CN1366563A - 涂有导电聚合物的工件的电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供涂有导电或改性聚合物的工件(1)的电镀方法,其中,与要电镀的工件无关地,能同时减小电流密度和缩短电镀时间。发明包括,第1步骤,用多个相邻的接触件(5)把工件连接到电流源(8),除接触件覆盖的接点外,工件上覆盖薄金属涂层,之后,第2步骤中,去除接触件并形成不断开的金属涂层(10)。

Description

涂有导电聚合物的工件的电镀方法

本发明涉及涂有导电聚合物或改性聚合物的工件的电镀方法。此外，本发明还涉及实施该方法用的设备。

为了使二维和三维工件的表面或表面结构按规定目标改变，甚至在非金属表面的情况，都采用电镀方法，电镀方法符合相关的技术状态，也是实际上常用的方法。例如在制造电路板时，用电镀法能使基本材料金属化和形成完全接触。通常，基体材料由大部分表面要电镀和涂有导电聚合物或改性聚合物的绝缘体组成。

但是，用电镀法在涂有导电聚合物的大面积绝缘体上淀积金属涂层通常不可能有明显效果。其原因是，即使与金属材料相比改性聚合物有高的比电阻，但要电镀的工件表面上的电流密度按不均匀方式分布，所以不能形成均匀的强电场。为了得到连续的金属涂层，必须增大电流密度，或者，延长电镀时间。

为了避免因延长电镀时间而造成的缺陷，从当前的技术状态考虑，必须增大电流密度。但是，接触面积中过大的电流密度会损坏导电聚合物涂层。之后，由于电导率减小，因而不会再进行电镀金属淀积。为了避免损坏聚合物涂层，必须选择适当低的电流密度，这就必然要延长电镀时间和随之出现的相关缺点。

因此，必须确定和平衡电镀涂有导电聚合物的工件的电流密度和电镀时间。为了得到无针孔的涂层，必须考虑到一方面是过大的电流密度和另一方面是过长的电镀时间之间的平衡，由此，再确定工件的相关参数。由于必须用很多时间来进行调节，如果不做这些调节则会出现高故障率，因此，从当前的技术状态看，大规模电镀不会令人满意。

为了克服所述的这些缺点，本发明提出涂有导电聚合物工件的电镀方法，它与要电镀的工件无关，它允许缩短电镀时间，同时减小电流密度。

按本发明，解决该问题的方法是，在第1步骤中，工件用多个相邻的接触件连接到电流源并在除被接触件覆盖的接触位置外涂覆有连续薄金属层。第2步骤中，去掉接触件，形成无断开的连续涂层。

本发明还提出，用多个相邻接触件覆盖要电镀的工件，从而在要电镀的表面与电流源之间形成多个容允负载电流连接点。其优点是，即使只用低电流密度就可产生均匀的足够进行表面电镀的电场。导电聚合物涂层连接到电流源，产生几乎均匀的覆盖在要电镀的工件的整个表面上的电场。

发明方法的第1步骤中，接触件连接到电流源之后，在要电镀的工件的导电聚合物涂层上形成薄金属层。除被接触件覆盖的接触点外该金属层不断开。接触件以这样一种方式放在要电镀的表面上，使得在第1步骤中淀积的金属层在整个表面上延伸和形成连续金属涂层。由于用多个接触件，因此只需较短的电镀时间就能形成金属涂层。它的优点是，尽管电流密度减小但电镀时间不延长。相反，按本发明方法也可以既缩短电镀时间而又减小电流密度。用发明方法能完全克服由于电流密度过大或电镀时间过长造成的聚合物涂层损坏的现有电镀方法的缺点。

除被接触件覆盖点之外，淀积了连续金属涂层后，在第2步骤去掉接触件，电流通过第1步骤中形成的金属涂层使要电镀的表面积充电。第1步骤中被接触件覆盖的接点也淀积金属，所以，要电镀的工件的整个表面上形成不断开的金属镀层。由于第1步骤中形成的金属涂层覆了表面面积，所以第2电镀步骤只用较小的电流密度以及短的电镀时间，因此用低电流密度也能建立均匀电场。此外，与聚合物涂层相反，金属涂层是比电阻较低的良好导电体。

