CN110318090B - 一种印刷电路板电镀装置及电镀方法 - Google Patents

Abstract

一种防电解液冲击且电解液浓度更加均匀的印刷电路板电镀装置，包括电解槽1，阳极2，阴极3，其特征还在于包括一电解液循环回路，该回路包括泵(4,5,6)，电解液浓度调节装置7，以及排出液总管道8，调节后液管道9，电解槽1的电解液经泵4、5、6排出后，通过管道输送到电解液浓度调节装置7，管道9将电解液浓度调节装置7调节好的电解液通过泵11通入电解槽，管道9的出液口略高于电解槽1的电解液面；还包括一搅拌装置12，还包括一防电解液冲击的电解液引流板10，所述引流板10设置于阴极3与电解槽1之间，搅拌装置安装于阴极3于引流板10形成的空间13中，该引流板10上均布设置有锥形通孔14，朝向阴极3一面的为大口径端。

Description

一种印刷电路板电镀装置及电镀方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板(PCB)制造领域，特别是关于其电镀工艺制程方面，尤其特别是涉及一种防电解液冲击且电解液更加均匀的印刷电路板电镀装置和电镀工艺方法。

背景技术

众所周知，通信业快速发展，导致了印刷电路板的膨胀需求，且随着5G技术的推广，这一应用趋势更加明显。作为印刷电路板的重要工艺之一的电镀覆层互联技术等，一方面也得到了急剧的增长需求，但另一方面对于工艺的改进似乎还停留在传统的电镀电沉积工艺领域，而未对尽可能的满足高性能的需求而对工艺进行更加精益求精的改进。例如对于有关电解液浓度均匀性问题和电解液对于待镀板材或电路部件的局部微观冲击问题未得到足够应有的认识。仍专注于通常的浓度均匀调整，如下述文献1-8所述：

文献1：中国实用新型专利CN201821681217.3公开了一种具有气动搅拌装置的电镀生产线,气动搅拌装置包括旋转座、连接管、圆环状的搅拌管和喷射管，电镀槽槽底设置有外接气泵的通气管，通气管上设置有通向旋转座的竖管，竖管与旋转座活动连接，旋转座通过四个连接管连通搅拌管，搅拌管上向上开制有多个气孔，搅拌管外圆周设置四个喷射管，喷射管沿搅拌管的切线方向设置，喷射管末端设置有喷射口。

该装置虽然通过气动搅拌装置对电镀槽内的电镀液进行气动搅拌，一定程度上能够实现电解液的均匀性，但是气动工程是一个冲击的过程，对待电镀件有可能造成微观冲击，影响镀层性能。

文献2：中国实用新型专利CN201520205216.1一种镀锌铜电镀溶液锌离子控制装置，包括工作台，包括电镀缸、浓度检测器、分离缸、水泵、水管、电镀阳极、电镀阴极，与现有技术相比，该镀锌铜电镀溶液锌离子控制装置，通过浓度检测器能准确的测试处电镀缸中的电镀溶液的锌离子含量，再通过第一变频水泵可将电镀缸中溶液抽入分离缸中，通过分离器将过多的水分离出来，在通过第二变频水泵将分离后的溶液输送回电镀缸中，保证了电镀缸中溶液的锌离子含量达到电镀标准值，从而保证了镀锌铜线的镀锌层厚度，提高了镀锌铜质量，该装结构简单，功能强大，能自动提高电镀溶液的中锌离子的含量，保证了镀锌铜的质量要求。

文献3：中国实用新型专利CN201520448544.4公开了一种新型的电解液上下对流搅拌装置。所述的电解液搅拌罐的上端中间设置有驱动电机，驱动电机的下端连接有旋转主轴，旋转主轴的外固定有对流引导装置，对流引导装置的上端外侧设置有出液口，对流引导装置的下端外侧设置有搅拌旋叶，对流引导装置的底部连接有连接管，连接管连接在喇叭口上，且喇叭口贴合在电解液搅拌罐的内壁底部。采用旋转引导装置装置，将电解液底部沉淀疏导电解的上端，形成上下层电解质的对流，保证电解液中电解质的均匀分布。

文献4：中国发明专利申请CN201811369409.5公开一种用于表面处理槽液的压缩空气微孔搅拌装置，包括进气管、均气管、微孔搅拌管以及压缩空气源；压缩空气源依次通过进气管以及均气管与微孔搅拌管相贯通；微孔搅拌管是含有微米级孔隙的PE高分子聚乙烯微孔管。

