一种带通孔印制电路板的镀铜装置及其电镀方法
【专利摘要】本发明属于印制电路板制造领域，涉及到印制电路板通孔金属化加工方法及设备，尤其是通孔镀铜装置。本发明提供的一种带通孔印制电路板的镀铜装置，包括电源、外槽、内槽、内槽支架、上阳极支架、下阳极支架、上阳极、下阳极、弹性垫圈、阴极组合件、恒温加热装置、打气泵、打气管、电解液循环泵、电解液循环管、三通和储液罐。该装置不仅可以实现高厚径比的印制电路板通孔电镀，具有优良的深镀能力，同时极大提高了整板电镀的均匀性，具有操作方便、劳动效率高等优势。
【专利说明】一种带通孔印制电路板的镀铜装置及其电镀方法
【技术领域】
[0001]本发明属于印制电路板制造领域，涉及到印制电路板通孔金属化加工方法及设备，尤其是通孔镀铜装置。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的进步，电子设备中的关键部件之一一印制电路板也从单面板发展到双面板，多层板。在多层印制电路板中，层间线路是通过金属的微孔实现连接。目前，在印制电路板领域，实现微孔金属化的技术主要有化学镀技术，电镀技术，黑孔电镀技术及导电材料塞孔技术，其中前两者为行业主流技术。由此可见，电镀技术在印制电路板微孔金属化技术中具有重要地位，而电镀装置是实现电镀技术的基本设备。
[0003]在现有的微孔金属化设备中，其结构是改进传统的平面电镀装置，主要有传统打气摇摆式电镀槽，脉冲电镀槽及负压电镀槽三类。对于传统打气摇摆式电镀槽，使用机械方法左右摇摆阴极的印制电路板，并向电镀液中打气加速镀液交换速率，阳极采用磷铜球或磷铜板，阴阳极之间加以直流电源，这种电镀装置对于大直径、低厚径比的通孔电镀具有廉价和操作性较好的优点，但是对于高厚径比的通孔，打气摇摆式电镀槽很难满足电镀要求，特别是微小孔。脉冲电镀槽是对传统打气摇摆式电镀槽进行了改进，其特点在于使用脉冲电流影响电极过程动力学的特效及电极传质过程，从而改善电镀均匀性，提升镀层质量，但该方案仍然无法解决由于电路板层数增加、孔径减小而带来的高厚径比通孔电镀技术难题。中国发明专利⑶200610061541.0提供了一种板通孔负压电镀槽，该电镀槽通过喷射形成压力从而提高镀液在通孔内的交换速率。具体结构及工作原理是:在阴极下方一侧安装一排喷流方向平行于印制电路板面的喷嘴，而在印制电路板异侧的喷嘴交错排列，采用磷铜阳极及直流电源电镀，该电镀槽对印制电路板板面镀液交换速率提升较高，但在通孔两侧形成的负压较小，对孔内电解液传质影响小，难以提高通孔的深镀能力。日本专利(昭60-177195)公开了一种具有通孔布线基板的电镀方法，该方法的核心是将电镀槽分为左右两室，通过调节两槽的液位差，让通孔内的电镀液流动的同时对通孔内表面实施电镀操作，该种电镀方式极大改善了通孔内电解液的传质过程。但在该专利公布的实施装置中，其镀件被垂直放于电镀槽左室和右室之间，同一块有通孔的印制电路板镀件上不同孔洞处于不同的液位，其受到的液压不同，使得不同微孔中的电解液更新速率不同，从而对整块板电镀的均匀性产生影响，另外，该发明采用机械方式密封阴极镀件，镀件更换十分复杂。
[0004]综上所述，目前印制电路板通孔电镀存在有深镀能力差、镀层均匀性差、高厚径比微孔均匀性差、镀件更换难等技术问题。
【发明内容】
[0005]针对上述存在问题，本发明提供了一种带通孔印制电路板的镀铜装置及其电镀方法。
[0006]本发明提供的一种带通孔印制电路板的镀铜装置，包括:电源、外槽、内槽、内槽支架、上阳极支架、下阳极支架、上阳极、下阳极、弹性垫圈、阴极组合件、恒温加热装置、打气泵、打气管、电解液循环泵、电解液循环管、三通和储液罐。
[0007]内槽的底部埋置有磁性体且开有窗口，其上水平放置有弹性垫圈与阴极组合件，内槽通过放置于外槽底部的内槽支架支撑固定于外槽内；
[0008]阴极组合件由从下至上依次放置的下框体、下弹性垫圈、镀件、上弹性垫圈和上框体组成，除镀件外均开设有大小相同的窗口，阴极组合件作为整个装置的阴极且水平放置于内槽底部上的弹性垫圈之上，下框体内设有固定上框体的卡槽，其上表面设有放置弹性垫圈和上框体的凹槽，其凹槽外沿设有钩柄，上、下弹性垫圈和上框体的大小与凹槽相匹配；
[0009]上阳极和下阳极分别由上阳极支架和下阳极支架支撑于内槽和外槽，且距阴极组合件的距离相等，弹性垫圈置于内槽底部上，且具有与内槽底部窗口相同大小的窗口 ；
