RU2411447C1

RU2411447C1 - Comparison electrode

Info

Publication number: RU2411447C1
Application number: RU2010100364/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Германович Подкин (RU); Юрий Германович Подкин; Юрий Валентинович Данилов (RU); Юрий Валентинович Данилов
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-02-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: comparison electrode is in form of a conducting plate whose surface is covered by a non-conducting coating which forms a conducting drawing consisting of simple geometry elements of different shapes and sizes. The number of elements of each variety per unit area of the surface of the comparison electrode is selected based on the condition for conformity to the average number of similar elements per unit area of the metal coated surface. The conducting plate is additionally coated with a non-conducting coating which forms a conducting drawing in form of a contour the width of whose lines of which is equal to the width, area - area of the frame of the metal-coated article, a conducting drawing on the front surface of the conducting plate in form of a contour the width of whose lines of which is equal to the thickness, area - area of the faces of the metal-coated article, and the spacing of the contour lines is greater than twice their width.

EFFECT: high accuracy of measuring metal coating area.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения площади металлизации печатных плат в процессе гальваноосаждения и может быть использовано для контроля площади поверхности мелкоструктурных изделий.The invention relates to techniques for measuring the metallization area of printed circuit boards in the process of galvanic deposition and can be used to control the surface area of fine-grained products.

Известен электрод сравнения (патент РФ № 2118793, опубл. 1998.09.10, G01B 7/32) для использования при измерении площади металлизации изделия в процессе гальваноосаждения, выполненный в виде проводящей пластины, предназначенной для погружения вместе с металлизируемым изделием в гальваническую ванну, на поверхность пластины предварительно нанесено непроводящее покрытие, образующее токопроводящий рисунок, состоящий из элементов простой геометрии различной формы и размеров, причем число элементов каждой разновидности, приходящихся на единицу поверхности электрода сравнения, выбрано из условия соответствия среднему числу аналогичных элементов на единицу площади поверхности металлизируемого изделия. Сравнивая токи, проходящие через печатную плату и электрод сравнения, в момент подключения к источнику постоянного тока определяют площадь металлизации.Known reference electrode (RF patent No. 2118793, publ. 1998.09.10, G01B 7/32) for use in measuring the metallization area of a product in the process of galvanic deposition, made in the form of a conductive plate designed to be immersed together with the metallized product in a galvanic bath, on the surface the plates are pre-coated with a non-conductive coating forming a conductive pattern consisting of elements of simple geometry of various shapes and sizes, with the number of elements of each variety per unit of rotation NOSTA reference electrode is selected from the condition of the average number of similar elements per unit surface area of the articles to be metallized. Comparing the currents passing through the printed circuit board and the reference electrode, at the moment of connection to the direct current source, the metallization area is determined.

Но при металлизации многослойных печатных плат с металлизируемыми торцами и рамками по периметру платы это техническое решение не обеспечивает необходимой точности измерений, так как не учитывает влияния краевых полей металлизируемых торцов плат и рамок по периметру платы, вносящих значительный вклад в общий ток металлизации.But when metallizing multilayer printed circuit boards with metallized ends and frames along the board perimeter, this technical solution does not provide the necessary measurement accuracy, since it does not take into account the influence of the edge fields of the metallized ends of the boards and frames around the board perimeter, which make a significant contribution to the total metallization current.

Задачей данного изобретения является повышение точности измерения площади металлизации.The objective of the invention is to increase the accuracy of measuring the area of metallization.

Поставленная задача достигается тем, что на электрод сравнения, выполненный в виде проводящей пластины, на поверхность которой предварительно нанесено непроводящее покрытие, образующее токопроводящий рисунок, состоящий из элементов простой геометрии различной формы и размеров. Число элементов каждой разновидности, приходящихся на единицу площади поверхности электрода сравнения, выбрано из условия соответствия среднему числу аналогичных элементов на единицу площади металлизируемой поверхности, дополнительно нанесено непроводящее покрытие, образующее на проводящей пластине токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна ширине, площадь - площади рамки металлизируемого изделия, на торцевой поверхности проводящей пластины токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна толщине, площадь - площади торцов металлизируемого изделия, а шаг линий контуров превышает их удвоенную ширину.The problem is achieved in that the reference electrode, made in the form of a conductive plate, on the surface of which a non-conductive coating is preliminarily applied, forming a conductive pattern, consisting of elements of simple geometry of various shapes and sizes. The number of elements of each variety per unit area of the surface of the reference electrode is selected from the condition of matching the average number of similar elements per unit area of the metallized surface, an additional non-conductive coating is applied, forming a conductive pattern on the conductive plate in the form of a contour, the width of the lines of which is equal to the width, the area is the area of the frame of the metallized product, on the end surface of the conductive plate, a conductive pattern in the form of a contour whose line width is thickness, area - the area of the ends of the metallized product, and the step of the contour lines exceeds their doubled width.

