一种三价铁溶铜技术在垂直连续电镀线的应用及其装置的制作方法

本发明涉及三价铁溶铜领域，具体为一种三价铁溶铜技术在垂直连续电镀线的应用及其装置。

背景技术：

pcb(printedcircuitboard)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

近年来，电路板发展越来越大，产业规模越来越来越大，垂直连续电镀线(英文名verticalconsecutiveplating，简称vcp)被广泛应用在pcb生产，在国内有超过3000条vcp生产线。同时ic载板需求量越来越大，vcp也被广泛应用用于ic载板电镀生产，对vcp的要求也越来越高，以及自动化的要求也越来越高。目前vcp用铜球作为阳极，或者不溶性阳极。用可溶性阳极铜球作为铜离子的补充，有阳极泥，需要定期保养清洗，浪费铜球，产生大量废水，大量人力劳动，没有办法自动化；不溶性阳极使用氧化铜粉作为电镀铜离子补充，氧化铜粉溶解缓慢，电镀后容易有颗粒，影响品质，同时粉末添加容易泄漏污染环境，由铜转化成氧化铜粉的成本高，工艺流程长，以及环境污染。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于把三价铁溶铜系统和vcp结合在一体，用三价铁溶铜系统溶铜取代氧化铜粉溶解或者磷铜球阳极溶解作为铜离子补充，既可弥补传统电镀的不足，又不影响电镀的品质，降低成本。同时，槽液含有三价铁离子，会降低电镀效率，本发明对vcp设备循环做优化，降低阴极区域的三价铁离子浓度，从而达到提高电镀效率的目的，电镀效率的提高亦可以节能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种三价铁溶铜技术在垂直连续电镀线应用的装置，包括电镀线槽体和副槽，其特征在于，所述电镀线槽体顶部的背面固定连接有阴极架，所述阴极架的底部固定连接有阴极，所述电镀线槽体内壁顶部的两侧固定连接有阳极架，所述阳极架的底部固定连接有不溶性阳极，所述电镀线槽体的左壁贯穿连接有连接管，所述副槽的正面开设有副槽流入管接口，所述电镀线槽体的左壁开设有循环泵浦往主槽入口，所述连接管的一端连接有循环泵浦，所述循环泵浦与副槽通过连接管连接，所述电镀线槽体内腔中部的底部设置有副槽往主槽的循环分布总管,所述阳极架相对一侧的底部固定安装有喷管，所述喷管的底部贯穿连接有喷流总管，所述喷流总管的一侧连通有喷流连接管，所述电镀线槽体内壁两侧的底部均固定焊接有隔板，所述电镀线槽体内腔两侧的底部均贯穿连接有喷流泵铺吸入管，所述喷流泵铺吸入管的一端通过法兰盘安装有喷流流泵。

作为本发明的一种优选技术方案，所述喷流泵铺吸入管的一端在隔板的底部，所述副槽往主槽的循环分布总管的一端用过管道与循环泵浦连通。

利用三价铁溶铜技术，设计一个稳定的溶铜系统和电镀系统。三价铁溶铜槽和vcp电镀槽通过过滤泵浦相连。三价铁溶铜槽内的高cu2+浓度&低浓度的fe3+电解液被泵浦抽到vcp电镀主槽阴极区域，到达vcp主槽内阳极区域相对低cu2+浓度&高fe3+浓度的电解液流向三价铁溶铜槽，用于溶解纯铜形成一个平衡的循环系统。

在固定酸浓度和铜离子浓度的电解液中研究了不同fe3+浓度对电镀效率的影响，fe3+浓度越高电镀效率越低，所以该系统尽可能在阴极电镀区域降低fe3+浓度。为了达到这个目的，所设计的电解质循环必须满足尽可能降低阴极扩散层fe3+浓度，控制电解质从溶铜槽通过泵浦打入到vcp的高浓度cu2+&极低浓度fe3+电解液直接分散到喷流泵浦的吸入口，再通过喷流在阴极被镀件(pcb板或载板)表面交换，有效提高电镀效率。同时阳极区域的高fe3+电解质通过循环泵浦流向三价铁溶铜槽。

