CN117265609A - 一种提升pcb板填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升PCB板填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备及方法，该设备包括阳极、阴极、中性离子膜、多根喷管、多个喷嘴、电镀槽、运动机构和控制系统。通过控制系统控制多根喷管在电解液内做直线往复运动，多根喷管上的多个喷嘴同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象，即通过改善喷嘴喷流结构的方式来降低产品表面药水交换速率的差异，从而显著改善镀铜厚度的均匀性，旨在解决填孔电镀在龙门线上作业时均匀性无法满足生产需求的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及一种电镀设备及方法，尤其涉及一种提升PCB板填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备及方法。
背景技术
印制电路板(Printed Circuit Board, PCB)是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体，它几乎应用于所有电子产品中，如智能手机，电脑，机器人和高端的医疗设备等。随着电子产品向智能化、微型化、便携化、多功能化发展，促使作为其载体的印制电路板朝着高密度互连方向发展，高密度互连(High DensityInterconnect Board, HDI)印制电路板应用而生。HDI板是在印制电路板中引入微小导通孔和精细线路技术，经逐层叠加线路层和绝缘层，制作出常规多层电路板无法实现的多层、薄型，稳定和高密度化的印制电路板。微小导通孔和精细线路技术相结合是实现印制电路板高密度化的前提。其中，微小导通孔(通孔,盲孔,埋孔)通过孔金属化技术实现HDI板层与层之间电气互连。所谓孔金属化是指利用化学镀、电镀的方法，在PCB板的绝缘层孔壁上镀一层导电金属。因此,孔金属化技术的优劣直接影响PCB板导电性，散热性等电路板品质。
目前在产的PCB龙门填孔电镀线，在生产过程中板面的均匀性比较差是一直是研究的热点，其潜在原因为产品表面的药水交换速率差异导致水池效应，从而导致PCB板中心区域产生化学反应比边缘区域少，因此出现中心区域与边缘区域电镀程度不一致的情况，从而导致PCB板整体上出现均匀性的差异，严重影响PCB板的使用性能。
在传统的技术中，为了提升镀面的药水交换以降低镀面的药水环境差异，通过提升喷管摇摆的速度和喷流的量来实现药水的交换速率的提升。然而该种方案需要较高的流速，而较高的流速不仅会影响电镀的效率且不可避免地会对PCB板进行冲击，影响电镀精度。同时，现有技术中通常会采用圆形的喷管进行电镀（如图1），圆形的喷管对槽内的扰流及药水交换的效率贡献很少，加上喷流的影响使镀面正面的药水环境存在差异，导致镀面表面的沉积速率存在差异，最终导致镀面厚度大小不一。因此寻求一种更为有效的减小水池效应的电镀设备，对提高PCB板填孔电镀镀铜均匀性尤为重要。
发明内容
一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，包括阳极1、阴极2、中性离子膜3、多根喷管4、多个喷嘴5、电镀槽6、运动机构和控制系统，阳极1为可溶解铜，阴极2为待电镀PCB板，中性离子膜3为过滤膜，控制机构控制多根喷管4同步在电镀槽6内作直线往复运动，控制系统与阳极1、阴极2、中性离子膜3、多根喷管4、多个喷嘴5、运动机构相连接，其特征在于：多根喷管4对称地垂直设置于所述待电镀PCB板的两侧，所述喷嘴5等间距地开设于所述喷管上，所述喷管4具有一定高度，所述喷管4的水平横截面左右两边为斜线且互为平行，所述喷管4面对所述待电镀PCB板的前表面、以及前表面两侧的左表面、右表面整体呈现波纹状。
进一步地，所述喷管4的高度约为700mm，所述喷管的水平横截面长25±2mm，宽为20±5mm，左右两边互为平行的斜线倾斜角为45-60°，同一侧两根相邻设置的所述喷管间距为100mm。
进一步地，沿着喷管的高度方向在所述喷管的左表面、右表面纵向上设置多个直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和多个直径20mm的四分之一圆弧凹波纹，直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和直径20mm的四分之一圆弧凹波纹首尾相连组成所述喷管左表面、右表面的波纹状；沿着喷管的高度方向在喷管面对所述待电镀PCB板的前表面横向上设置两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹位于两侧，一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹位于中间，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹首尾相连组成所述喷管所述前表面的波纹状。
进一步地，所述喷嘴的末端与所述待电镀PCB板的直线距离为50-100mm，所述喷嘴的直径为10mm，长度为25mm，相邻两根喷管上的喷嘴有序错落排布。
进一步地，同一喷管上相邻设置的两个喷嘴之间的间距为40mm，最上端的喷嘴距离电解液液面的距离至少为15mm。
一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备的使用方法，其包括以下步骤：
