CN110592654A - 电解反应控制结构及其应用的电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电解蚀刻装置领域，具体涉及一种电解反应控制结构及其应用的电解装置。一种电解反应控制结构，包括液位计，设于电解液中，用于测量电解液液面高度并在所述液面高度低于预设高度时发出补液信号；控制结构，用于接收所述液位计发出的补液信号并控制泵浦补给电解液；遮蔽结构，包括遮蔽单元，设于阴极件的端部和待蚀刻件端部之间,以减缓所述阴极件端部与所述待蚀刻件端部之间的电解液流动速度，所述待蚀刻件与阳极导线连接。液位计令电解液始终在要求范围内，降低因电解液液面太低而停止待蚀刻件顶部的反应的风险；在电解液始终充裕的前提下，再通过减弱待蚀刻件顶部和底部的电力线边缘效应，令整个待蚀刻件上的蚀刻效果趋于均匀。

Description

电解反应控制结构及其应用的电解装置

技术领域

本发明涉及电解蚀刻技术领域，具体涉及一种电解反应控制结构及其应用的电解装置。

背景技术

电解蚀刻是指电解PCB板，具体做法是：将待蚀刻板件作为阳极，将不锈钢板或纯铜板作为阴极，将阳极连接电源的正极，阴极连接电源的负极，阳极和阴极都浸在电解质溶液中。当电流通过电极和电解质溶液时，在电极的表面及电解质溶液中发生电化学反应，利用这种反应将要溶解去除的部分铜层去除，达到蚀刻的目的。电解蚀刻装置的电源接通后，在阳极上发生氧化反应、在阴极上发生还原反应。阳极反应的结果是待蚀刻部位的金属被氧化变成金属离子进入电解质溶液。

在电解蚀刻过程中，电解液液面会随着蚀刻反应的时间增长有所损耗，待蚀刻件在电解液中移动，也容易带动电解液液面波动。通常对于电解液液面的要求是：没过夹持有待蚀刻件的导电夹底部向上2-3mm的高度。若液面低于预期高度，在电解液流动过程中，待蚀刻件顶部就有可能露出电解液液面，影响整体的电解均匀程度。

为了解决上述技术问题，中国专利文献CN20517100U公开了一种电镀槽液位控制系统，其控制液位通过液位传感器、微处理器和控制器实现，液位传感器发出的指令传输给控制器，控制器控制循环泵抽取电镀液来达到调整液面高度的目的。

由于电解蚀刻过程中，待蚀刻件的顶部和底部容易发生电力线的边缘效应，若电解液的液位始终满足没过夹持有待蚀刻件的导电夹底部向上2-3mm的高度的要求时，待蚀刻件的顶部和底部同时发生电力线的边缘效应，电解速度快于待蚀刻件的中间位置；当电解液的液位低于预期要求、甚至低于待蚀刻件的顶部时，待蚀刻件顶部停止电解反应，但此时待蚀刻件的底部仍在发生电解反应，底部的蚀刻速度大于中间位置的蚀刻速度，中间位置的蚀刻速度大于顶部的蚀刻速度，使得蚀刻效果不均匀，因此仅通过液位传感器调整液位并不能保证最终的蚀刻效果。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的待蚀刻件蚀刻效果易受液位和边缘效应影响而不均匀的现象，从而提供一种电解反应控制结构。

一种电解反应控制结构，包括：

液位计，设于电解液中，用于测量电解液液面高度并在所述液面高度低于预设高度时发出补液信号；

控制结构，用于接收所述液位计发出的补液信号并控制泵浦补给电解液；

遮蔽结构，包括：

遮蔽单元，设于阴极件的端部和待蚀刻件端部之间以减缓所述阴极件端部与所述待蚀刻件端部之间的电解液流动速度，所述待蚀刻件与阳极导线连接。

进一步的，所述遮蔽单元包括：

第一遮蔽板，位于所述阴极件顶端和所述待蚀刻件顶端之间，

第二遮蔽板，位于所述阴极件底端和所述待蚀刻件底端之间。

进一步的，所述第一遮蔽板为固定设置，所述第二遮蔽板可沿竖直方向移动。

进一步的，所述第一遮蔽板和所述第二遮蔽板之间设有连接杆，所述连接杆、第一遮蔽板和第二遮蔽板之间形成允许电解液流过的开口，所述开口处设有允许阳离子单向流动的阳离子膜或滤布。

