RU2156835C1

RU2156835C1 - Gear for electrolytic deposition of coats on flat articles with holes

Info

Publication number: RU2156835C1
Application number: RU99119665A
Authority: RU
Inventors: Е.Е. Ковалев; А.В. Руденко; С.Л. Милькин; И.В. Блохина; О.И. Заикин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Интеграл"
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: electrodeposition, electrolytic machining of flat articles. SUBSTANCE: gear for electrolytic deposition of coats on flat articles has bath with electrolyte, anode units installed above bath in parallel one another with perforation facing article, pump with line to supply electrolyte to anode units and power supply source. Each anode unit is perforated in the form of rows with spacing between holes along horizontal line equal to spacing between rows of holes. Gear is also fitted with salt metering device and transducer placed in bath and all anode units have insoluble current-carrying elements separated by insulators installed at some angle with direction of movement of article. Holes are drilled in staggered arrangement with displacement of one relative to another along horizontal line in each next anode unit along direction of movement of article that is defined by expression t= n/m, where n is spacing between holes in one row in each current-carrying element of anode unit; m is number of anode units in gear. EFFECT: raised productivity of electrolytic deposition of coats and quality of articles thanks to exclusion of nonuniformity in thickness of deposited coat and possibility of machining under increased densities of current. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к электролитической обработке плоских изделий, и может быть использовано для нанесения меди на рисунок печатной платы и стенки в ее отверстиях. The invention relates to electroplating, in particular to the electrolytic processing of flat products, and can be used for applying copper to the pattern of the printed circuit board and the wall in its holes.

Известна установка для получения покрытия на отдельных плоских деталях (см. патент США N4459183, кл. C 25 D 7/06, 17/06, 17/28, 21/10, 1985), содержащая устройство, определяющее зону контакта с электролитом, транспортер для пропускания деталей, находящихся в горизонтальном положении, через зону контакта по горизонтальной траектории, проходящей через электролит, аноды и катоды, расположенные в зоне контакта, и источник питания для подачи напряжения на электроды. Транспортер содержит несколько ведомых контактных полос, расположенных по пути следования деталей и содержащих один из электродов и приспособления для автоматического и последовательного фиксирования деталей, подаваемых в электролит, и освобождения деталей по мере их перемещения, а также для электрического контактирования деталей и их отключения. A known installation for coating on individual flat parts (see US patent N4459183, CL C 25 D 7/06, 17/06, 17/28, 21/10, 1985), containing a device that determines the contact area with the electrolyte, the conveyor for passing parts in a horizontal position through the contact zone along a horizontal path passing through the electrolyte, anodes and cathodes located in the contact zone, and a power source for supplying voltage to the electrodes. The conveyor contains several driven contact strips located along the path of the parts and containing one of the electrodes and devices for automatically and sequentially fixing the parts supplied to the electrolyte and releasing the parts as they move, as well as for electrical contacting of the parts and their disconnection.

Однако применение сплошных анодов приводит к отсутствию прокачки электролита через аноды, что не позволяет работать на больших плотностях тока, поэтому известная установка не может обеспечить увеличение производительности получения покрытия на плоских деталях, например печатных платах. Кроме того, отсутствие прокачки электролита через аноды приводит также к неравномерности толщины покрытия по поверхности печатной платы за счет образования краевых эффектов. Это снижает качество электролитической обработки печатных плат. However, the use of continuous anodes leads to the absence of pumping of electrolyte through the anodes, which does not allow working at high current densities, therefore, the known installation cannot provide an increase in the productivity of coating on flat parts, such as printed circuit boards. In addition, the absence of electrolyte pumping through the anodes also leads to uneven coating thickness over the surface of the printed circuit board due to the formation of edge effects. This reduces the quality of the electrolytic processing of printed circuit boards.