作为本发明的一种优选技术方案，氯离子浓度为10～180ppm；溶液包含氯离子和合适的电镀有机添加剂。

作为本发明的一种优选技术方案，有机添加剂可以根据电镀需求选择；可以根据电镀的需求在vcp电镀槽选择直流电镀或者脉冲电镀；该vcp电镀，电镀槽阴极有效电流密度范围为3asf～80asf。

作为本发明的一种优选技术方案，电解液从三价铁溶铜槽进入vcp电镀槽，并分布于喷流泵浦的吸入口，由流泵浦通过喷嘴均匀的在阴极表面进行交换，避免阳极区域的电解液直接到达阴极表面，而是阳极区域电解液直接流向三价铁溶铜槽，从而达到提高电镀效率的目的。

作为本发明的一种优选技术方案，所有pcb的全板电镀，图形电镀，盲孔填孔电镀，以及ic载板全板电镀，图形电镀，通孔填通孔电镀，盲孔填孔电镀。

本发明实施例提供了一种三价铁溶铜技术在垂直连续电镀线的应用及其装置，具备以下有益效果：。

1、本发明用纯铜替代磷铜球，有效提高了镀液的纯度，没有阳极泥的污染，可以应用到要求更高的电镀，无颗粒。

2、本发明用纯铜代替磷铜球，当磷铜球的尺寸小于5mm，只能当废品回收，而纯铜粒没有任何限制，可以完全溶解，有效的降低生产成本。

3、本发明用纯铜代替磷铜球，在vcp生产中，铜球需要定期用硫酸双氧水清洗，筛除小铜球，更换阳极袋，产生大量废水，同时也损失铜，没有办实现自动化，需要大量劳动力，大量时间。而纯铜的三价铁溶铜系统和vcp结合不需要以上操作，达到节水，节能，环保，及减少体力劳动，无需停机，提高设备利用率，提高产出。

4、本发明中vcp电镀槽阳极用不溶性阳极钛网，阳极更稳定，有效提高了电镀均匀性，提高了pcb及ic载板的质量。

5、本发明用纯铜取代了氧化铜粉，氧化铜粉添加容易有粉尘污染。有效去除了铜生产成氧化铜粉的成本，缩短了工艺流程，往绿色环保更近一步。

6、本发明可以提高生产安全，传统的铜球作阳极电镀需要人工在生成线上添加铜球，登高安全，传动安全，以及生产线的操作空间限制，无法实现自动化。溶铜槽添加铜颗粒简单，可以人工，也可以全自动化。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明装置整体结构示意图；

图2是本发明装置俯视结构示意图；

图3是本发明fe3+浓度对电镀效率的影响示意图。

图4是本发明溶铜槽和vcp电镀槽电解液的循环示意图；

图5位本发明电镀线槽体侧视图。

图中：1、电镀线槽体；2、副槽；3、阴极架；4、阴极；5、阳极架；6、阳极；7、主槽往副槽吸入分管；8、主槽往副槽流入总管；9、副槽流入管接口；10、循环泵浦往主槽入口；11、循环泵浦；12、连接管；13、副槽往主槽的循环分布总管；14、喷流泵铺吸入管；15、喷流泵；16、喷流连接管；17、隔板；18、喷管；19、喷流总管。