[0010]恒温加热装置设置于外槽底部，打气泵，外槽和内槽通过打气管联通，外槽外部设有通过电解液循环管连接的电解液循环泵，三通及储液罐，且电解液循环管直接联通到内槽和外槽。
[0011]所述阴极组合件还包括一个大小与下框体凹槽匹配，开设有和镀件相同大小的窗口，套装在镀件外围的中间弹性垫圈，该垫圈可使得密封效果更好。
[0012]所述内槽和外槽可采用一个共用槽壁，以达到节约材料的目的，其整个装置的制作材料由于电解液的腐蚀性均采用抗腐蚀材料。
[0013]其电镀方法包括下列步骤:
[0014](1)在下框体凹槽内放置下弹性垫圈，然后将镀件放置于放置于下弹性垫圈上，再将上弹性垫圈放置于镀件上后，将上框体放入下框体中并通过卡槽固定，获得阴极组合件；
[0015](2)将下阳极放入下阳极支架上，然后将弹性垫圈放入内槽底部，再将阴极组合件放于弹性垫圈上，最后将上阳极放入上阳极支架上；
[0016](3)开动电解液循环泵，将储液罐中的电解液泵入内槽之中，并打开恒温加热装置，通过调节三通以调节循环泵的流量，待电镀槽内外槽的液位差与电解液的温度达到预设的值且稳定不变时，打开打气装置和直流电源，实施电镀。
[0017]所述步骤一的镀件外围可套装一个大小与下框体凹槽匹配，开设有和镀件大小相同的窗口的中间弹性垫圈。
[0018]本发明通过:1)、设计阴极组合件通过带窗口的上、下两个框体将有通孔的印制电路板水平夹持于两者之间，并用弹性垫圈和预设于内槽底部与阴极组合件的磁性体实现内外槽的分离和密封，并且阴极组合件的设计极大地方便于电镀时镀件的放入与施镀后的取出，提高劳动效率。2)、施镀时，内外槽中的电解液只能通过水平放置的印制电路板上的通孔和外置的电解液循环泵构成循环回路，实现镀件微孔内电解液的更新，通过增大内外槽电解液的液面差提高通孔内电解液更新速率，不存在镀件表面与孔内的镀液成分等差异，非常适用于高厚径比的印制电路板通孔电镀，有效的提升电镀时的电流效率。3)、内槽底部和下框体埋置的磁性体产生的磁场使印制电路板的镀层晶粒更细致均匀，填充性好，并提高镀层沉积速率。4)、由于印制电路板水平放置于电解液中，板上的各个通孔处在同一水平液面，各通孔受到的液压相同，孔内电解液更新的速率一致，不仅提升了微孔内镀层的均匀性，也可提升镀件整板电镀均匀性及镀件的品质。5)、在内、外槽中设置打气装置，不仅可以维持电解液的均匀性，也可防止电解液通过微孔时的漏斗效应与孔口的尖端效应。
[0019]综上所述，本发明不仅可以实现高厚径比的印制电路板通孔电镀，并且具有优良的深镀能力，同时极大提高了整板电镀的均匀性，并且具有更换镀件操作方便的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的带通孔印制电路板的镀铜装置电镀时的竖截面图；
[0021]图2为本发明中阴极组合件的竖截面图；
[0022]图3为本发明中下框体俯视图；
[0023]图4为本发明中上框体俯视图；
[0024]图5为本发明中弹性垫圈的俯视图；
[0025]附图标记:1-电源；2-外槽；3-内槽；4-1-外槽壁；4-2-共用内外槽壁；5-外槽底部；6-内槽壁；7-内槽底部；8-磁性体；9-内槽支架“0-1-上阳极支架:10-2-下阳极支架“1-1-上阳极“1-2-下阳极；12-弹性垫圈；13-阴极组合件；14-钩柄；15-恒温加热装置；16-打气泵；17-打气管；18-电解液循环泵；19-电解液循环管；20-三通；21-储液罐；22-外槽液面；23-内槽液面；
[0026]13-1-下框体；13-2-上框体；13-3-上弹性垫圈；13-4-中间弹性垫圈；13-5-下弹性垫圈:13-6-带通孔的印制电路板:13-7-磁性体。
[0027]具体实施实例
[0028]如图1所示一种流动电解液印制电路板通孔镀铜装置，包括:电源(1)、外槽(2)、内槽⑶、外槽底部(5)、内槽底部(7)、磁性体(8)、内槽支架(9)、上阳极支架(10-1),下阳极支架(10-2)、上阳极(11-1)、下阳极(11-2)、弹性垫圈(12)、阴极组合件(13)、恒温加热装置(15)、打气泵(16)、打气管(17)、电解液循环泵(18)、电解液循环管(19)、三通(20)和储液罐(21^出于节约材料考虑所述外槽和内槽可共用一部分槽壁(4-2)0
