CN1300372C - 用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法，旨在提供一种处理成本低、效率高的用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法。该方法是采用金属离子注入机来对所述印制线路板用铣刀进行表面处理的，采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ0.8mm至φ1.5mm，其技术参数为：真空度为1.2×10^-2Pa～3×10^-3Pa；氮气质量流量为3～20标准毫升/分钟；工件靶台转速为18转/分钟；真空室温度为30～37℃；冷却水温为20～30℃；引出电压为28kV；负压为-900V；弧压为17～120V；束流为4mA；工作频率为10～20Hz；注入时间为50分钟。本发明应用于生产领域。

Description

用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法

                        技术领域

本发明涉及一种用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法。

                        背景技术

常规的表面处理技术，由于需要在高温环境下进行，因此会改变工件的外形尺寸和表面光洁度，使得热处理完后还需要再进行精加工，从而不能达到使用的要求，并且处理层易发生表面脱皮及剥落现象。用常规方法处理的印制线路板用铣刀由于上述原因在使用中寿命短，更换次数多，因而增加了停工期和成本。

离子注入技术是近年来在国际上发展起来的一种材料表面改性高新技术，其基本原理是：用能量为几十到几百keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。与常规表面处理技术相比，其优越性在于：由于无需在高温环境下进行，因而不会改变工件的外形尺寸和表面光洁度；离子注入后无需再进行机械加工和热处理；离子注入层由离子束与基体表面发生一系列物理和化学相互作用而形成的一个新表面层，它与基体之间不存在剥落问题。目前国际上已有应用该技术对工件进行表面处理的离子注入机，但是，现有的应用于工业上的离子注入机，其离子束流较弱，束流引出电压较高，注入面积小，注入时间较长，如美国的Z-100和Z-200型注入机，其注入面积为250cm²，我国核工业西南物理研究院的GLZ-100金属用工业离子注入机，其注入面积为300cm²，它们的注入时间为90分钟到2个小时，束流引出电压都大于50kV，所以处理成本过高、效率低。

                        发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种处理成本低、效率高的用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明是采用金属离子注入机来对印制线路板用铣刀进行表面处理的，所述金属离子注入机包括金属离子源、离子源供电系统、真空室、工件靶台、电机、抽真空系统、冷却系统、氮气源、氮气质量流量阀和控制屏，所述金属离子源包括阴极、阴极支架、触发电极、绝缘阴极套、阳极、阳极支架、放电室、等离子体室、第一栅、第二栅和第三栅，所述放电室外周均匀设有4～8个成对的磁柱，所述阳极支架与所述等离子体室之间和所述等离子体室外壁分别设有4个或4个以上N、S极相间排列的磁环，所述第一栅与所述第二栅之间的距离为5～10mm，所述第一栅、所述第二栅、所述第三栅的栅板均为2～5mm厚，所述第一栅、所述第二栅、所述第三栅上均设有1300～1800个φ3～5mm的小孔，所述离子源供电系统由触发电源、弧压电源、束流引出电源和负压电源组成，所述弧压电源的特性阻抗为1Ω、脉宽为0.44～0.65ms，频率为5～25Hz之间可调；

本发明采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ0.8mm至φ1.5mm；

本发明主要包括下列步骤：

(1)所述印制线路板用铣刀前处理：

①将所述印制线路板用铣刀放入装有乙醇的超声波清洗机内清洗15到20分钟；

②将清洗后的所述印制线路板用铣刀进行风干；

③将洗净风干后的所述印制线路板用铣刀放入40～50℃的烘干炉中烘干15到20分钟；

(2)对前处理好的所述印制线路板用铣刀进行金属离子注入：

①将前处理好的所述印制线路板用铣刀放入所述真空室内的所述工件靶台上；

②操作所述控制屏，控制各技术参数：真空度为1.2×10^-2pa～3×10^-3pa；氮气质量流量为3～20标准毫升/分钟；工件靶台转速为18转/分钟；真空室温度为30～37℃；冷却水温为20～30℃；引出电压为28KV；负压为-900V；弧压为17～120V；束流为4mA；工作频率为10～20Hz；

③注入时间持续50分钟后停机，从所述真空室中取出处理好的所述印制线路板用铣刀。

本发明的有益效果是：由于本发明采用的金属离子注入机的第一栅与第二栅的距离近(为5～10mm)，第一栅、第二栅、第三栅均较薄(为2～5mm厚)，第一栅、第二栅、第三栅上均设有小而多的引出孔(1300～1800个φ3～5mm的小孔)，因此在引出电压低于20kV甚至在10kV也能引出足够大的束流，本发明注入靶上的平均钛离子束流大于5mA，通过机械扫描，其注入面积达到1810cm²；由于本发明是脉冲形式工作，其弧压电源的特性阻抗为1Ω、脉宽为0.44～0.65ms，频率为5～25Hz，在此特定机制下进行离子注入，注入时间短，注入温度低(低于100℃)，绝对保证被注入的印制线路板用铣刀不会发生任何变形；由于本发明在放电室外周均匀4～8个成对的磁柱，所以提高了离子流和弧流之比，即在同样的弧流下可引出的离子束流较大；由于本发明在阳极支架与等离子体室之间、等离子体室外壁设有4个或4个以上N、S极相间排列的磁环，所以能形成的离子束均匀度好，提高了工件的处理质量；由于采用金属离子与氮气的混合束注入，省去了分析磁铁及其供电电源；综上多种因素，使整机结构简单、造价低廉、操作容易、使用可靠，所以处理成本低、效率高。本发明是一种纯净的无污染无公害的表面处理技术。