Известно также устройство для гальванической металлизации печатных плат (см. авт. свид. СССР N 723808, кл. H 05 K 3/00, 1978), содержащее размещенные напротив друг друга емкости для рабочего раствора (электролита), между которыми установлены держатели печатной платы, а в каждой из емкостей для рабочего раствора размещен анод с отверстиями. Also known is a device for the galvanic metallization of printed circuit boards (see ed. Certificate of the USSR N 723808, class H 05 K 3/00, 1978), containing containers for working solution (electrolyte) located opposite each other, between which are mounted the holders of the printed circuit board , and in each of the containers for the working solution an anode with holes is placed.

Недостатком известного устройства является низкая производительность нанесения покрытий на поверхность печатных плат из-за того, что печатная плата закреплена неподвижно и таким образом подвергается обработке только одна плата, а также из-за применения малых плотностей тока со стороны сплошного анода. A disadvantage of the known device is the low productivity of the coating on the surface of the printed circuit boards due to the fact that the printed circuit board is fixed motionless and thus only one board is processed, and also due to the use of low current densities from the side of the solid anode.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для электролитического нанесения покрытий на плоские изделия с отверстиями (см. авт. свид. СССР N 1045419, кл. H 05 K 3/18, C 25 D 19/00, 1982), содержащее ванну с электролитом, установленные над ней параллельно друг другу перфорированные в сторону изделия анодные блоки, между которыми установлен держатель печатной платы, механизм перемещения печатных плат, насос с магистралью для подачи электролита к анодным блокам и источник питания. При этом в ванне для рабочего раствора размещен основной анод с отверстиями и дополнительный анод, выполненный из сплошной пластины. Каждый основной анод размещен напротив дополнительного анода и снабжен шторкой, края которой выступают над рабочей поверхностью анода. Перфорация каждого анодного блока выполнена в виде рядов, шаг между отверстиями по горизонтали равен шагу между рядами отверстий. The closest in technical essence to the claimed is a device for electrolytic coating on flat products with holes (see ed. Certificate of the USSR N 1045419, class H 05 K 3/18, C 25 D 19/00, 1982), containing a bath with electrolyte, anode blocks perforated parallel to each other mounted on top of the product, installed between it, the holder of the printed circuit board, the mechanism for moving the printed circuit boards, a pump with a line for supplying electrolyte to the anode blocks and a power source. In this case, the main anode with holes and an additional anode made of a continuous plate are placed in the bath for the working solution. Each main anode is placed opposite the additional anode and is equipped with a shutter, the edges of which protrude above the working surface of the anode. Perforation of each anode block is made in the form of rows, the step between the holes horizontally equal to the step between the rows of holes.

Однако в известном устройстве при обработке печатной платы большие плотности тока можно устанавливать только со стороны, где аноды имеют перфорацию, а со стороны сплошного анода плотности тока маленькие, что приводит к снижению производительности процесса изготовления печатных плат. Кроме того, отверстия в анодных блоках расположены одинаково и струи электролита, выходя из отверстий анодного блока, раскрываются, образовывая на печатной плате покрытие в виде рядов, а это приводит к неравномерности толщины покрытия по поверхности печатных плат, что снижает качество изделий (см. статью Von F. Friedrich, М. Butz und Ch. J. Paub Die galvanische Metallsbscheidung bei hohen Elektrolysegeschwindigheiben, Teil 2 // Metalloberflache. - 1983. - N 5.- S. 194-202). Для исключения этого недостатка в процессе электрохимической металлизации также снижают плотность тока, а это, в свою очередь, также приводит к снижению производительности процесса изготовления печатных плат. However, in the known device, when processing a printed circuit board, high current densities can be set only on the side where the anodes are perforated, and on the solid anode side, the current densities are small, which reduces the productivity of the manufacturing process for printed circuit boards. In addition, the holes in the anode blocks are located identically and the electrolyte jets, leaving the holes of the anode block, open, forming a coating in the form of rows on the printed circuit board, and this leads to uneven coating thickness on the surface of the printed circuit boards, which reduces the quality of the products (see article Von F. Friedrich, M. Butz und Ch. J. Paub Die galvanische Metallsbscheidung bei hohen Elektrolysegeschwindigheiben, Teil 2 // Metalloberflache. - 1983. - N 5.- S. 194-202). To eliminate this drawback, the current density is also reduced in the process of electrochemical metallization, and this, in turn, also leads to a decrease in the productivity of the manufacturing process of printed circuit boards.

