电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布，开孔后的原板即为所需的遮蔽板。

相比于现有技术中借助阳极遮蔽布遮挡阳极钛篮多出工件的部分而言，本申请的电铸金属掩模设备通过遮蔽板来调节电力线的分布。借助于调整第一组过电孔和第二组过电孔的分布位置，本申请在简单的结构中实现了对电铸模板的电铸层的厚度调节，不但成本低廉，而且调节效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图推导出其他的附图中未出现的关联结构。

图1是本申请第一实施方式提供的电铸金属掩模设备的侧视示意图；

图2是本申请第一实施方式提供的遮蔽板的正视示意图；

图3是本申请第一实施方式提供的遮蔽板和阳极的正视示意图；

图4是本申请第二实施方式提供的电铸金属掩模设备的侧视示意图；

图5是本申请第三实施方式提供的电铸金属掩模设备的立体示意图；

图6是本申请第四实施方式提供的遮蔽板的制造方法的流程图；

图7是本申请第四实施方式提供的遮蔽板的正视示意图。

附图标记说明：

1-电铸容器；

2-阴极；21-电铸挂具；22-导电夹；23-水平导电杆；24-竖直导电杆；

3-阳极；31-钛篮；

4-电铸模板；

5-遮蔽板；51-第一组过电孔；52-第二组过电孔；53-第三组过电孔。

具体实施方式

实施方式一

在电铸过程中，电铸层厚度的均匀性与电流密度、电铸时间、温度、阳极面积、电铸液浓度、电铸液搅拌等因素有关，为了提高电铸质量，需要严格控制电铸溶液的温度、离子浓度及电流密度等。

有鉴于此，在本申请的第一实施方式，提供了一种电铸金属掩模设备，参见图1和图2所示，包括：

电铸容器1，电铸容器1内设置有阴极2和阳极3；

阴极2上设置有电铸模板4，阳极3上设置有用于形成电铸层的金属材料；

阴极2和阳极3之间设置有遮蔽板5；

遮蔽板5上设置有至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔51和第二组过电孔52；第一组过电孔51的孔径小于第二组过电孔52的孔径，各组过电孔的位置随电铸模板4上的电铸膜所需的厚度分布。

在电铸过程中，由于第一组过电孔51的孔径小于第二组过电孔52，因此电力线(表示电场分布的虚设的有向曲线族)将会更多地通过第二组过电孔52。在宏观尺度上表现为第二组过电孔52所对应的电铸模板4的位置，其电铸层的厚度将显著地厚于第一组过电孔51所对应的位置。

通过上述规律，借助于调整第一组过电孔51和第二组过电孔52的分布位置，就可以实现对电铸模板4的电铸层的厚度调节。因此可选地来说，第一组过电孔51可以与电铸模板4需电铸较薄电铸层的部位相对应，第二组过电孔52与电铸模板4需电铸较厚电铸层的部位相对应。

一般的，电铸模板4的边缘和尖端的电力线分布较为密集，中间区域电力线分布较少，阳极3钛篮31水平方向对应的阴极2表面金属离子浓度偏高，距离钛篮31较远的区域离子浓度较低。这容易导致电铸模板4的边缘电铸层厚度远高于所需的平均厚度。

因此可选地，参见图2所示，第一组过电孔51分布于遮蔽板5的边缘，第二组过电孔52分布于遮蔽板5的中心。

当第一组过电孔51分布于边缘时，其对电力线所形成的阻挡程度相对大于第二组过电孔52，因此可以使电铸模板4的电铸层的中心厚度和边缘厚度趋向平均。

进一步来说，可选地，还可以包括第三组过电孔53，第三组过电孔53的孔径介于第一组过电孔51和第二组过电孔52之间；

第三组过电孔53位于第一组过电孔51和第二组过电孔52之间。

设置超过两组的过电孔，可以使得遮蔽板5能够更加平缓地改变电力线的分布，提升均匀性。

此外，参见图3所示，阳极3包括若干个钛篮31，金属材料盛放在钛篮31上；

各钛篮31在遮蔽板5的所在平面上的投影位于遮蔽板5的投影的内部。

进一步可选地，各钛篮31在遮蔽板5的所在平面上的投影的侧边与遮蔽板5的投影的侧边的距离为5cm至8cm。

阳极3在遮蔽板5的所在平面上的投影可以位于遮蔽板5的投影边界之内，最好距离遮蔽板5的投影边界约5厘米至8厘米，能够更好地保证遮蔽板5的遮蔽效果。

可选地，遮蔽板5的厚度为1cm至3cm，遮蔽板5的材质为聚丙烯，遮蔽板5与阳极3的钛篮31的距离为1.5cm至2cm。选用适当厚度和材质的遮蔽板5，可以防止其在严苛的使用环境下发生形变。而将遮蔽板5设置在阳极3的附近，避免了阴极2在电铸过程中的运动对遮蔽板5的扰动，使得工艺制程更加稳定。