下面通过具体数据说明本发明所产生的经济效益和社会效益：

应用本发明的金属离子注入机，每炉可装入印制线路板用铣刀4000只，处理40到60分钟，每天开两班，可处理10炉，每只铣刀市场价8元，处理过的铣刀寿命提高30％以上，断针率减少80％以上，所得的总效益为

10×4000×8×30％＝96000元

按每只铣刀收取1元处理费，共收取处理费为

10×4000×1＝40000元

注入处理成本费(机器折旧、房租、水电、工资、管理、税收等费用)为12000元

所取得的纯效益为40000-12000＝28000元

让给用户的效益为96000-40000＝56000元

此外，由于铣刀寿命的增加，减少了更换铣刀的时间，为企业减少了停工期，提高了工作效率，降低了成本，并节约了大量的原材料。

                        附图说明

图1是本发明金属离子注入机的结构示意图；

图2是本发明金属离子源的结构示意图；

图3是本发明离子源供电系统与金属离子源的连接示意图。

                      具体实施方式

本发明是采用如图1、图2、图3所示金属离子注入机来对印制线路板用铣刀进行表面处理的，所述金属离子注入机包括金属离子源1、离子源供电系统、真空室2、工件靶台3、电机4、抽真空系统5、冷却系统、氮气源6、氮气质量流量阀7和控制屏，所述金属离子源1包括阴极8、阴极支架9、触发电极10、绝缘阴极套11、阳极12、阳极支架13、放电室14、等离子体室15、第一栅16、第二栅17和第三栅18，所述放电室14外周均匀设有4～8个成对的磁柱19，本实施例的放电室14外周均匀设有6个成对的磁柱19，所述阳极支架13与所述等离子体室15之间、所述等离子体室15外壁设有4个或4个以上N、S极相间排列的磁环20，本实施例的阳极支架13与等离子体室15之间和等离子体室15外壁分别设有5个N、S极相间排列的磁环20，所述第一栅16与所述第二栅17之间的距离为5～10mm，本实施例的第一栅16与第二栅17之间的距离为7mm，所述第一栅16、所述第二栅17、所述第三栅18的栅板均为2～5mm厚，本实施例的第一栅16、第二栅17、第三栅18的栅板均为3mm厚，所述第一栅16、所述第二栅17、所述第三栅18上均设有1300～1800个φ3～5mm的小孔，本实施例的第一栅16、第二栅17、第三栅18上均设有1627个φ4mm的小孔，所述离子源供电系统由触发电源21、弧压电源22、束流引出电源23和负压电源24组成，所述弧压电源22的特性阻抗为1Ω、脉宽为0.44～0.65ms，频率为5～25Hz之间可调，本实施例的弧压电源22的脉宽为0.5ms。

实施例一：

本发明采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ0.8mm。主要包括下列步骤：

(1)所述印制线路板用铣刀前处理：

①将所述印制线路板用铣刀放入装有乙醇的超声波清洗机内清洗15分钟；

②将清洗后的所述印制线路板用铣刀进行风干；

③将洗净风干后的所述印制线路板用铣刀放入40℃的烘干炉中烘干15分钟；

(2)对前处理好的所述印制线路板用铣刀进行金属离子注入：

①将前处理好的所述印制线路板用铣刀放入所述真空室2内的所述工件靶台3上；

②操作所述控制屏，当所述真空室2内的真空度达到1.2×10^-2Pa时，合上所述冷却系统电源；合上所述电机4的电源，调整转速至18每分钟转；合上所述触发电源21、所述弧压电源22、所述负压电源24，将所述触发电源21的工件频率调至10Hz左右，再将所述弧压电源22的弧压升至17V左右，弧流为1.5A左右时，再将所述负压电源24的电压加至负900V，合上所述束流引出电源22，将引出电压加至28kV，再调整所述弧压和所述工作频率使所述控制屏上的束流表指示为4mA；调整所述氮气质量流量阀7，使进入所述真空室2的氮气流量为每分钟3标准毫升；