进一步的，所述第二遮蔽板底部设有用于调节所述第二遮蔽板竖直高度的限位垫块，所述限位垫块上设有用于容纳所述第二遮蔽板的若干限位槽，所述限位槽深度不同。

进一步的，所述第一遮蔽板顶部高于所述待蚀刻件与阳极导线相连处设置。

进一步的，还包括浮动遮蔽单元，所述浮动遮蔽单元与一升降单元连接，以在所述升降单元的驱动下在所述阴极件和所述待蚀刻件之间升降运动调节阻挡位置。

进一步的，所述液位计置于装有电解液的槽体的边缘位置。

进一步的，所述待蚀刻件为PCB板，所述阴极件为不锈钢板或纯铜板。

还提供了一种电解装置，包括上述任意一项所述的电解反应控制结构。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电解反应控制结构，由于电解液的液位要求多为超过待蚀刻件的顶部，因此一旦出现液位降低的情况，需要及时补充电解液，否则待蚀刻件顶部的反应速度受到影响，其顶部的蚀刻效果就难以与其他部位的蚀刻效果相近。而设置液位计就能及时得知液位变化，及时补充电解液、保障蚀刻效果。而遮蔽单元遮蔽在待蚀刻件和阴极件之间，阻碍了电解液的流动，也就阻碍了电解液中离子的游离速度和范围，也就是说减缓了遮蔽单元所对应待蚀刻件的部位上的蚀刻速度。由于待蚀刻件的顶部和底部容易发生电力线的边缘效应，也就是电力线在此两处更密集，反应速度更快，因此遮蔽位置也主要位于此两处，来使整个待蚀刻件上的蚀刻速度趋于与待蚀刻件的中间部位相近，令同样的反应时间内，同一块待蚀刻板件上的蚀刻效果均匀。因此液位计和遮蔽单元共同作用，液位计令电解液始终在要求范围内，降低因电解液液面太低而停止待蚀刻件顶部的反应的风险；在电解液始终充裕的前提下，再通过减弱待蚀刻件顶部和底部的电力线边缘效应，令整个待蚀刻件上的蚀刻效果趋于均匀。

2.本发明提供的电解反应控制结构，遮蔽单元的第一遮蔽板和第二遮蔽板既能够是相互独立的，也能够是联动的。由于竖直位置更高的遮蔽板始终是遮蔽待蚀刻件顶部的，而待蚀刻件顶部与阳极相连，第一遮蔽板是专用于改善待蚀刻板顶部的蚀刻均匀性的，第二遮蔽板是专用于改善待蚀刻板底部的蚀刻均匀性的。根据阳极待蚀刻板不同的高度，分别设定第一、第二遮蔽板不同的高度，以达到待蚀刻板整体电解均匀的目的。若待电解蚀刻件越高，其底部与电解槽底部之间的距离就越小，也就是竖直高度较低的遮蔽板应当下沉至能够遮住待蚀刻板的底部，从而保证蚀刻效果。

3.本发明提供的电解反应控制结构，用于连接第一遮蔽板和第二遮蔽板的连接杆，与第一遮蔽板、第二遮蔽板形成了一个框架，在移动过程中第一遮蔽板和第二遮蔽板是独立的，因此能够有效起到限制待蚀刻件上下两端反应速度的作用。

遮蔽单元所形成的框架部分，中间可以设置成阳离子膜或特殊滤布。阳离子膜和滤布均能对细小的铜颗粒进行阻隔，同时阳离子膜还仅能允许阳离子单向流动，从待蚀刻件上的分解出的阳离子流过离子膜后，就难以再回到待蚀刻件处，集中分布在阴极件处，便于吸附在阴极件上。

4.本发明提供的电解反应控制结构，液位计置于装有电解液的槽体的边缘位置，因为装有电解液的槽体的角落位置的电解液流动容易受到槽壁的限制，流速相对于槽体中间位置来说会更慢一些，液面也就更稳定。液位计在此处所测得的液位高度结果比设置在槽体的中间位置所测得的结果更精确。