基于上述电铸金属掩模设备，本申请还提供了一种用于电铸金属掩模设备的遮蔽板5，其设置在电铸金属掩模设备的阴极2和阳极3之间，

遮蔽板5上设置有至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔51和第二组过电孔52；第一组过电孔51的孔径小于第二组过电孔52的孔径，各组过电孔的位置随电铸金属掩模设备的电铸模板4上的电铸膜所需的厚度分布。

其中，可选地，第一组过电孔51与电铸模板4需电铸较薄电铸层的部位相对应，第二组过电孔52与电铸模板4需电铸较厚电铸层的部位相对应。

而可选地，第一组过电孔51分布于遮蔽板5的边缘，第二组过电孔52分布于遮蔽板5的中心。

并且，可选地，还可以包括第三组过电孔53，第三组过电孔53的孔径介于第一组过电孔51和第二组过电孔52之间；

第三组过电孔53位于第一组过电孔51和第二组过电孔52之间。

此外，可选地，遮蔽板5的厚度为1cm至3cm，遮蔽板5的材质可以为聚丙烯。

本申请的电铸金属掩模设备在实际使用时，可遵循如下步骤进行操作：

1、根据电铸层的厚度，均匀性等需求，设计遮蔽板5。

2、将设计好的遮蔽板5设置在电铸容器1内，根据工艺需求放置阴极2、阳极3和电铸液。

3、通电以开启电铸作业。

相比于现有技术中借助阳极3遮蔽布遮挡阳极3的钛篮31的多出工件的部分而言，本申请的电铸金属掩模设备通过遮蔽板5来调节电力线的分布。借助于调整第一组过电孔51和第二组过电孔52的分布位置，本申请在简单的结构中实现了对电铸模板4的电铸层的厚度调节，不但成本低廉，而且调节效果更好。

实施方式二

本申请的第二实施方式提供了电铸金属掩模设备，第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，其主要改进之处在于，在本申请的第二实施方式中，参见图4所示，遮蔽板5固定设置在电铸容器1内。

本申请的发明人发现，为了改善电铸过程中的边缘效应，可以通过遮蔽阴极2的方式来调节和改善电力线的分布。然而，由于阴极2遮蔽板5往往带着电铸模板4一起移动。在上料、下料的过程中，容易将电铸容器1中的电铸液带出。

因此，相对于将遮蔽板5设置在阴极2上而言，在本实施方式中，将遮蔽板5固定设置在电铸容器1内，减少了因遮蔽板5跟随阴极2移动导致的电铸液的损耗，降低了成本。

另外，将遮蔽板5固定设置在电铸容器1内，还能够简化阴极2的结构，使电铸金属掩模设备的组装难度进一步降低。

可选地，遮蔽板5可以通过可拆卸的方式固定设置在电铸容器1内，以便于更换。进一步来说，遮蔽板5可以借助一些可拆卸结构，例如工装夹具、滑槽等等实现可拆卸的连接。

实施方式三

本申请的第三实施方式提供了电铸金属掩模设备，第三实施方式是第二实施方式的进一步改进，改进之处在于，在本申请的第三实施方式中，参见图5所示，阴极2还包括用于安装电铸模板4的电铸挂具21；

电铸挂具21上设置有导电夹22，电铸模板4通过导电夹22连接在电铸挂具21上。

其中，电铸模板4可以通过多种方式固定在电铸挂具21上。

例如，电铸模板4可以借助滑轨嵌入到电铸挂具21上，也就是说，可以在电铸挂具21的左右两侧设置轨道槽，将电铸模板4通过轨道槽嵌入到电铸挂具21上。

或者，电铸模板4也可以通过工装夹具安装在电铸挂具21上。作为本申请的进一步优选方案，参见图5所示，电铸挂具21上设置有导电夹22，电铸模板4通过导电夹22连接在电铸挂具21上。