按以下方式进行本发明方法的第2步骤，能形成无断开的连续金属涂层，即，完成形成金属涂层的第1步骤后，接点也不覆盖，所以，按该方式，仍然留有开口的接点是“闭合的”，在第2步骤中形成不断开的金属涂层。也可以按这样的方式进行第2步骤，使得第1步骤中形成的金属涂层继续生长，从而形成的不断开的金属涂层也覆盖接点。可以用不同的电解液组分进行第2步骤。实施该方法时，重要的是用多个相邻接触件连接要电镀的工件，使整个表面上形成均匀电场。被接触件覆盖的要电镀的表面上的接点然后通过在第2步骤中形成的不断开的金属涂层闭合。

用本发明方法，第1次提供了有导电聚合物涂层有电镀金属涂层的二维或三维工件，能大大减小电流密度，只需要较短的电镀时间。能避免由于过大的电流密度和过长的电镀时间造成聚合物涂层损坏的现有电镀方法的缺点。本发明的电镀方法，通过设定相关的电流密度和选择电镀时间，可成批生产电镀工件，而且与要电镀的工件完全无关，而且，在开始每个新的电镀工艺之前不需要重新调节这些工艺参数。

按本发明的一个特征，在要电镀的表面上按网点式放置多个单独的接触件。按该方式，在第1步骤中，要电镀的表面在接触件上连接到电流源，和在第2步骤中，当电流加在第1步骤形成的金属涂层上时，均匀形成的电场延伸到要电镀的整个表面积上。此外，第1步骤中要形成的金属涂层本身连续生长成连续的电导体。因此，如果按等距离放置接触件会有特别的优点。

按本发明的另一特征，用于接触件布局的接触件载体包括几个接触件。它一方面能以这种方式将接触件快速放置在要电镀的表面上，另一方面，用接触件载体能使本发明的方法的扩大自动化。接触件载体最好设计成包括多个相邻的相对位置可移动的接触件，以便于调节，由此可使接触件能相互调节，而且使接触件载体本身也能调节。可根据要电镀的工件调节接触件，以保证所有的接触件正确地放在要电镀的工件表面上，使要电镀的工件与电流源实际上建立电连接。按此方式，可避免在要形成的金属涂层中出现针孔。

按另一实例，用装有接触件的架子作接触件载体。这种框架形的接触件载体特别适合于电镀2维工件，如电路板。正如发明指出的，这种框架是矩形，但也可用其它几何形状，这取决于应用类型。多个接触件安装在框架上，它可放在所有或单个构成框架的部件上。为了使要电镀的表面连接到电流源，使框架形接触件载体的元件来进行接触。在此连接中，按本发明的另一特征，为了在大面积范围内电镀，几个框架可以相邻地或放在要电镀的工件的每一侧上。这在要镀电路板的情况下特别有效，在一个步骤中在大致粗糙的电路板的两边形成金属涂层。

按本发明的又一特征，用装有多个接触件的夹具作接触件载体。这种夹具主要用于连接三维工件。该三维工件被插入为此目的而设计的夹具中并经由连接到该夹具上的接触件上面被连接到电流源。按该方式能在一个步骤中使对即使一个几何形状复杂的工件也可不间断地电镀。当然，除了把接触件载体设计成框架，其它形式的夹具也可以用。起决定作用的因素是，要电镀的工件能被有多个接触件的接触件载体大面积覆盖。

按本发明的另一特征，接触件设计成一方面使多个接触件的相对位置能移动，另一方面接触件相对于接触件载体能移动，按工件的几何形状能调节接触件使它们接触要电镀的工件，把工件连接到电流源。因此，用本发明方法，不仅是形状规则的工件，而且还能使形状不规则的工件，和几何形状复杂的工件的整个面积被接触件覆盖，并使要电镀的工件能连接到电流源。

