CN1261632A - 利用流体头的选择性电解金属化/电镀的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于完成电沉积、涂覆或蚀刻的传送系统;具体而言,利用流体头装置来选择性电解金属化和沉积的装置。提供与用于选择性电解金属化和电镀、涂覆或蚀刻所采用的传送系统中正处理的产品产生电接触并保持电接触的方法。与正处理的产品产生电接触并保持电接触的方法可以利用流体头装置。

Description

利用流体头的选择性电解金属化/电镀的装置和方法

本发明涉及用于完成电镀、涂覆或蚀刻的传送系统，特别是涉及利用流体头结构选择电解金属化和电镀的装置。本发明的目的也在于使在选择电解金属化和电镀、涂覆或蚀刻所采用的传送系统中正处理的产品电接触并保持电接触的方法。而且，本发明的目的也在于利用流体头结构可使这里所述的正处理的产品电接触并保持电接触的方法。

特别是例如在基底上金属材料的电解金属化或电镀所采用的任何电解工艺的关键特征是能在基底上与元件良好电接触；例如，如电路板，可通过电解金属化和电镀工艺处理。在某些情况下，为完成上述，采用一种周知的装置，它采用所谓的流体头设计，包含可活化以完成金属化和电镀处理的电极。通常，流体头不容易处理以分离部件或分段传送的独立结构或产品，而适合处理形成基底的连续箔或板，但仍与每个部件保持电接触。通常认为用流体头的处理更适合于完成卷筒到卷筒的电解金属化和电镀处理，其中传递棒(communing bar)可制备在将要处理的材料卷或板内。然而，未能提供连续电接触，对于单个电路板处理，不能在该流体头结构或形式中实现这些处理。

基本上，对于日常生产，传统的垂直或水平电解金属化装置一般处理标准且极为特定的大小板，本质上即基底。当改变板的大小时，特别是在用水平装置处理方面，通常装置必须关闭并且阻挡电极以便在将要传送的板尺寸内保留“活性”区域。该活性需要装置完全关闭、打开和改型；然后，为返回原来板尺寸又必须实施第二次。这导致大量非生产停机时间以及所需工程管理。在具有变化的电路密度的板中，如通过图形电镀处理，也遇到由于通常传统电镀装置中采用的单个大电极上的电流密度不均匀而引起沉积厚度变化的问题。

目前各种结构在现有技术中公开或被用于完成金属化处理，例如，如在金属材料基底上电沉积例如铜通过采用旋转阴极柱和位于阴极柱对面的阳极或多个子阳极来产生电解铜箔。

Kubo等的U.S.专利No.5326455公开了产生电解铜箔的方法和装置，其中装置利用槽而不是用于镀覆箔的一个或多个流体头，或替换地采用具有单个流体头的多个阳极。相对于供给的电量控制各个阳极以便提供穿过箔表面的金属材料的均匀电沉积。

Erickson等的U.S.专利No.5389214公开了流体处理系统，其中采用可重组电极结构，并且其中控制器响应电阻率变化来改变活性电极之间的有效分离区域，以便提供系统最佳操作。没有为实现金属材料的电沉积提供工件，而该公开针对流体的处理。

Blasing等的U.S.专利No.5292424涉及电镀工厂中控制操作循环的方法，其中应用不同大小的电流到一组相邻的电极。由于为得到金属材料的电沉积而利用槽，该结构类似于Kubo等的U.S.专利No.5326455的操作。

Komoto等的U.S.专利Nos.4749460和4765878均提供电镀设备，其中为保持沉积在基底上的金属材料厚度均匀，多个连续电镀槽的电镀电流根据具体条件自动控制。

Saprokhin等的专利No.4511440公开了氟的电解生产工艺；然而，没有对供给阳极的电源的单独控制。而且，没有公开通过电镀操作经金属材料沉积而镀覆的任何工件，该公开只是针对氟气的生产。

Schober的U.S.专利No.4164454公开了在间歇长度的金属片材上镀覆的连续生产线，其中工件经过镀覆装置移动而未为供给阳极的电源提供单独控制。

本质上，上述所公开的现有技术没有一个说明把目前采用的流体头技术的优点引入到通常认为不能完成的电解金属化、涂覆或蚀刻工艺、或电镀中的新颖和创造性观点。基本上，本发明目的在于提供外部传送系统，其中用于供给电流的阴极筒形刷和基底传送系统的驱动轮与将要处理的如印刷电路板等元件(comments)或工件紧密接触，从而可简化在任何特定时间周期期间与经传送系统或流体头传送的正要处理元件的连续电接触。