其中，固定夹可以借助于多种结构来夹住电铸模板4，例如，可以采用弹簧夹来进行夹持。

借助导电夹22来固定电铸模板4时，无论是安装还是卸载都十分便利。而相比于轨道槽而言，导电夹22对电铸模板4的表面遮蔽范围更小，有利于提高电铸效率。

作为本申请的进一步优选方案，导电夹22包括通过螺栓连接的两个夹片，两个夹片能够通过螺栓调整间距，以用于夹持电铸模板4。

借助螺栓连接夹片具备更稳固的夹持效果。而且由于通过螺栓固定时无需采用弹性材料，因此可以降低对导电夹22的材质需求(例如可以采用高分子材料的螺栓)，以减少对电铸液的污染。

而且，电铸挂具21可以被设置为多种结构。举例来说，可以将电铸挂具21设置为能够通电的，带有孔洞的实体板状结构。利用孔洞来透过电铸液，实现在电铸模板4上的电铸。

作为本申请的进一步优选方案，电铸挂具21包括彼此平行的两根水平导电杆23和连接在水平导电杆23上且彼此平行的两根竖直导电杆24，竖直导电杆24的上部设置有挂钩；

导电夹22分布设置在竖直导电杆24上。

借助水平导电杆23和竖直导电杆24的组合来构成电铸挂具21的结构时，除了具备牢固、易于固定的优势之外，还可以最大程度地将电铸模板4的表面暴露在电铸液中，使得电铸过程更加均匀，更利于提高电铸效率。

实施方式四

本申请的发明人发现，可以通过在将阳极喷管阵列中的喷嘴与遮蔽板上的过电孔一一对应，利用喷管通过喷嘴喷出的电铸液穿过过电孔喷向阴极，从而改善电铸层厚度均匀性。

但是，由于需要将过电孔的位置与阳极的喷嘴位置一一对应，无法根据电铸模板表面的实际厚度分布来设计过电孔并调节孔径的大小。

有鉴于此，本申请的第四实施方式提供了一种遮蔽板的制造方法，参见图6所示，包括如下步骤：

在电铸好的电铸模板4上选取特征点进行厚度测试，获得电铸模板4上的电铸膜所需厚度的分布数据；

在原板上开设至少两组不同孔径的过电孔，两组过电孔分别为第一组过电孔51和第二组过电孔52，第一组过电孔51的孔径小于第二组过电孔52的孔径，各组过电孔的位置随电铸模板4上的电铸膜所需的厚度分布，开孔后的原板即为所需的遮蔽板5。

其中，遮蔽板5与电铸模板4的形状可以一致，也可以略有区别。遮蔽板5开设的多个过电孔的位置和结构根据对电铸好的电铸模板4的对应位置处电铸层厚度的具体测试结果进行设计。

也就是说，实际制造时，可以具体地遵循如下步骤进行处理：

1、首先，在电铸好的电铸模板4上选取多个特征点，进行厚度测试，可以分别记录下电铸层较薄和较厚的位置；

2、取新的原板(未开孔的板)，与对应的电铸层较薄处，在遮蔽板5的对应位置开过电孔，使电力线通过过电孔，即可增大该位置的电流强度，加快电铸的速率，相应增加电铸层厚度，反之，模板电铸层较厚处，对应的遮蔽板5位置不开孔或开小过电孔，挡住该处的电力线，即可减小该位置的电流强度，降低电铸的效率。

因此，根据测试得出不同位置的厚度不同，在遮蔽板5上调整过电孔的孔径大小，即可相应调节该位置处的电流大小，从而大大改善铸件表面所有位置处电铸层厚度的均匀性，极大程度的提高了金属掩模板的质量。

另外，在本申请中，并不一定要将第一组过电孔51设置在遮蔽板5的边缘，第二组过电孔52设置在遮蔽板5的中心。这是因为，对于电铸工艺而言，有时也需要获得一些电铸层较厚的特殊区域。因此，在对应的这些区域中设置第二组过电孔52，能够满足这一特殊需求。例如，过电孔也可以形成如图7所示的排列样式。