Технический результат состоит в повышении производительности электролитического нанесения покрытий и качества изделий за счет исключения неравномерности в толщине наращиваемого покрытия и возможности обработки при повышенных плотностях тока. The technical result consists in increasing the productivity of electrolytic coating and product quality by eliminating unevenness in the thickness of the growing coating and the possibility of processing at high current densities.

Это достигается за счет того, что устройство для электролитического нанесения покрытий на плоские изделия, содержащее ванну с электролитом, установленные над ней параллельно друг другу перфорированные в сторону изделия анодные блоки, насос с магистралью для подачи электролита к анодным блокам и источник питания, перфорация каждого анодного блока выполнена в виде рядов, шаг между отверстиями по горизонтали равен шагу между рядами отверстий, согласно изобретению, снабжено дозатором солей, датчиком, размещенным в ванне, а все анодные блоки выполнены с нерастворимыми токонесущими элементами, разделенными изоляторами, смонтированными под углом к направлению движения изделия, отверстия выполнены в шахматном порядке со смещением относительно друг друга по горизонтали в каждом последующем по направлению движения изделия анодном блоке, определяемым выражением:
t = n/m,
где n - шаг отверстий в одном ряду каждого токонесущего элемента анодного блока;
m - количество анодных блоков в устройстве.This is achieved due to the fact that the device for electrolytic coating of flat products containing a bath with electrolyte, anode blocks perforated in parallel to each other, an anode blocks mounted on it, a pump with a line for supplying electrolyte to the anode blocks and a power source, perforation of each anode the block is made in the form of rows, the horizontal step between the holes is equal to the step between the rows of holes, according to the invention, is equipped with a salt dispenser, a sensor placed in the bath, and all the anode blocks made with insoluble current-carrying elements separated by insulators mounted at an angle to the direction of movement of the product, openings are provided in a staggered offset with respect to each other horizontally in each subsequent movement towards products anode block defined by the expression:
t = n / m,
where n is the pitch of the holes in the same row of each current-carrying element of the anode block;
m is the number of anode blocks in the device.

Размещение рядов отверстий в анодных блоках параллельно изоляторам в шахматном порядке со смещением относительно друг друга по горизонтали в каждом последующем по направлению движения изделия анодном блоке, определяемым в зависимости от шага отверстий в одном ряду каждого токонесущего элемента анодного блока, количества анодных блоков в устройстве и диаметра отверстий, приводит к тому, что каждый отрезок печатной платы находится под воздействием струи электролита одинаковое количество времени. При этом количество электролита и, следовательно, количество электричества, согласно закону Фарадея, на каждой единице поверхности изделия будут одинаковы, т.е. на каждой единице поверхности печатной платы будет осаждаться одинаковое количество металла, что повышает качество изделия. Кроме того, это позволяет осуществить прокачку электролита через анодные блоки с применением больших плотностей тока, что повышает производительность процесса электролитической обработки печатных плат. The placement of the rows of holes in the anode blocks parallel to the insulators in a checkerboard pattern with a horizontal offset relative to each other in each subsequent anode block in the direction of product movement, determined depending on the pitch of the holes in one row of each current-carrying element of the anode block, the number of anode blocks in the device and diameter holes, leads to the fact that each segment of the printed circuit board is under the influence of an electrolyte jet for the same amount of time. In this case, the amount of electrolyte and, consequently, the amount of electricity, according to the Faraday law, on each unit of the surface of the product will be the same, i.e. the same amount of metal will be deposited on each surface unit of the printed circuit board, which improves the quality of the product. In addition, this allows the pumping of electrolyte through anode blocks using high current densities, which increases the productivity of the process of electrolytic processing of printed circuit boards.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - сечение А-А (в увеличенном масштабе) на фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 is a section AA (on an enlarged scale) in FIG. 1.