文献5：中国实用新型专利CN201821197695.7公开了一种电镀系统的气体搅拌装置，该电镀系统具有一槽体以供装设电镀液，该气体搅拌装置至少包含：一扩散板以及一气体导管，该扩散板设置于该槽体接近底部，与该槽体底部形成一空间，该扩散板具有复数穿孔，且该扩散板并设有至少一突出部，该突出部朝向该槽体顶部；该气体导管由该槽体的一个壁面穿入，以将一气体注入该槽体，该气体导管位于该扩散板下方的部分更设置复数个朝下的气体流出孔。

尽管可透过气体导管的复数气体流出孔所排出的气泡，产生加速电镀液活动性的搅拌作用，并透过特殊扩散板的形状设计可改良电镀时流场不均匀的缺失，但实际上要么搅拌作用较弱，导致电镀电解液仍不够均匀，要么强度过大造成对待电镀部件底部的局部冲击，实际上也无法实现在电解液重力方向上的均匀。

文献6：中国实用新型专利公开了一种PCB板镀金槽液空气搅拌管，其包括气管主体，气管主体为空心圆柱形结构，其上端中间位置连接进气连接口，其下端设有多个气孔，气管主体的左右两端各连接一排气泡分割杆，气管主体的上端连接多根搅拌杆，气管主体的前后两端各连接一根移动连接杆。本实用新型的有益效果有：结合了空气搅拌和机械搅拌，在气管主体上部设有一排搅拌杆。

尽管在电镀过程中整个空气搅拌管会来回移动，搅拌杆就能起到机械搅拌的作用；气泡分割杆，能够分割从气孔出来的气泡，将气泡分割成更小的气泡，但是仍然不可避免的存在类似的气动搅拌微观冲击的缺陷。

本发明人在通用电镀领域时，未曾发现气动搅拌或其它强制搅拌对于镀层有关太大的影响，然而随着电路板制程所需的纳米化更加微细的趋势下，发现气动搅拌和其它强制搅拌，如文献1-6所述，竟然意外的对于线路板电沉积层造成了影响，使得连接线不均匀，有可能导致导电不良或局部电流过流时容易烧焦。

本发明人经过分析发现往往气动搅拌近，尤其是距出气口或喷气口近的地方，容易造成所述缺陷，为克服上述缺陷，本发明提出如下技术方案以解决所述问题。

发明内容

本发明为解决前述背景技术部分的缺陷提出一种防电解液冲击且电解液浓度更加均匀的印刷电路板电镀装置，

包括电解槽1，阳极2，阴极3，其特征还在于包括一电解液循环回路，该回路包括泵(4,5,6)，电解液浓度调节装置7，以及排出液总管道8，调节后液管道9，电解槽1的电解液经泵4、5、6排出后，通过管道输送到电解液浓度调节装置7，管道9将电解液浓度调节装置7调节好的电解液通过泵11通入电解槽，管道9的出液口略高于电解槽1的电解液面；

还包括一搅拌装置12，

还包括一防电解液冲击的电解液引流板10，

所述引流板10设置于阴极3与电解槽1之间，搅拌装置安装于阴极3于引流板10形成的空间13中，该引流板10上均布设置有锥形通孔14，朝向阴极3一面的为大口径端。

优选的是，所述搅拌装置为带有螺旋叶片的搅拌装置，或优选的是，所述的搅拌装置为与引流板10平行设置的中空气动搅拌装置。

所述锥形孔14锥度为1:3-1:10，优选1:4；

所述的锥形孔14小孔端直径为0.5-2mm，优选1mm；

所述的引流板10板厚为2-5mm，优选3mm；

所述引流板10与阴极3之间的距离为5-15cm，优选为10cm。

所述泵4、5、6的泵流速度依次降低；

本发明的另一个方面在于采用前述电镀装置的电镀方法，将阴极至于电解槽1中后，立即启动泵4、5、6、11以及搅拌装置12，然后开启电镀电源进行电镀，泵4、5、6将电解槽中的电解液泵出并经管道8通入电解液浓度调节装置7中，若电解液浓度符合生产标准要求则不进行补加调整，如不符合标准则需要进行补加调整，泵11将符合标准的电解液从装置7中泵入电解槽空间13中，搅拌装置12将该区域的电解液搅拌均匀并通过引流板10的锥形孔14输送到阴极附近，泵4、5、6的泵流速度依次降低。