На фиг.1, а приведено схематическое изображение изделия. По периметру платы расположена металлизируемая рамка 1. На металлизированные диэлектрические пластины 2 - подложки нанесено защитное покрытие так, что незащищенные участки 3 образуют металлизируемую поверхность, в том числе металлизируемые отверстия и торцы платы.Figure 1, a shows a schematic illustration of the product. A metallized frame 1 is located around the board perimeter. A metallized dielectric plate 2 - substrate is coated with a protective coating so that exposed sections 3 form a metallized surface, including metallized holes and ends of the board.

На фиг.1, б представлен электрод сравнения, соответствующий изделию фиг.1, а. Он выполнен в виде металлической пластины 2, покрытой защитным слоем, незащищенные участки которой образуют систему из параллельных проводников 3, эквивалентов рамки 1 и торцов пластины 4.Figure 1, b presents the reference electrode corresponding to the product of figure 1, a. It is made in the form of a metal plate 2 coated with a protective layer, the unprotected sections of which form a system of parallel conductors 3, frame equivalents 1 and the ends of the plate 4.

Изделие фиг.2, а имеет металлизируемые рамку 1 и торцы, подложку 2 с проводящими элементами различной формы и размеров 3, а соответствующий электрод сравнения (фиг.2, б) выполнен на металлической пластине 2, незащищенные участки которой образуют систему в виде равномерно распределенных на поверхности пластины проводящих элементов 3, аналогов типовых элементов, содержащихся в изделии, эквивалентов рамки 1 и торцов пластины 4.The product of figure 2, a has a metallized frame 1 and ends, the substrate 2 with conductive elements of various shapes and sizes 3, and the corresponding reference electrode (figure 2, b) is made on a metal plate 2, the unprotected sections of which form a system in the form of uniformly distributed on the surface of the plate of conductive elements 3, analogues of the typical elements contained in the product, the equivalents of frame 1 and the ends of the plate 4.

Известно, что полное сопротивление слоя электролита между катодом и анодом в гальванической ванне меньше сопротивления столба электролита, ограниченного площадями этих электродов (Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. - М.: Металлургия, 1974, с.136). Это связано с краевыми полями электродов. При дроблении сплошного катода на отдельные фрагменты и удалении их друг от друга этот эффект усиливается.It is known that the total resistance of the electrolyte layer between the cathode and the anode in a galvanic bath is less than the resistance of the electrolyte column, limited by the areas of these electrodes (Liner V.I. Protective coatings of metals. - M .: Metallurgy, 1974, p.136). This is due to the edge fields of the electrodes. When a solid cathode is crushed into individual fragments and removed from each other, this effect is enhanced.

Металлизируемая поверхность печатных плат представляет собой дискретную структуру, топология которой образована проводниками различной ширины, контактными площадками, металлизируемыми отверстиями, экранирующими поверхностями различной формы и т.д. При измерении площади металлизации печатных плат с такой топологией металлизируемой поверхности дополнительный вклад краевых полей в ток гальванопары вносит значительную погрешность. Так, при использовании электрода сравнения в виде металлической пластины площадью, равной геометрической площади рисунка изделия, она может достигать десятки процентов (Данилов Ю.В., Подкин Ю.Г. Гальванический измеритель площади покрытий. Приборы и техника эксперимента. 1989, № 5, с.227). Аналитический расчет краевых явлений требует сложных, трудно автоматизируемых вычислений и не гарантирует необходимой точности определения площади.The metallized surface of printed circuit boards is a discrete structure whose topology is formed by conductors of various widths, contact pads, metallized holes, shielding surfaces of various shapes, etc. When measuring the metallization area of printed circuit boards with such a topology of the metallized surface, the additional contribution of edge fields to the galvanic couple current makes a significant error. So, when using a reference electrode in the form of a metal plate with an area equal to the geometric area of the product pattern, it can reach tens of percent (Danilov Yu.V., Podkin Yu.G. Galvanic meter of the coating area. Instruments and experimental equipment. 1989, No. 5, p.227). The analytical calculation of boundary phenomena requires complex, difficult to automate calculations and does not guarantee the necessary accuracy of determining the area.