5.本发明提供的电解装置，通过采用上述的电解反应控制结构，能够有效控制一个待蚀刻件上各处的蚀刻速度，使之趋于一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明的电解反应控制结构的示意图；

图2为遮蔽单元和浮动遮蔽单元之间的相对位置示意图；

图3为遮蔽单元主视图；

图4为升降单元结构示意图。

附图标记说明：

1-液位计；2-遮蔽结构；21-遮蔽单元；211-第一遮蔽板；212-第二遮蔽板；213-连接杆；214-开口；215-阳离子膜；22-限位垫块；23-浮动遮蔽单元；3-钢丝；4-升降外管；5-升降内管；6-浮板；7-机架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

一种电解装置，包括电解槽，电解槽内盛有电解液。电解槽多为立方体设置，本实施例中，电解槽设置为长方体，其中中间位置设有与阳极连接的待蚀刻件，待蚀刻件两侧设有阴极件。阳极与待蚀刻件之间采用导电夹夹持相连，电解液液面要求高于导电夹面限位块2～3mm，本实施例中采用2.5mm。

本实施例中的待蚀刻件为PCB板，要求将PCB板上的裸露的铜面蚀刻掉。阴极件采用板件结构，材质可以是不锈钢板或纯铜板。电解反应发生时，PCB板的裸铜面上分解铜离子，铜离子附着在阴极板上，形成金属铜，长时间积累达到铜壳，铜壳通过工人用刀手工剥离的方式取下。

在电解槽内设有用于控制待蚀刻件的蚀刻均匀程度的电解反应控制结构。电解反应控制结构包括用于实时监测液面高低的液位计1，为了便于测得较为精确的结果，液位计1设于电解槽的边缘位置，例如电解槽的顶角处。电解槽内的液位一旦发生变化，液位计1感应后发出补液信号，信号传输至控制结构，控制结构接受到该补液信号后控制泵浦补给电解液；本实施例中的控制结构采用PLC。液位计1型号采用基恩士模拟量液位计1。

遮蔽结构2包括遮蔽单元21和浮动遮蔽单元23。遮蔽单元21与电解槽之间的相对位置通常保持不变，位于阴极件和待蚀刻件之间。遮蔽单元21包括竖直高度较高的第一遮蔽板211和竖直高度较低的第二遮蔽板212，第一遮蔽板211和第二遮蔽板212落在同一竖直面内，且二者之间通过连接杆213相连。第一遮蔽板211和第二遮蔽板212的宽度相同，连接杆213竖直设置，因此第一遮蔽板211、第二遮蔽板212和连接杆213组成框架状结构，中间形成了允许电解液流动的开口214。为了使分解出来的阳离子尽可能地集中在阴极件处，在开口214位置设有一层滤布或阳离子膜215，本实施例中采用阳离子膜215。

作为优化的实施方式，在第二遮蔽板212处还设有限位垫块22，限位垫块22主要是用来限位阴极板，也可以在限位垫块上同时限位第二遮蔽板212。限位垫块22与电解槽底部之间的相对位置保持不变，在限位垫块22顶部有至少两个深度不同的限位槽，第二遮蔽板212就卡嵌在其中一个限位槽内，被限位槽限位。限位槽的选择与待蚀刻件顶部高度有关，由于第一遮蔽板211是为了遮蔽阴极件顶端和待蚀刻件顶端的，因此待蚀刻件顶端越高，第二遮蔽板212所在的限位槽越浅；待蚀刻件顶端越低，第二遮蔽板212所在的限位槽越深。为了使第一遮蔽板211始终能够遮住限位件顶部、阻碍限位件顶部的边缘效应，第一遮蔽板211的顶部始终要求高于待蚀刻件和阳极导电相连的位置。

作为另一种替代实施方式，第一遮蔽板211和第二遮蔽板212之间相互独立，第一遮蔽板211与电解槽之间固连，固连方式采用焊接或卡扣连接；仅第二遮蔽板212能够实现竖直方向的移动。第二遮蔽板212的移动方式可以采用卷扬机起吊释放，或置于限位垫块22上不同深度的限位槽内。