具体实施方式

本发明中，包含四个部分组成，三价铁溶铜槽、vcp电镀槽、电解液，以及能让电解液在溶铜槽和电镀槽循环的过滤泵浦。

溶铜槽：在溶铜槽内添加纯铜的铜角(铜粒、或者其它形状均可，主要是达到增加表面积达到提高反应速度的效果)。通过电解质溶液中fe3+的离子氧化铜单质，溶出铜离子。

vcp电镀槽：vcp的阳极安装不溶性阳极网，阴极是被镀的pcb或者ic载板。阴极表面均匀析出铜单质。

电解液：由cu2+、h+、fe2+、fe3+、so42-、合适的有机添加剂、以及di水组成。

电解液由硫酸铜提供cu2+，so42-(最初配电解液用硫酸铜配置合适的浓度cu2+，生产过程中由三价铁溶铜提供cu2+补充)；h2so4提供h+，so42-；hcl提供cl-，硫酸亚铁提供fe2+(fe3+是fe2+在电镀槽不溶阳极表面发生氧化反应所得)，以及去离子水组成，电镀添加剂可以根据电镀的要求进行选择。

溶铜槽和vcp电镀槽被过滤泵浦连接，过滤泵浦把溶铜槽内的电解液过滤后抽到vcp电镀槽，在阴极两侧以喷流的方式均匀向阴极喷射，完成电镀后，反向流入阳极区域，再由阳极区域溢流回溶铜槽。

实施例1

三价铁溶铜槽和vcp电镀槽相结合，vcp电镀槽安装直流电源，配置电解液：cu2+：50g/l(200g/lcuso4·5h2o)；h2so4：40g/l；cl-：70ppm(0.175ml/l36.5％盐酸)；总铁30g/l；fe3+:2.5g/l；专用填孔电镀添加剂，温度控制28℃至35℃，电流密度2.5asd，电镀25um厚度，盲孔(4milwidth/3mildepth)，dimple<4um，电镀效率91.2％。ic载板图形电镀，2.5asd，线路均匀，方形，电镀效率90.9％。

实施例2

三价铁溶铜槽和vcp电镀槽相结合，vcp电镀槽安装脉冲电源，配置电解液：cu2+：40g/l(160g/lcuso4·5h2o)；h2so4：60g/l；cl-：70ppm(0.175ml/l36.5％盐酸)；总铁30g/l；fe3+:2.5g/l；专用填孔电镀添加剂，温度控制28℃至35℃，有效电流密度2.5asd,电镀20um厚度，盲孔(4milwidth/3mildepth)，dimple<2um，盲孔(3milwidth/2mildepth)，dimple<2um,电镀效率91.3％。ic载板图形电镀，填通孔，板厚150um，孔径75um，2.5asd，线路厚度均匀，方形，通孔dimple<2um,没有孔洞包芯的现象，电镀效率91.5％。实践测试发现酸浓度越高，电镀均匀性越好，脉冲的波形选择亦影响图形电镀的均匀性。

实施例3

三价铁溶铜槽和vcp电镀槽相结合应用于厚板pcb电镀，vcp电镀槽安装脉冲电源，配置电解液：cu2+：20g/l(80g/lcuso4·5h2o)；h2so4：240g/l；cl-：70ppm(0.175ml/l36.5％盐酸)；总铁30g/l；fe3+:2.5g/l；专用厚板电镀添加剂，温度控制28℃至35℃，有效电流密度2.0asd,电镀25um厚度，板厚120mil，通孔孔径8mil，孔内最薄铜厚24.6um,惯孔能力接近100％，电镀效率92.1％。

实施例4

三价铁溶铜槽和vcp电镀槽相结合应用于普通pcb电镀，vcp电镀槽安装脉冲电源，配置电解液：cu2+：20g/l(80g/lcuso4·5h2o)；h2so4：240g/l；cl-：70ppm(0.175ml/l36.5％盐酸)；总铁30g/l；fe3+:2.5g/l；专用高电流密度电镀添加剂，温度控制28℃至35℃，有效电流密度4.0asd,电镀25um厚度，板厚60mil，通孔孔径8mil，孔内最薄铜厚24.1um,惯孔能力接近96.4％，电镀效率92.0％。

喷流泵铺吸入管14的一端在隔板17的底部，吸入从副槽进入主槽的循环管13出来的电解质，以及阴极区域的电解质，主槽往副槽吸入分管7吸入阳极区域电解质流向副槽入口9。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各参数的变化、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

最后应说明的是：在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。