按照本发明，公开了位于正要处理的工件相对侧边缘上的导电刷和驱动轮，其本质上是通过传送系统传送期间接触工件使得各个片材或连续卷筒或板材被处理，传送系统可包括流体头，并可通过使用阴极刷和驱动轮用于工件传送和供给电流。

结合上述，本发明目的在于提供电镀装置，它包括具有流体输入的含流体头；移送工件经过流体头的装置，并具有位于头内的多个阳极，可单独控制每个阳极的电位以便当工件移动过流体头时在工件不同位置处提供特定电场强度。特别是，位于传送系统如流体头外部的阴极刷和驱动轮在电镀过程期间一直与工件保持物理和电接触，从而保持稳定电位。

因此通过利用本发明的概念，能够产生一电解金属化和电镀系统，该系统能基本上减轻通常与传统系统相关的、在同一工艺线上试图制造各种尺寸以及电路密度不同的印制电路板而引起的所有问题。

根据本发明，阳极(或阴极)组位于流体头体内，从而在任何给定时间内装置的工作区内的全部或只有特定区域可从键盘控制站活化。这使系统连续工作，而仅瞬间中断以复位系统内的“活化”区。可调节对在同一板或电路板上线路的极密以及极疏区域的补偿，这一特征在传统系统中不能得到。因此，通过采用本发明的概念，板尺寸和电路密度的变化不再存在任何问题。

该概念系统可用于任何类型的电化学沉积工艺。例子是CU、NI和AU、以及任何其它金属。也可用于提高镀覆操作如电泳沉积处理。另一用途是增强电化学蚀刻技术，本质上为沉积或从基底蚀刻而需要电位的任何事物。

因此，本发明的目的是提供包括为完成电解金属化或沉积而用于传送工件的传送系统的装置，包含均可单独控制电位的多个阳极，刷阴极和驱动轮装置，在电镀期间一直与工件接触。

本发明的再一目的是提供在此所述的传送系统，它包括具有流体输入的流体头，传送系统能移动工件经过流体头，而其中刷式阴极和用于传送工件的驱动轮结构位于流体头的外部并总与工件接触，以便能为其提供稳定电位。

本发明的另一目的是提供利用阴极刷和用于传送并同时导电的驱动轮来与传送系统中的正处理产品产生电接触并保持电接触的方法，为在基底上保持预定电镀条件，多个阳极可选择性活化。

结合附图，详细描述本发明的优选实施例，其中：

图1表示按照现有技术情况，用于电解生产电解铜箔的装置的一般示意透视图；

图2说明了用于在基底上电解金属化或沉积的本发明选择性电极电镀装置的正透视图；

图3说明了图2的装置的通用侧视图。

再具体描述一下图1，说明用于产生金属材料的电沉积如形成电解铜箔12中所用的铜的装置10。在该例子中，具有用于确定阴极辊16角旋转的编码器14，其中辊部分浸在电解液中。多个子阳极18在辊16的宽度之间间隔排列，每个被适当分给选择的电流密度。合适的计算器20计算预计目标箔的箔厚度与测量厚度偏差，并将此信息传送以改变整流器控制器22，控制器22也接受源于编码器14的角度信息。为增加或降低供给到此的电流以便能控制正要产生的金属或铜箔的厚度均匀性，通过相关子整流器24控制供给各个子阳极的电流或电量，各子阳极沿辊16的宽度间隔开。本质上，如上述现有技术结构，基本是Kubo等的U.S.专利No.5326455，公开了槽形式的电沉积装置，而同时也能提供具有沿其宽度间隔开的多个小电极如子阳极的含流体阳极辊或流体头。

然而，按照本发明，为考虑能获得进一步优势的选择性电解金属化/沉积装置30的独特和通用结构，而同时在完成电解金属化、涂覆、镀覆和蚀刻工艺中利用现有周知的流体头技术，提供一传送结构或布置32，如需要的话，可以是含流体头设计，如图2和3所示。