按本发明的又一特征，用金属栅网作接触件载体。金属栅网特适用于连续简便的水平处理。该金属栅网构成完整的电导体，它放在要电镀的表面上能产生总体均匀的电场。因此，在较短时间内只用低的电流密度形成基本是栅网的负极的金属涂层。换句话说，没被栅网覆盖的要电镀的表面面积被金属层覆盖。第2步骤中，除去栅网和在闭合表面上形成金属涂层。按有利特征，栅网接触要电镀的表面，工件和栅网一起通过电解液。因此，栅网同时用作传送器。按此方式，有短的循环速度和容易自动化，而且最重要的是可重复，可用本发明方法电镀工件表面。为了确保在第1金属涂层淀积后能除去放在要电镀的工件上的金属栅网而又不损坏下面的聚合物涂层，按本发明的另一特征是，加反向阳极，用它使由金属栅网淀积的金属从工件上脱松。

按本发明的又一特征，用本发明方法形成的金属涂层的厚度符合技术规范。该厚度一方面可用工件停留在电解液中的时间来调节，另一方面也可用连接的电流密度来调节。任何情况下，可按成品工件的要求构成有所需厚度的金属涂层。

以下将结合附图说明发明的其它结节，特征和优点。其中，

图1是按垂直方式制造电路板用的本发明方法的第1步骤示意图；

图2是按垂直方式制造电路板用的本发明方法的第2步骤示意图；

图3是用作接触件载体的栅网示意图；

图4是按水平方式制造电路板用的本发明方法的第1步骤示意图；

图5是按第1应用设计的接触件的剖视图；

图6是按第2应用设计的接触件的剖视图；

图1是用本发明方法制造电路板的示意图。这里图示出第1步骤。涂有导电或改性聚合物层的绝缘体制成的基体垂直于电解液表面3插入电解液2中。由于基体4总是按垂直于电解液表面3的方向移动。因此，该方法叫做垂直式方法。

基体4在多个接触件5上连接到电流源8。可用分支电线9实施连接。从图1可看到，全部接触件5放到要电镀的基体4上，借助于接触体载体7使基体4与电流源8电连接。例如，图示出3个框架形接触件载体7，其中每个具有5个与其连接的接触件5。接触件5固定到每个接触件载体上，使接触件之间能相对移动而且能相对于接触件载体7移动，所以能按要电镀的基体的尺寸和几何形状单独调节接触件5。加电流后，根据所用的多个接触件5在要电镀的基体4的整个表面上建立起大致均匀的电场。由于在大面积上建立了均匀电场，所以除接触件5覆盖的接点6之外的区域在短时间内用低的电流密度形成薄的金属涂层10。用多个接触件5能在短的电镀时间内在低电流密度也可进行电镀。

图2示出本发明方法的第2步骤。除接触件5覆盖的接点6之外的区域形成金属涂层10之后，除去接触件，形成不断开的金属涂层。为此，第1步骤中生成的金属涂层借助于电线9连接到电流源8。按此方式，也能构成大致均匀的电场，该电场使仍留在金属涂层10的空白点用金属淀积使其闭合，制成无断开的金属涂层。形成金属涂层的规定层厚之后，从电解液2中除去基体4。

图3示出用于面积接触件的金属栅网11的另一实施例，除接点之外的区域设有绝缘体。第1步骤中，要电镀的工件放在栅网11上，使要电镀的表面朝向栅网11，按水平方式传送通过电解液2。图4是该步骤的示意图。从图中可看出，栅网11构成循环式带，同时，栅网用作传送带。用驱动单元13借助于反向辊12按输送方向14移动栅网11。用滑动接头15把栅网连接到电流源8。例如，制造电路板时，基体14放在承载台16处的栅网11上。承载台16放在电解槽17外边。放在栅网11上的基体4按输送方向14插入电解槽17和浸入电解液2中。由于栅网11按该方法通常是平行于电解液表面3移动，所以叫做水平式处理过程。与上述的垂直式方向相反，在要电镀的基体4表面的大面积范围内形成第1金属涂层只需较弱的电流密度和较短的电镀时间。形成该金属涂层后，按方向14从电解槽17中取出基体4，并送到卸载台18。因而，从栅网11取下基体4。为了避免接点永久电镀，可用反向阳极19溶解去掉淀积的金属。完成了图4所示的第1步骤和形成金属涂层之后，按与上述的垂直式处理过程同样的方式形成不断开的金属涂层。