Уменьшить погрешность измерения площади металлизации в методах, использующих электрод сравнения, погружаемый в гальваническую ванну совместно с металлизируемой печатной платой, можно, используя электрод сравнения с дискретным проводящим рисунком. Так как площадь металлизации печатной платы, при известной площади электрода сравнения, пропорциональна квадрату отношения токов платы и электрода сравнения (а.с. SU № 1633271, G01B 7/32), то увеличение тока платы, связанное с краевыми полями мелкоструктурного рисунка платы может быть скомпенсировано выбором конфигурации токопроводящего рисунка электрода сравнения. Краевые поля электродов зависят от формы металлизируемой поверхности, размеров ее элементов и расстояния между электродами гальванопары. Топология реальных печатных плат может существенно различаться, но характерные конфигурации и геометрические размеры металлизируемых проводников в серийной продукции, как правило, сохраняются постоянными.It is possible to reduce the error in measuring the metallization area in methods using a reference electrode immersed in a galvanic bath together with a metallized printed circuit board using a reference electrode with a discrete conductive pattern. Since the metallization area of the printed circuit board, for a known area of the reference electrode, is proportional to the square of the ratio of the currents of the board and the reference electrode (AS SU No. 1633271, G01B 7/32), the increase in the board current associated with the edge fields of the fine-grained board pattern can be compensated by the choice of the configuration of the conductive pattern of the reference electrode. The edge fields of the electrodes depend on the shape of the metallized surface, the size of its elements and the distance between the electrodes of the galvanic pair. The topology of real printed circuit boards can vary significantly, but the characteristic configurations and geometric dimensions of the metallized conductors in serial production, as a rule, remain constant.

В современных многослойных печатных платах металлизация, наносимая на торцы печатной платы, и металлическая рамка по периметру печатной платы позволяют улучшить теплоотвод и служат эффективным электромагнитным экраном, но вносят дополнительные краевые поля, которые значительно влияют на эффективную площадь металлизации. Для снижения погрешности измерения площади металлизации многослойных печатных плат следует использовать электрод сравнения, не только содержащий всю номенклатуру типовых элементов металлизируемой платы, но и имитирующий их топологию. Токопроводящий рисунок такого электрода сравнения должен быть образован элементами, характерными для металлизируемой серии печатных плат. Их число на единицу площади электрода сравнения должно совпадать со средним числом этих элементов на единицу площади металлизируемой печатной платы, а конфигурации должны быть идентичны. Кроме того, на электрод сравнения дополнительно следует нанести непроводящее покрытие, образующее на проводящей пластине токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна ширине, площадь - площади рамки металлизируемого изделия. На торцевой поверхности проводящей пластины формируется токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна толщине, площадь - площади торцов металлизируемого изделия, а шаг линий контуров превышает их удвоенную ширину.In modern multilayer printed circuit boards, metallization applied to the ends of the printed circuit board and a metal frame around the perimeter of the printed circuit board can improve heat dissipation and serve as an effective electromagnetic screen, but introduce additional edge fields that significantly affect the effective metallization area. To reduce the measurement error of the metallization area of multilayer printed circuit boards, a reference electrode should be used, not only containing the entire range of typical elements of a metallized circuit board, but also simulating their topology. The conductive pattern of such a reference electrode should be formed by elements characteristic of a metallized series of printed circuit boards. Their number per unit area of the reference electrode should coincide with the average number of these elements per unit area of the metallized printed circuit board, and the configurations should be identical. In addition, a non-conductive coating should be additionally applied to the reference electrode, forming a conductive pattern in the form of a contour on the conductive plate, the width of the lines of which is equal to the width, and the area is the area of the frame of the metallized product. A conductive pattern is formed on the end surface of the conductive plate in the form of a contour, the width of the lines of which is equal to the thickness, the area is the area of the ends of the metallized product, and the step of the contour lines exceeds their doubled width.

При разработке технологической оснастки все металлизируемые печатные платы разбиваются на серии с однотипными конфигурациями проводников.When developing technological equipment, all metallized printed circuit boards are divided into series with the same configurations of conductors.