多个阳极是线性排列形式或子阳极34、36组，它们分别位于经传送装置32传送的产品相对侧。产品可以是形成要赋予金属层或沉积的基底的连续卷筒或板W，或可以是连续推进的分散元件如电路板组成。每排子阳极在产品W宽度的主要部分两端上延伸，每个子阳极34连接到阳极电源开关40，每个子阳极36与阳极电源开关42连接。阳极电源开关38、40又与适当电源42连接，为提供要处理产品的表面金属沉积均匀度，电源选择的送到各个子阳极。

为实现本发明目的，传送装置32包括外部传送机构，在本例子中，它由用于驱动一对协同轮48、50的驱动马达46组成，协同轮48、50沿正要处理的产品的纵向边缘52啮合相对表面。由上轮和下轮54、56也类似接触产品的相对边缘58，从而经传送装置以预定前进速度传送由箔或板W组成的产品。分别接触产品的上下表面的每个轮48、50、54、56分别与阴极刷60、62、64、66电接触，阴极刷60、62、64、66又连接到电源42，电源42也供给子阳极电流并确保产品W一直与阴极刷电接触，轮50是阴极驱动轮。

如所述，进一步详述图3，在该例子中，传送装置32包括具有图3所示的子阳极的含流体流体头70，它具有与用于电解质的槽74和泵系统76连接的氮幕输入72，子阳极在图3中示出。在所述位置提供氮幕输入，从而整个系统通过阴极刷协同结合分别在产品上下表面两端以排列形式延伸的可选择性操纵或可控供电的子阳极来很好简化产品W的连续电接触。这提供改善的金属化和沉积性能，而且也能连续完成制造。通过阴极刷提供的连续电接触能使整个装置具有选择金属化/沉积的能力，这通常在用于各个电路处理的已有技术采用的流体头形式内不能达到。

从上述容易了解，不管其是否应用流体头装置，或是提供与将要电解金属化的产品表面连续电阴极接触的产品传送系统，本发明明确针对本领域根本未考虑的新颖和有利特征。

已表示和描述本发明优选实施例，当然，应理解可容易进行形式或细节的各种改型和变化而不脱离本发明的精神。因此，本发明并不限定这里所示和描述的确切形式和细节，也不限于少于下面权利要求所公开的全部本发明的任何东西。

Claims (34)

1.一种用于工件的电解金属化的装置；所述装置包括：

(a)用于把电解质施加给所述工件的装置；

(b)用于传送所述工件经过所述电解质的装置；

(c)接到电源用于保持与正传送的所述工件电接触而同时避免所述电接触装置暴露在所述电解质的装置；

(d)在贴近所述电解质的所述工件两端上间隔开的多个阳极，所述阳极均与所述电源连接；和

(e)用于单独控制各个所述阳极电极上的电位的装置，从而在所述工件经过所述电解质施加装置的传送期间在所述工件两端的不同阳极位置处并沿所述工件传送方向提供特定电场强度。