S1: 根据控制系统的预设参数调节多根喷管4的直线往复距离为100mm，多根喷管4的直线往复运动速率为1.5m/min，喷嘴5的流速15000-30000L/H；
S2: 控制系统控制多根喷管4在电解液内从左向右同步做直线运动，多根喷管上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象；
S3: 控制系统控制多根喷管4在电解液内从右向右同步做直线运动，多根喷管4上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管4表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和顺时针涡流现象；
S4: 重复步骤S1、S2直至填孔电镀完成。
本发明旨在解决填孔电镀在龙门线上作业时均匀性无法满足生产需求的技术问题，通过控制系统控制多根喷管在电解液内做直线往复运动，多根喷管上的多个喷嘴同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象，即通过改善喷嘴喷流结构的方式来降低产品表面药水交换速率的差异，从而显著改善镀铜厚度的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1 现有技术中喷管喷头示意图;
图2 本发明电镀设备俯视图;
图3 本发明电镀设备正视图;
图4 喷管喷头横截面俯视放大图;
图5 电镀设备从左往右运动时，电解液流向示意图;
图6 电镀设备从右往左运动时，电解液流向示意图。
附图标记列表
1、阳极；2、阴极；3、中性离子膜；4、多根喷管；5、多个喷嘴；6、电镀槽。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明的具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。除非另有说明，否则本文所使用的术语具有本领域通常的含义。附图中相同的附图标记代表相同的部件。
实施例一
请参考图1至图6，本实施例公开一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，包括阳极1、阴极2、中性离子膜3、多根喷管4、多个喷嘴5、电镀槽6、运动机构（图中未示出）和控制系统（图中未示出），阳极1为可溶解铜，阴极2为待电镀PCB板，中性离子膜3为过滤膜，控制机构控制多根喷管4同步在电镀槽6内作直线往复运动，控制系统与阳极1、阴极2、中性离子膜3、多根喷管4、多个喷嘴5、运动机构相连接，其特征在于：多根喷管4对称地垂直设置于所述待电镀PCB板的两侧，所述喷嘴5等间距地开设于所述喷管上，所述喷管4具有一定高度，所述喷管4的水平横截面左右两边为斜线且互为平行，所述喷管4面对所述待电镀PCB板的前表面、以及前表面两侧的左表面、右表面整体呈现波纹状。
本实施中，所述喷管4的高度约为700mm，所述喷管的水平横截面长25±2mm，宽为20±5mm，左右两边互为平行的斜线倾斜角为45-60°，同一侧两根相邻设置的所述喷管间距为100mm。
本实施中，沿着喷管的高度方向在所述喷管的左表面、右表面纵向上设置多个直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和多个直径20mm的四分之一圆弧凹波纹，直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和直径20mm的四分之一圆弧凹波纹首尾相连组成所述喷管左表面、右表面的波纹状；沿着喷管的高度方向在喷管面对所述待电镀PCB板的前表面横向上设置两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹位于两侧，一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹位于中间，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹首尾相连组成所述喷管所述前表面的波纹状。
本实施例中，为了保证喷管的结构强度，左右表面的纵向波纹设置在喷管横截面宽度方向上，前表面的横向波纹设置在喷管横截面长度方向上，喷管横截面的长度方向和宽度方向上视波纹的实际加工情况设有留边。
本实施中，所述喷嘴的末端与所述待电镀PCB板的直线距离为50-100mm，所述喷嘴的直径为10mm，长度为25mm，相邻两根喷管上的喷嘴有序错落排布。喷嘴有序错落排布可以使得电解液扰流更为均匀、充分。
本实施中，同一喷管上相邻设置的两个喷嘴之间的间距为40mm，最上端的喷嘴距离电解液液面的距离至少为15mm，这保证喷嘴喷出的电解液不会高于电解液液面从而造成电解液飞溅。
本实施例中，喷管的圆弧尺寸设计、喷管的水平横截面形状设置、喷嘴的直径和长度、喷嘴的末端与所述待电镀PCB板的直线距离、以及喷嘴之间的间距等参数，是通过多组对比数据，经过试验测试后所确定的最优数据。
实施例二
一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备的使用方法，其包括以下步骤：
S1: 根据控制系统的预设参数调节多根喷管4的直线往复距离为100mm，多根喷管4的直线往复运动速率为1.5m/min，喷嘴5的流速15000-30000L/H；
S2: 控制系统控制多根喷管4在电解液内从左向右同步做直线运动，多根喷管上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象；