图5和6分别示出放在接触件载体7上的接触件5的另一种形式的接触件。图5和6所示的接触件在升高方向20中的相对移动性不同。用弹簧来实现升高方向中的相对移动。此外，接触件设计如下：使允许电流传载接点21能相对于基体4(升高方向20)径向移动。接点21用绝缘体22包围，并用螺纹连接件23连接到接触件载体7。该设计的优点是，能使接触件5适合于基体4的非水平表面。用该方法，保证多个接触件5接触基体4，使基体4和电流源6之间建立电接触。

                   指示数字指示的内容

1.电路板            13.驱动单元

2.电解液            14.输送装置

3.电解液表面        15.滑动接头

4.基体              16.承载台

5.接触件            17.电解槽

6.接点              18.卸载台

7.接触件载体        19.反向阳极

8.电流源            20.升高方向

9.电线              21.接触腿

10.金属涂层         22.绝缘体

11.栅网             23.连接单元

12.反向辊

Claims (19)

1.涂有导电聚合物或改性聚合物的工件的电镀方法，其特征是，在第1步骤中，工件由多个相邻的接触件连接到电流源，并在除被接触件覆盖的接触点外的区域由一薄金属层覆盖，在第2步骤中，去除接触件以形成不断开的金属涂层。

2.按权利要求1的方法，其特征是，多个单个接触件在要电镀的工件表面上被相邻设置成栅网状。

3.按权利要求1或2的方法，其特征是，相邻的多个接触件相互间按等距离放置。

4.按权利要求1至3中任何一项的方法，其特征是，有多个接触件的接触件载体用于安置要用的多个接触件。

5.按权利要求4的方法，其特征是，连接有多个接触件的框架用作接触件载体。

6.按权利要求5的方法，其特征是，要用的几个框架被相邻地使用和/或放在要在大区域覆盖表面上电镀的要电镀的工件的两个侧边上。

7.按权利要求4的方法，其特征是，有几个连接的接触件的网架用作接触件载体。

8.按权利要求1至7中任何一项的方法，其特征是，根据工件的几何形状，接触件的相对位置相对于接触件载体是可以调节，并被放置成把要电镀的工件连接到电流源。

9.按权利要求4的方法，其特征是，金属栅网用作接触件载体。

10.按权利要求9的方法，其特征是，栅网被放在要电镀的工件表面上，工件和栅网一起被引导通过电解液。

11.按权利要求10的方法，其特征是，用反向阳极溶解去掉淀积在金属接点上的金属。

12.按上述任一权利要求的方法，其特征是，金属涂层以可选择的厚度形成。

13.按权利要求1至12中任何一项的方法所用的夹具，其特征是，用至少一个装有多个相邻接触件的接触件载体使要电镀的工件和电流源连接。

14.按权利要求13的夹具，其特征是，安装在接触件载体上的多个单个接触件在接触件载体上的位置能调节。

15.按权利要求13或14的夹具，其特征是，接触件载体设计成框架或网架。

16.按权利要求13或14的夹具，其特征是，接触件载体是其上能放置要电镀的工件的金属栅网。

17.按权利要求16的夹具，其特征是，金属栅网构成循环带。

18.按权利要求17的夹具，其特征是，栅网同时用作工件传送装置。

19.按权利要求16至18中任何一项的夹具，其特征是，设置避免接点电镀用的反向阳极。

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