相比于现有技术中借助阳极3遮蔽布遮挡阳极3的钛篮31的多出工件的部分而言，本申请的电铸金属掩模设备通过遮蔽板5来调节电力线的分布。借助于调整第一组过电孔51和第二组过电孔52的分布位置，本申请在简单的结构中实现了对电铸模板4的电铸层的厚度调节，不但成本低廉，而且调节效果更好。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (17)

1.一种电铸金属掩模设备，包括：

电铸容器，所述电铸容器内设置有阴极和阳极；

所述阴极上设置有电铸模板，所述阳极上设置有用于形成电铸层的金属材料；

其特征在于，所述阴极和所述阳极之间设置有遮蔽板；

所述遮蔽板上设置有至少两组不同孔径的过电孔，所述两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔；所述第一组过电孔的孔径小于所述第二组过电孔的孔径，所述各组过电孔的位置随所述电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布。

2.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述第一组过电孔与所述电铸模板需电铸较薄电铸层的部位相对应，所述第二组过电孔与所述电铸模板需电铸较厚电铸层的部位相对应。

3.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述第一组过电孔分布于所述遮蔽板的边缘，所述第二组过电孔分布于所述遮蔽板的中心。

4.根据权利要求3所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，还包括第三组过电孔，所述第三组过电孔的孔径介于所述第一组过电孔和所述第二组过电孔之间；

所述第三组过电孔位于所述第一组过电孔和所述第二组过电孔之间。

5.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述遮蔽板固定设置在所述电铸容器内。

6.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述阳极包括若干个钛篮，所述金属材料盛放在所述钛篮上；

所述各钛篮在所述遮蔽板的所在平面上的投影位于所述遮蔽板的投影的内部。

7.根据权利要求6所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述各钛篮在所述遮蔽板的所在平面上的投影的侧边与所述遮蔽板的投影的侧边的距离为5cm至8cm。

8.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述遮蔽板的厚度为1cm至3cm，所述遮蔽板的材质为聚丙烯，所述遮蔽板与所述钛篮的距离为1.5cm至2cm。

9.根据权利要求1所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述阴极还包括用于安装所述电铸模板的电铸挂具；

所述电铸挂具上设置有导电夹，所述电铸模板通过所述导电夹连接在所述电铸挂具上。

10.根据权利要求9所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述电铸挂具包括彼此平行的两根水平导电杆和连接在所述水平导电杆上且彼此平行的两根竖直导电杆，所述竖直导电杆的上部设置有挂钩；

所述导电夹分布设置在所述竖直导电杆上。

11.根据权利要求9所述的电铸金属掩模设备，其特征在于，所述导电夹包括通过螺栓连接的两个夹片，所述两个夹片能够通过所述螺栓调整间距，以用于夹持所述电铸模板。

12.一种遮蔽板，用于电铸金属掩模设备，并设置在所述电铸金属掩模设备的阴极和阳极之间，其特征在于，

所述遮蔽板上设置有至少两组不同孔径的过电孔，所述两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔；所述第一组过电孔的孔径小于所述第二组过电孔的孔径，所述各组过电孔的位置随所述电铸金属掩模设备的电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布。

13.根据权利要求12所述的遮蔽板，其特征在于，所述第一组过电孔与所述电铸模板需电铸较薄电铸层的部位相对应，所述第二组过电孔与所述电铸模板需电铸较厚电铸层的部位相对应。

14.根据权利要求12所述的遮蔽板，其特征在于，所述第一组过电孔分布于所述遮蔽板的边缘，所述第二组过电孔分布于所述遮蔽板的中心。

15.根据权利要求14所述的遮蔽板，其特征在于，还包括第三组过电孔，所述第三组过电孔的孔径介于所述第一组过电孔和所述第二组过电孔之间；

所述第三组过电孔位于所述第一组过电孔和所述第二组过电孔之间。

16.根据权利要求12所述的遮蔽板，其特征在于，所述遮蔽板的厚度为1cm至3cm，所述遮蔽板的材质为聚丙烯。

17.一种遮蔽板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

在电铸好的电铸模板上选取特征点进行厚度测试，获得电铸模板上的电铸膜所需厚度的分布数据；

在原板上开设至少两组不同孔径的过电孔，所述两组过电孔分别为第一组过电孔和第二组过电孔，所述第一组过电孔的孔径小于所述第二组过电孔的孔径，所述各组过电孔的位置随所述电铸模板上的电铸膜所需的厚度分布，开孔后的原板即为所需的遮蔽板。