浮动遮蔽单元23用于遮蔽待蚀刻件底部边缘位置，缓解待蚀刻件底部边缘位置的电力线边缘效应。

浮动遮蔽单元23能够在竖直方向上上下运动，浮动遮蔽单元23设置为两个镂空结构的立方矩形，两立方矩形之间预留间隙，由于待蚀刻件为板件，能够在两立方矩形之间的缝隙中移动。镂空结构面向待蚀刻件的一面为实心板，以达到阻碍电解液流动的目的。

带动浮动遮蔽单元23的结构为升降单元，升降单元包括用于提供动力的旋转驱动装置，例如电机、卷扬机；旋转驱动装置的转轴或转轮上连接有绳索或钢丝3，本实施例中采用钢丝3；在旋转驱动装置和浮动遮蔽单元23之间连接有至少一处伸缩管结构，本实施例中采用三组伸缩管结构，线性阵列在浮动遮蔽单元23的顶面上。每个伸缩管结构都包括升降外管4、套设在升降外管4内的升降内管5或内杆，升降内管5或内杆与升降外管4之间能够发生相对伸缩运动。为了节省成本和减小对旋转驱动装置的载荷，本实施例中的升降内管5或内杆采用管体。升降外管4或升降内管5或内杆与浮动遮蔽单元23的顶部固定连接，浮动遮蔽单元23设置为板状，即为浮板6；本实施例中，采用浮动遮蔽单元23与升降外管4固定连接的结构，钢丝3背离旋转驱动装置一端与升降外管4顶部相连。升降外管4靠近地面一端与浮板6采用螺丝固定相连，升降内管5或内杆的两端分别与电解槽的底部、机架7高于电解槽的位置焊接相连，且升降内管5或内杆竖直设置。

当需要拉动浮动遮蔽单元23向上运动时，旋转驱动装置转动，带动钢丝3收卷，钢丝3拉动浮动遮蔽单元23，带动浮动遮蔽单元23向上运动至预期高度。浮动遮蔽单元23上移得越高，越适用于尺寸小的待蚀刻件；需要将浮动遮蔽单元23下放时，旋转驱动装置反转，放出钢丝3，浮动遮蔽单元23下沉，适用于尺寸较大的待蚀刻件。由于待蚀刻件的顶部始终被限位在同一高度，因此浮动遮蔽单元23仅需配合不同尺寸的待蚀刻件、在待蚀刻件底部进行遮挡。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电解反应控制结构，其特征在于，包括：

液位计(1)，设于电解液中，用于测量电解液液面高度并在所述液面高度低于预设高度时发出补液信号，

控制结构，用于接收所述液位计(1)发出的补液信号并控制泵浦补给电解液；

遮蔽结构(2)，包括：

遮蔽单元(21)，设于阴极件的端部和待蚀刻件端部之间以减缓所述阴极件端部与所述待蚀刻件端部之间的电解液流动速度，所述待蚀刻件与阳极导线连接。

2.根据权利要求1所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述遮蔽单元(21)包括：

第一遮蔽板(211)，位于所述阴极件顶端和所述待蚀刻件顶端之间，

第二遮蔽板(212)，位于所述阴极件底端和所述待蚀刻件底端之间。

3.根据权利要求2所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述第一遮蔽板(211)为固定设置，所述第二遮蔽板(212)可沿竖直方向移动。

4.根据权利要求2或3所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述第一遮蔽板(211)和所述第二遮蔽板(212)之间设有连接杆(213)，所述连接杆(213)、第一遮蔽板(211)和第二遮蔽板(212)之间形成允许电解液流过的开口(214)，所述开口(214)处设有允许阳离子单向流动的阳离子膜(215)或滤布。

5.根据权利要求2或3所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述第一遮蔽板(211)顶部高于所述待蚀刻件与阳极导线相连处设置。

6.根据权利要求1-3任一项所述的电解反应控制结构，其特征在于，还包括浮动遮蔽单元(23)，所述浮动遮蔽单元(23)与一升降单元连接，以在所述升降单元的驱动下在所述阴极件和所述待蚀刻件之间升降运动调节阻挡位置。

7.根据权利要求1-3任一项所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述液位计(1)置于装有电解液的槽体的边缘位置。

8.根据权利要求1-3任一项所述的电解反应控制结构，其特征在于，所述待蚀刻件为PCB板，所述阴极件为不锈钢板或纯铜板。

9.一种电解装置，其特征在于：包括上述权利要求1-8任一项所述的电解反应控制结构。