所述泵4的泵出速度为450-500L/min，泵5泵出的速度为350-400L/min，泵6泵出速度为250-300L/min。

附图说明

图1本发明的电镀装置结构示意图

图2本发明的引流板的示意图。

本发明进一步的详细说明以及与现有技术相比具有显著优点概述如下：

1、所述引流板的引入是本发明区别于现有技术的创新之处，现有技术没有意识到搅拌对于阴极电沉积可能带来的微观冲击影响，因为现有技术的一遍传统电镀，从宏观上如视觉上并未见不可接受的缺陷，同时在产品一般性能上能够满足通常要求，然而在高密度电路板布线的情况下，发明人发现搅拌冲击可能造成了对于阴极沉积的微观缺陷，从而导致了电路板布线沉积的不均匀性，在载荷较大时，容易造成过流，易容易导致信号传输失真。

2、就引流板设计而言，通过大量实验发现如果引流板过薄，则可能为使电镀液均匀的强力搅拌时发生中间向阴极一侧变形，从而导致锥形孔变形，也改变了引流板与阴极之间的距离，从而使得镀层性能不可控，经发明人锐意研究发现，引流板板厚为2-5mm，低于2mm，如前所述，容易变形，高于5mm，将变得不经济性；而引流板与阴极之间的距离也至关重要，尽管锥形孔可以降低电解液的流速和局部冲击，但是如果引流板与阴极之间的距离低于5cm，则有可能造成冲击，且若流速太慢则不利于电解液的循环，若高于15cm，则容易造成电解液电极区域的浓度梯度过大，不利于沉积层的均匀一致性沉积，因此较为适宜的是5-15cm；优选的是8-12cm，更加优选的是10cm。就引流板的锥形孔设计，也要与板厚和板与阴极之间的距离协调配合，尽可能的是锥度设计在1:3:1:10，锥度太小不利于降速减少电解液对于阴极的冲击，尤其当锥度地域1:10时，锥度太大，在小口端通常孔径变化不大时，单位面积引流板上所布孔相对较少，不利于电解液的循环流动，因此较佳的是锥度设计为1：3-1:10，可优选的是1:4、1：5。另外从电解液流动的观点和板的结构强度观点考虑，引流板上均布的相邻锥形孔14之间的中心距离为3-6mm，低于3mm，由于布孔太多，导致了板的强度下降，在高速搅拌以及液体循环时产生的液体压力下，容易变形；高于6mm，则孔数减少，降低了对电解液循环流动速度的限制，所以较佳的为3-6mm为宜。

3、就搅拌装置设计而言，整体上优选的是螺旋叶片搅拌，螺旋叶片搅拌，通过螺旋叶片的设置方式，使得电镀液随着螺旋叶片的旋转而上升，同时使电镀液在重力作用下的下降下导致的不均匀有效的得到了改善；还可优选的是设置与引流板平行的可旋转的中空气动搅拌装置，该装置上距离电解液槽底部设计的喷气孔孔径小于距离电解槽液面附近的喷气孔，这样设计的好处是有利于电解槽空间13底部的电解液得到更加强力搅拌，且喷气孔为朝向斜上方的螺旋布置在整个中空搅拌装置上，即实现了气动搅拌又实现了螺旋上升搅拌。

4、本发明为防止电解液的沉降，在出液端采用了多级泵出方式，一个具体的可行的也够经济的实施例是涉及了三个泵4、5、6，且通过以远离液面的方式逐级降低泵吸速度，有效的防止了电解液重力下降而导致的层流紊乱而电解液浓度不均的问题。

具体实施方式

实施例1：

一种防电解液冲击且电解液浓度更加均匀的印刷电路板电镀装置，包括电解槽1，阳极2，阴极3，其特征还在于包括一电解液循环回路，该回路包括泵(4,5,6)，电解液浓度调节装置7，以及排出液总管道8，调节后液管道9，电解槽1的电解液经泵4、5、6排出后，通过管道输送到电解液浓度调节装置7，管道9将电解液浓度调节装置7调节好的电解液通过泵11通入电解槽，管道9的出液口略高于电解槽1的电解液面；