Чертежи имеют следующие цифровые обозначения: 1 - ванна с электролитом; 2 - плоское изделие с отверстиями (печатная плата); 3 - анодные блоки; 4 - дозатор солей (источник ионов металлов, осаждаемых на изделии); 5 - датчик; 6 - насос для подачи на изделие 2 электролита; 7 - магистраль для подачи электролита к анодным блокам 3; 8 - транспортное средство для непрерывного перемещения изделий 2; 9 - программно-управляемый источник питания; 10 - перфорированные токонесущие элементы анодных блоков 3; 11 - изоляторы, электрически разделяющие между собой токонесущие элементы 10; 12- отверстия в токонесущих элементах 10 анодных блоков 3. The drawings have the following numerical designations: 1 - bath with electrolyte; 2 - a flat product with holes (printed circuit board); 3 - anode blocks; 4 - salt dispenser (source of metal ions deposited on the product); 5 - sensor; 6 - pump for feeding electrolyte 2 to the product; 7 - line for supplying electrolyte to the anode blocks 3; 8 - vehicle for the continuous movement of products 2; 9 - software-controlled power source; 10 - perforated current-carrying elements of the anode blocks 3; 11 - insulators electrically separating among themselves current-carrying elements 10; 12 - holes in the current-carrying elements 10 of the anode blocks 3.

Устройство для электролитического нанесения покрытий на плоские изделия с отверстиями содержит ванну 1 с электролитом, установленные над ней параллельные друг другу перфорированные в сторону изделия 2 анодные блоки 3, дозатор солей 4, датчик 5, размещенный в ванне 1, насос 6 с магистралью 7 для подачи электролита к анодным блокам 3, транспортное средство 8 и источник питания 9 (фиг. 1). Анодные блоки 3 выполнены полыми с нерастворимыми токонесущими элементами 10, которые разделены между собой изоляторами 11 (фиг. 2). Изоляторы 11 размещены под углом к направлению движения изделия 2. A device for electrolytic coating of flat products with holes contains a bath 1 with electrolyte, anode blocks 3 mounted parallel to each other, perforated to the side of the product 2, salt dispenser 4, sensor 5 located in the bath 1, pump 6 with line 7 for feeding electrolyte to the anode blocks 3, the vehicle 8 and the power source 9 (Fig. 1). Anode blocks 3 are made hollow with insoluble current-carrying elements 10, which are separated by insulators 11 (Fig. 2). Insulators 11 are placed at an angle to the direction of movement of the product 2.

Перфорация токонесущих элементов 10 каждого анодного блока 3 выполнена в виде рядов отверстий 12 (диаметром d), размещенных по вертикали параллельно изоляторам 11 в шахматном смещенном относительно друг друга порядке (фиг. 2). Шаг между отверстиями 12 по горизонтали равен шагу между рядами отверстий 12 по вертикали в каждом токонесущем элементе 10 анодных блоков 3. При этом в каждом последующем по направлению движения изделия 2 анодном блоке 3 отверстия 12 выполнены со смещением по горизонтали t, определяемым выражением t = n/m, где n - шаг отверстий 12 в одном ряду каждого токонесущего элемента 10 (фиг. 2); m - количество анодных блоков 3 в устройстве (фиг. 1). Perforation of the current-carrying elements 10 of each anode block 3 is made in the form of rows of holes 12 (diameter d), placed vertically parallel to the insulators 11 in a checkerboard pattern offset relative to each other (Fig. 2). The horizontal step between the holes 12 is equal to the vertical step between the rows of holes 12 in each current-carrying element 10 of the anode blocks 3. Moreover, in each subsequent anode block 3 in the direction of the product 2, the holes 12 are made with a horizontal displacement t defined by the expression t = n / m, where n is the pitch of the holes 12 in the same row of each current-carrying element 10 (Fig. 2); m is the number of anode blocks 3 in the device (Fig. 1).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Изделие-катод 2 размещают между анодными блоками 3, запускают транспортное средство 8, включают источник питания 9 и насос 6. При этом электролит из ванны 1 через напорную магистраль 7 и перфорацию (отверстия 12) токонесущих элементов 10 анодных блоков 3 подается на изделие 2. Электрическая цепь между анодными блоками 3 и изделием-катодом 2 замыкается струями электролита, которые перекрываются на поверхности изделия 2 с обеих сторон. Структура осаждаемой меди на поверхности изделия 2 (печатной плате) зависит от скорости движения транспортного средства 8 и силы тока, подаваемого от источника питания 9. The cathode product 2 is placed between the anode blocks 3, the vehicle 8 is started, the power source 9 and the pump 6 are turned on. In this case, the electrolyte from the bath 1 passes through the pressure line 7 and the perforation (holes 12) of the current-carrying elements 10 of the anode blocks 3 to the product 2. The electrical circuit between the anode blocks 3 and the cathode product 2 is closed by jets of electrolyte, which overlap on the surface of the product 2 on both sides. The structure of the deposited copper on the surface of the product 2 (printed circuit board) depends on the speed of the vehicle 8 and the current supplied from the power source 9.