S3: 控制系统控制多根喷管4在电解液内从右向右同步做直线运动，多根喷管4上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管4表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和顺时针涡流现象；
S4: 重复步骤S1、S2直至填孔电镀完成。
本实施中所使用的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备参见实施例1的内容，本发明将喷管改造成平行四边形且表面进行了波纹设计，通过直线往复运动使喷管在左右运动过程中，电解液接触喷管后，以喷管设计的圆弧为导流，从而能使药水的流向发生漫射和涡流现象。控制系统控制多根喷管4在电解液内从左向右同步做直线运动，多根喷管上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象；控制系统控制多根喷管4在电解液内从右向右同步做直线运动，多根喷管4上的多个喷嘴5同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管4表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和顺时针涡流现象。通过多个波纹形的表面设计增加了扰流和药水交换的效率使镀面整面的药水环境趋于一致，从而使表面的沉积速率达到近乎一致，以便实现镀面厚度差异的最小化。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，包括阳极（1）、阴极（2）、中性离子膜（3）、多根喷管（4）、多个喷嘴（5）、电镀槽（6）、运动机构和控制系统，阳极（1）为可溶解铜，阴极（2）为待电镀PCB板，中性离子膜（3）为过滤膜，控制机构控制多根喷管（4）同步在电镀槽（6）内作直线往复运动，控制系统与阳极（1）、阴极（2）、中性离子膜（3）、多根喷管（4）、多个喷嘴（5）、运动机构相连接，其特征在于：多根喷管（4）对称地垂直设置于所述待电镀PCB板的两侧，所述喷嘴（5）等间距地开设于所述喷管上，所述喷管（4）具有一定高度，所述喷管（4）的水平横截面左右两边为斜线且互为平行，所述喷管（4）面对所述待电镀PCB板的前表面、以及前表面两侧的左表面、右表面整体呈现波纹状。
2.如权利要求1所述的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，所述喷管（4）的高度约为700mm，所述喷管（4）的水平横截面长25±2mm，宽为20±5mm，左右两边互为平行的斜线倾斜角为45-60°，同一侧两根相邻设置的所述喷管间距为100mm。
3.如权利要求2所述的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，沿着喷管（4）的高度方向在所述喷管的左表面、右表面纵向上设置多个直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和多个直径20mm的四分之一圆弧凹波纹，直径20mm的四分之一圆弧凸波纹和直径20mm的四分之一圆弧凹波纹首尾相连组成所述喷管左表面、右表面的波纹状；沿着喷管的高度方向在喷管面对所述待电镀PCB板的前表面横向上设置两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹位于两侧，一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹位于中间，两个直径10mm的四分之一圆弧凹型波纹和一个直径10mm的四分之一圆弧凸型波纹首尾相连组成所述喷管所述前表面的波纹状。
4.如权利要求1所述的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，所述喷嘴（5）的末端与所述待电镀PCB板的直线距离为50-100mm，所述喷嘴（5）的直径为10mm，长度为25mm，相邻两根喷管（4）上的喷嘴（5）有序错落排布。
5.如权利要求1所述的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀设备，同一喷管（4）上相邻设置的两个喷嘴（5）之间的间距为40mm，最上端的喷嘴（5）距离电解液液面的距离至少为15mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种提升填孔电镀镀铜均匀性的电镀的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
S1: 根据控制系统的预设参数调节多根喷管（4）的直线往复距离为100mm，多根喷管（4）的直线往复运动速率为1.5m/min，喷嘴（5）的流速15000-30000L/H；
S2: 控制系统控制多根喷管（4）在电解液内从左向右同步做直线运动，多根喷管上的多个喷嘴（5）同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管（4）表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和逆时针涡流现象；
S3: 控制系统控制多根喷管（4）在电解液内从右向右同步做直线运动，多根喷管（4）上的多个喷嘴（5）同时向待电镀PCB板喷洒电解液，喷管（4）表面的波纹状图形使得电解液的流向发生漫射和顺时针涡流现象；
S4: 重复步骤S1、S2直至填孔电镀完成。
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