还包括一搅拌装置12，所述搅拌装置为带有螺旋叶片的搅拌装置；

还包括一3mm厚防电解液冲击的电解液引流板10，

引流板10设置于阴极3与电解槽1之间，引流板10与阴极3之间的距离为10cm，搅拌装置安装于阴极3于引流板10形成的空间13中，该引流板10上均布设置有锥度1:4锥形通孔14，朝向阴极3一面的为大口径端，小口径端直径为0.5mm。

实施例2：

除锥形孔锥度为1:3，小口径端直径为2mm，板厚2mm，引流板10与阴极3之间的距离为5cm，其余与实施例1相同。

实施例3

除锥形孔锥度为1:10，小口径端直径为1mm，板厚5mm，引流板10与阴极3之间的距离为15cm外，其余与实施例1相同。

实施例4：

采用前述实施例1所述电镀装置的电镀方法，其特征在于将阴极至于电解槽1中后，立即启动泵4、5、6、11以及搅拌装置12，然后开启电镀电源进行电镀，泵4、5、6将电解槽中的电解液泵出并经管道8通入电解液浓度调节装置7中，若电解液浓度符合生产标准要求则不进行补加调整，如不符合标准则需要进行补加调整，泵11将符合标准的电解液从装置7中泵入电解槽空间13中，搅拌装置12将该区域的电解液搅拌均匀并通过引流板10的锥形孔14输送到阴极附近，泵4、5、6的泵流速度依次降低，泵4的泵出速度为500L/min，泵5泵出的速度为400L/min，泵6泵出速度为300L/min。

对比例1：

采用不含引流板以及电解槽底部布置喷气管的气动搅拌装置的电解槽进行电解实验。其它电镀工艺参数与实施例1相同。其比较结果如下表1：

表1对比试验结果

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种防电解液冲击且电解液浓度更加均匀的印刷电路板电镀装置，包括电解槽(1)，阳极(2)，阴极(3)，其特征还在于包括一电解液循环回路，该回路包括第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6），电解液浓度调节装置(7)，以及排出液总管道(8)，调节后液管道(9)，电解槽(1)的电解液经第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6）排出后，通过管道输送到电解液浓度调节装置（7），管道（9）将电解液浓度调节装置（7）调节好的电解液通过第四泵（11）通入电解槽，管道（9）的出液口略高于电解槽（1）的电解液面；

还包括一搅拌装置（12），

还包括一防电解液冲击的电解液引流板（10），所述引流板（10）板厚为2-5mm，

所述引流板（10）设置于阴极（3）与电解槽（1）之间，所述引流板（10）与阴极（3）之间的距离为5-15cm，搅拌装置安装于阴极（3）与引流板（10）形成的空间（13）中，该引流板（10）上均布设置有锥形通孔（14），朝向阴极（3）一面的为大口径端，所述锥形通孔（14）锥度为1:3-1:10, 所述锥形通孔（14）小孔端直径为0.5-2mm；

所述第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6）的泵流速度依次降低。

2.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于所述锥形通孔（14）锥度为1:4。

3.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于所述的锥形通孔（14）小孔端直径为1mm。

4.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于所述的引流板（10）板厚为3mm。

5.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于所述引流板（10）与阴极（3）之间的距离为10cm。

6.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于：所述搅拌装置为带有螺旋叶片的搅拌装置。

7.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于，所述的搅拌装置为与引流板（10）平行设置的中空气动搅拌装置。

8.采用权利要求1所述的一种防电解液冲击且电解液浓度更加均匀的印刷电路板电镀装置的电镀方法，其特征在于将阴极至于电解槽（1）中后，立即启动第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6）、第四泵（11）以及搅拌装置（12），然后开启电镀电源进行电镀，第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6）将电解槽中的电解液泵出并经管道（8）通入电解液浓度调节装置（7）中，若电解液浓度符合生产标准要求则不进行补加调整，如不符合标准则需要进行补加调整，第四泵（11）将符合标准的电解液从装置（7）中泵入电解槽空间（13）中，搅拌装置（12）将该区域的电解液搅拌均匀并通过引流板（10）的锥形通孔（14）输送到阴极附近，第一泵（4）、第二泵（5）、第三泵（6）的泵流速度依次降低。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于第一泵（4）的泵出速度为450-500L/min，第二泵（5）泵出的速度为350-400L/min，第三泵（6）泵出速度为250-300L/min。

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