Размещение рядов отверстий 12 в токонесущих элементах 10 анодных блоков 3 параллельно изоляторам 11 в шахматном, смещенном относительно друг друга порядке, выполнением шага между отверстиями 12, равным шагу между рядами отверстий 12 и смещением отверстий 12 в каждом последующем по направлению движения изделия 2 анодном блоке 3 в зависимости от количества анодных блоков 3, диаметра отверстий 12 и шага отверстий 12 в одном ряду каждого токонесущего элемента 10, позволяет обеспечить равномерность в толщине наращиваемого покрытия по поверхности изделия 2 (печатной платы) за счет того, что каждый отрезок (участок) печатной платы 2 находится под воздействием струи электролита одинаковое количество времени и при раскрытии струй происходит перекрытие пятен электролита на печатной плате, за счет чего получается сплошное равномерное покрытие поверхности печатной платы электролитом. Это приводит к получению высокого качества изделий, а регулируя программой источника питания 9 величину рабочего тока на каждый токонесущий элемент 10 анодных блоков 3 обеспечивают требуемую производительность процесса электролитического нанесения покрытий на изделия 2. The placement of the rows of holes 12 in the current-carrying elements 10 of the anode blocks 3 parallel to the insulators 11 in a staggered, offset relative to each other, by performing a step between the holes 12, equal to the step between the rows of holes 12 and the displacement of the holes 12 in each subsequent in the direction of movement of the product 2 anode block 3 depending on the number of anode blocks 3, the diameter of the holes 12 and the pitch of the holes 12 in the same row of each current-carrying element 10, it is possible to ensure uniformity in the thickness of the growing coating on the surface of the product 2 (printed circuit board) due to the fact that each segment (section) of printed circuit board 2 is under the influence of an electrolyte jet for the same amount of time and when the jets open, the electrolyte spots overlap on the printed circuit board, due to which a uniform coating of the surface of the printed circuit board with electrolyte is obtained . This leads to high quality products, and by adjusting the program of the power source 9, the magnitude of the operating current for each current-carrying element 10 of the anode blocks 3 provide the required performance of the process of electrolytic coating of products 2.

Claims

A device for electrolytic coating of flat products, containing a bath with electrolyte, parallel to each other installed above it, perforated anode blocks, a pump with a line for supplying electrolyte to the anode blocks and a power source, perforation of each anode block is made in rows , the step between the holes horizontally is equal to the step between the rows of holes, characterized in that it is equipped with a salt dispenser, a sensor placed in the bath, and all the anode blocks are made with insoluble the current-carrying elements separated by insulators mounted at an angle to the direction of the product’s movement, the holes are staggered with horizontal displacement relative to each other in each subsequent anode block, determined by the expression t = n / m, where n is the hole pitch in one next to each thin-bearing element of the anode block, m is the number of anode blocks in the device.