③在整个注入过程中，真空室内温度为30℃，冷却系统水温为20℃，注入时间持续50分钟后停机，从所述真空室2中取出处理好的所述印制线路板用铣刀。

实施例二：

本发明采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ1.5mm。

本发明主要包括下列步骤：

(1)所述印制线路板用铣刀前处理：

①将所述印制线路板用铣刀放入装有乙醇的超声波清洗机内清洗20分钟；

②将清洗后的所述印制线路板用铣刀进行风干；

③将洗净风干后的所述印制线路板用铣刀放入50℃的烘干炉中烘干20分钟；

(2)对前处理好的所述印制线路板用铣刀进行金属离子注入：

①将前处理好的所述印制线路板用铣刀放入所述真空室2内的所述工件靶台3上；

②操作所述控制屏，当所述真空室2内的真空度达到3×10^-3Pa时，合上所述冷却系统电源；合上所述电机4的电源，调整转速至18每分钟转；合上所述触发电源21、所述弧压电源22、所述负压电源24，将所述触发电源21的工件频率调至20Hz左右，再将所述弧压电源22的弧压升至120V左右，弧流为1.5A左右时，再将所述负压电源24的电压加至负900V，合上所述束流引出电源22，将引出电压加至28kV，调整所述弧压和所述工作频率使所述控制屏上的束流表指示为4mA；再调整所述氮气质量流量阀7，使进入所述真空室2的氮气流量为每分钟20标准毫升；

③在整个注入过程中，真空室内温度为37℃，冷却系统水温为30℃，注入时间持续50分钟后停机，从所述真空室2中取出处理好的所述印制线路板用铣刀。

实施例三：

本发明采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ1.2mm。

本发明主要包括下列步骤：

(1)所述印制线路板用铣刀前处理：

①将所述印制线路板用铣刀放入装有乙醇的超声波清洗机内清洗18分钟；

②将清洗后的所述印制线路板用铣刀进行风干；

③将洗净风干后的所述印制线路板用铣刀放入45℃的烘干炉中烘干18分钟；

(2)对前处理好的所述印制线路板用铣刀进行金属离子注入：

①将前处理好的所述印制线路板用铣刀放入所述真空室2内的所述工件靶台3上；

②操作所述控制屏，当所述真空室2内的真空度达到8×10^-3Pa时，合上所述冷却系统电源；合上所述电机4的电源，调整转速至18每分钟转；合上所述触发电源21、所述弧压电源22、所述负压电源24，将所述触发电源21的工件频率调至17Hz左右，再将所述弧压电源22的弧压升至20V左右，弧流为1.5A左右时，再将所述负压电源24的电压加至负900V，合上所述束流引出电源23，将引出电压加至28kV，再调整所述弧压和所述工作频率使所述控制屏上的束流表指示为4mA；调整所述氮气质量流量阀6，使进入所述真空室2的氮气流量为每分钟11标准毫升；

③在整个注入过程中，真空室内温度为34℃，冷却系统水温为27℃，注入时间持续50分钟后停机，从所述真空室2中取出处理好的所述印制线路板用铣刀。

Claims (1)

1、一种用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法，其特征在于：

(A)它是采用金属离子注入机来对所述印制线路板用铣刀进行表面处理的，所述金属离子注入机包括金属离子源(1)、离子源供电系统、真空室(2)、工件靶台(3)、电机(4)、抽真空系统(5)、冷却系统、氮气源(6)、氮气质量流量阀(7)和控制屏，所述金属离子源(1)包括阴极(8)、阴极支架(9)、触发电极(10)、绝缘阴极套(11)、阳极(12)、阳极支架(13)、放电室(14)、等离子体室(15)、第一栅(16)、第二栅(17)和第三栅(18)，所述放电室(14)外周均匀设有4～8个成对的磁柱(19)，所述阳极支架(13)与所述等离于体室(15)之间和所述等离子体室(15)外壁分别设有4个或4个以上N、S极相间排列的磁环(20)，所述第一栅(16)与所述第二栅(17)之间的距离为5～10mm，所述第一栅(16)、所述第二栅(17)、所述第三栅(18)的栅板均为2～5mm厚，所述第一栅(16)、所述第二栅(17)、所述第三栅(18)上均设有1300～1800个φ3～5mm的小孔，所述离子源供电系统由触发电源(21)、弧压电源(22)、束流引出电源(23)和负压电源(24)组成，所述弧压电源(22)的特性阻抗为1Ω、脉宽为0.44～0.65ms，频率为5～25Hz之间可调；

(B)采用钛离子注入，所述印制线路板用铣刀尺寸为φ0.8mm至φ1.5mm；

(C)所述用离子注入工艺处理印制线路板用铣刀的方法主要包括下列步骤：

(1)所述印制线路板用铣刀前处理：

①将所述印制线路板用铣刀放入装有乙醇的超声波清洗机内清洗15到20分钟；

②将清洗后的所述印制线路板用铣刀进行风干；

③将洗净风干后的所述印制线路板用铣刀放入40～50℃的烘干炉中烘干15到20分钟；

(2)对前处理好的所述印制线路板用铣刀进行金属离子注入：

①将前处理好的所述印制线路板用铣刀放入所述真空室(2)内的所述工件靶台(3)上；

②操作所述控制屏，控制各技术参数：真空度为1.2×10^-2Pa～3×10^-3Pa；氮气质量流量为3～20标准毫升/分钟；工件靶台转速为18转/分钟；真空室温度为30～37℃；冷却水温为20～30℃；引出电压为28kV；负压为-900V；弧压为17～120V；束流为4mA；工作频率为10～20Hz；

③注入时间持续50分钟后停机，从所述真空室(2)中取出处理好的所述印制线路板用铣刀。

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