2.按权利要求1的装置，其中所述工件传送装置包括传动接触所述工件的相对侧边缘的协同轮对；以及与所述轮对的至少一个连接以便使所述工件经过所述装置前进的驱动马达。

3.按权利要求2的装置，其中所述驱动轮对与用于在所述工件上保持电位的所述电源电接触。

4.按照权利要求3的装置，其中所述轮对均形成接触所述工件的阴极，所述轮均通过与所述电源电连接的阴极刷连续接触。

5.按照权利要求1的装置，其中所述阳极在所述工件上下方以线性陈列方式延伸；并且电源控制开关装置与每个所述阳极连接以选择地控制每个所述阳极的电位。

6.按照权利要求1的装置，其中所述电解质包括含金属的流体。

7.按照权利要求6的装置，其中所述电解质包括电解铜。

8.按照权利要求6的装置，其中所述电解质包括镍。

9.按照权利要求6的装置，其中所述电解质包括金。

10.按照权利要求1的装置，其中所述工件由通过所述装置传送的连续板组成。

11.按照权利要求1的装置，其中所述工件包括形成电路基底的板。

12.一种用于工件的电解金属化的装置；所述装置包括：

(a)用于将电解质施加给所述工件的流体头装置；

(b)用于传送所述工件经过所述流体头装置的装置；

(c)用于保持与正传送的所述工件电接触而同时避免所述电接触装置暴露于所述流体头、与电源连接的装置，所述电接触装置位于所述流体头装置外部；

(d)在靠近所述流体头的所述工件两端上间隔开的多个阳极，所述阳极均与所述电源连接；以及

(e)用于单独控制各个所述阳极上的电位的装置，从而在经过所述流体头装置传送所述工件期间在所述工件两端的不同阳极位置处并沿所述工件传送方向提供特定电场强度。

13.按照权利要求12的装置，其中所述工件传送装置包括位于所述流体头装置外部的传动接触所述工件相对侧边缘的协同轮对；以及与所述轮对的至少一个连接以便使所述工件前进经过所述装置的驱动马达。

14.按照权利要求13的装置，其中所述驱动轮对与用于保持所述工件的电位的所述电源电连接。

15.按照权利要求14的装置，其中所述轮对均形成接触所述工件的阴极，所述轮均通过与所述电源电连接的阴极刷连续接触。

16.按照权利要求12的装置，其中所述阳极在所述工件上下方以线性陈列方式延伸；并且电源控制开关装置与每个所述阳极连接以选择地控制每个所述阳极的电位。

17.按照权利要求12的装置，其中所述工件由经过所述装置传送的连续板组成。

18.按照权利要求12的装置，其中所述工件包括形成电路基底的板。

19.一种用于工件的电解金属化的方法；所述方法包括：

(a)把电解质施加给所述工件；

(b)传送所述工件经过所述电解质；

(c)用于保持与所述工件电接触而同时避免所述电接触装置暴露于所述电解质的电源；

(d)在靠近所述电解质的所述工件两端上间隔开排列多个阳极，所述阳极均与所述电源连接；以及

(e)单独控制各个所述阳极上的电位，从而在经过所述电解质施加装置传送所述工件期间在所述工件两端的不同阳极位置处并沿所述工件传送方向提供特定电场强度。

20.权利要求19的方法，其中所述工件传送通过传动接触所述工件的相对侧边缘的协同轮对来实现；并且驱动马达与所述轮对的至少一个连接以便使所述工件经过所述装置前进。

21.按照权利要求20的方法，其中所述驱动轮对与用于保持所述工件电位的所述电源电接触。

22.按照权利要求21的方法，其中所述轮对均形成接触所述工件的阴极，所述轮均通过与所述电源电连接的阴极刷连续接触。

23.按照权利要求19的方法，其中所述阳极在所述工件上下方以线性陈列方式延伸；并且电源控制开关装置与每个所述阳极连接以选择地控制每个所述阳极的电位。

24.按照权利要求19的方法，其中所述电解质包括含金属的流体。

25.按照权利要求24的方法，其中所述电解质包括电解铜。

26.按照权利要求24的方法，其中所述电解质包括镍。

27.按照权利要求24的方法，其中所述电解质包括金。

28.按照权利要求19的方法，其中所述工件由通过所述装置传送的连续板组成。

29.按照权利要求19的方法，其中所述工件包括形成电路基底的板。

30.一种用于工件的电解金属化的方法；所述方法包括：

(a)提供用于将电解质施加给所述工件的流体头；

(b)传送所述工件经过所述流体头；

(c)通过在所述流体头外部形成所述电接触，连接用于保持与所述工件电接触而同时避免所述电接触装置暴露于所述流体头的电源；

(d)在靠近所述流体头的所述工件两端上间隔开排列多个阳极，所述阳极均与所述电源连接；和

(e)单独控制各个所述阳极上的电位，从而在经过所述流体头传送所述工件期间在所述工件两端的不同阳极位置处并沿所述工件传送方向提供特定电场强度。

31.按照权利要求30的方法，其中其中所述工件传送通过传动接触所述工件的相对侧边缘的协同轮对来实现；并且驱动马达与所述轮对的至少一个连接以便使所述工件经过所述装置前进。

32.按照权利要求31的方法，其中所述驱动轮对与用于保持所述工件电位的所述电源电接触。

33.按照权利要求32的方法，其中所述轮对均形成接触所述工件的阴极，所述轮均通过与所述电源电连接的阴极刷连续接触。

34.按照权利要求30的方法，其中所述阳极在所述工件上下方以线性陈列方式延伸；并且电源控制开关装置与每个所述阳极连接以选择地控制每个所述阳极的电位。

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