Если изделие фиг.1, а представляет собой печатную плату - металлизированную диэлектрическую подложку 2 с нанесенным на нее защитным диэлектрическим покрытием, образующим проводящий рисунок 3 с проводниками одинаковой ширины, рамку по периметру платы и металлизируемые торцы платы, то металлический электрод сравнения (фиг.1, б) должен содержать параллельные проводники такой же ширины, образованные защитным покрытием на проводящей пластине. Их число на единицу площади должно совпадать со средним числом проводников на единицу площади печатной платы. Дополнительно наносится непроводящее покрытие, образующее на проводящей пластине токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна ширине, площадь - площади рамки металлизируемого изделия, а на торцевой поверхности проводящей пластины - токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна толщине, площадь - площади торцов металлизируемого изделия. Шаг линий всех контуров должен превышать их удвоенную ширину.If the product of Fig. 1, a is a printed circuit board - a metallized dielectric substrate 2 with a protective dielectric coating deposited on it, forming a conductive pattern 3 with conductors of the same width, a frame around the perimeter of the board and metallized ends of the board, then a metal reference electrode (Fig. 1 b) must contain parallel conductors of the same width formed by a protective coating on the conductive plate. Their number per unit area should coincide with the average number of conductors per unit area of the printed circuit board. Additionally, a non-conductive coating is applied that forms a conductive pattern on the conductive plate in the form of a contour, the width of the lines of which is equal to the width, the area is the area of the frame of the metallized product, and on the end surface of the conductive plate a conductive pattern in the form of a contour, the line width of which is equal to the thickness, the area is the area ends of the metallized product. The step of the lines of all contours should exceed their doubled width.

Если топология металлизируемой поверхности платы образована элементами различной формы и размеров (фиг.2, а), то среднее число каждой разновидности элементов на единицу площади поверхности платы должно совпадать с числом этих элементов на единицу площади поверхности металлического электрода сравнения. На этот электрод также наносят непроводящее покрытие, образующее на проводящей пластине токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна ширине, площадь - площади рамки металлизируемого изделия, а на торцевой поверхности проводящей пластины - токопроводящий рисунок в виде контура, ширина линий которого равна толщине, площадь - площади торцов металлизируемого изделия. Шаг линий всех контуров и в этом случае должен превышать их удвоенную ширину (фиг.2, б).If the topology of the metallized surface of the board is formed by elements of various shapes and sizes (Fig.2, a), then the average number of each variety of elements per unit surface area of the board should coincide with the number of these elements per unit surface area of the metal reference electrode. A non-conductive coating is also applied to this electrode, forming a conductive pattern in the form of a contour on the conductive plate, the line width of which is equal to the width, the area is the area of the frame of the metallized product, and on the end surface of the conductive plate is a conductive pattern in the form of a contour, the line width of which is equal to the thickness, area - the area of the ends of the metallized product. The step of the lines of all the contours in this case should exceed their doubled width (Fig.2, b).

Каждая серия плат моделируется одним электродом сравнения. Таким образом, формируется комплект электродов сравнения, используемых по мере необходимости.Each series of boards is modeled by one reference electrode. Thus, a set of reference electrodes is formed, used as needed.

Для снижения погрешностей, вызванных увеличением площади электрода сравнения в процессе эксплуатации из-за осаждения на него металла покрытия, электрод сравнения включают для измерения тока сравнения только при загрузке изделий в ванну. Электрод сравнения периодически регенерируют, включая его в качестве анода.To reduce the errors caused by the increase in the area of the reference electrode during operation due to the deposition of the coating metal on it, the reference electrode is included to measure the reference current only when the items are loaded into the bath. The reference electrode is periodically regenerated, including as an anode.

Использование дискретного электрода сравнения по сравнению с традиционным сплошным анодом снижает погрешность установки тока при металлизации на 12-15%. Применение данного электрода сравнения в автоматизированных системах управления гальваническими установками позволяет снизить расход электроэнергии и материалов.The use of a discrete reference electrode in comparison with a traditional solid anode reduces the error in setting the current during metallization by 12-15%. The use of this reference electrode in automated control systems for galvanic plants can reduce the consumption of electricity and materials.

Claims

The reference electrode, made in the form of a conductive plate, on the surface of which a non-conductive coating is preliminarily applied, forming a conductive pattern, consisting of elements of simple geometry of various shapes and sizes, and the number of elements of each variety per unit area of the surface of the reference electrode is selected from the condition of matching the average the number of similar elements per unit area of the metallized surface, characterized in that it is additionally coated with a non-conductive coating f, forming a conductive pattern on the conductive plate in the form of a contour, the width of the lines of which is equal to the width, the area is the area of the frame of the metallized product, on the end surface of the conductive plate is a conductive pattern in the form of a contour, the line width of which is equal to the thickness, the area is the area of the ends of the metallized product, and the pitch of the contour lines exceeds their doubled width.