[0029]内槽底部⑵埋置有磁性体⑶且开有窗口，内槽⑶通过放置于外槽底部(5)的内槽支架(9)支撑固定于外槽(2)内；上阳极(11-1)和下阳极(11-2)分别由上阳极支架(10-1)和下阳极支架(10-2)支撑于外槽和内槽，且距阴极组合件(13)的距离相等，弹性垫圈(12)置于内槽底部，且具有与内槽底部窗口相同大小的窗口 ；
[0030]阴极组合件(13)由从下至上依次放置的下框体(13-1)、下弹性垫圈(13-5)3^件(13-6)、中间弹性垫圈(13-4)、上弹性垫圈(13-3)和上框体(13-2)组成，除中间弹性垫圈与镀件外均开设有与内槽底部相同大小的窗口，中间弹性垫圈大小与下框体凹槽匹配，开设有和镀件大小相同的窗口，套装在镀件外围，阴极组合件构成电镀时的阴极且水平放置于弹性垫圈(12)上；下框体内埋置有与内槽底部磁性体(8)相对应的磁性体(13-7),设有固定上框体的卡槽，其上表面设有放置弹性垫圈和上框体的凹槽，其凹槽外沿设有钩柄
(14)，三个弹性垫圈和上框体的大小与凹槽相匹配；
[0031]恒温加热装置(15)设置于外槽底部，打气泵(16)、外槽和内槽通过打气管(17)联通，外槽外部设有通过电解液循环管(19)连接的电解液循环泵(18),三通(20)及储液罐
(21)，且电解液循环管直接通到内槽和外槽。
[0032]其整个装置的制作材料采用抗腐蚀的有机玻璃。
[0033]其电镀具体实施步骤如下:
[0034]步骤一:在下框体内放置下弹性垫圈后将前处理过的厚2.?^分别有6: 1，8:1，9.6:1三种厚径比的通孔印制电路板，放于下弹性垫圈上；然后放入中间弹性垫圈将通孔印制电路板固定，再其上放入上弹性垫圈后将上框体放入下框体内的卡槽内固定，获得阴极组合件。
[0035]步骤二:在下阳极支架上放入磷铜板，在内槽底部放入弹性垫圈后将阴极组合件放入，再将另一磷铜板放入上阳极支架上；上下阳极并联接入直流电源的正极，通孔印制电路板作为阴极接入直流电源的负极。
[0036]步骤三:开动电镀液循环水泵，将储液罐中的电解液泵入内槽之中，并打开恒温加热装置；调节三通以调节循环泵的流量，待电镀槽内外槽的液位差为3^，电解液的温度达到预定温度251，打开打气装置和直流电源，实施电镀。
[0037]电镀结果:
[0038]通孔印制电路板在电流1.00八、气流量条件下在哈林槽中实施电镀50-11后取出，后处理后热风烘干。将镀件样品制作金相显微切片，在金相显微镜下测量电镀层的厚度，利用六点法计算出每个通孔的深镀能力，再取十个孔深镀能力的平均值。厚径比为6:1的孔的深镀能力为67.23%，厚径比为8: 1的孔的深镀能力为54.97%，厚径比为9.6:1的孔的深镀能力为50.45%。
[0039]通孔印制电路板在电流1.00八、气流量条件下在一种带通孔印制电路板镀铜装置中电镀50-=后取出，后处理后热风烘干。将镀件样品制作金相显微切片，在金相显微镜下测量电镀层的厚度，利用六点法计算出每个通孔的深镀能力，再取十个孔深镀能力的平均值。厚径比为6:1的孔的深镀能力为91.52%，厚径比为8:1的孔的深镀能力为69.12%，厚径比为9.6:1的孔的深镀能力为63.55%。
【权利要求】
1.一种带通孔印制电路板的镀铜装置，包括:电源、外槽、内槽、内槽支架、上阳极支架、下阳极支架、上阳极、下阳极、弹性垫圈、阴极组合件、恒温加热装置、打气泵、打气管、电解液循环泵、电解液循环管、三通和储液罐，恒温加热装置设置于外槽底部，打气泵、外槽和内槽通过打气管联通，外槽外部设有通过电解液循环管连接的电解液循环泵，三通及储液罐，且电解液循环管直接联通到内槽和外槽，其特征在于: 内槽的底部开有窗口，其上依次水平放置有弹性垫圈与阴极组合件，内槽通过放置于外槽底部的内槽支架支撑固定于外槽内； 阴极组合件由从下至上依次放置的下框体、下弹性垫圈、镀件、上弹性垫圈和上框体组成，除镀件外均开设有大小相同的窗口，阴极组合件作为整个装置的阴极且水平放置于内槽底部上的弹性垫圈之上；下框体内设有固定上框体的卡槽，其上表面设有放置弹性垫圈和上框体的凹槽，其凹槽外沿设有钩柄，上、下弹性垫圈和上框体的大小与凹槽相匹配；所述内槽底部和下框体埋置有互相配合的磁性体； 上阳极和下阳极分别由上阳极支架和下阳极支架支撑于内槽和外槽，且距阴极组合件的距离相等，弹性垫圈置于内槽底部上，且具有与内槽底部窗口相同大小的窗口。
2.如权利要求1所述带通孔印制电路板的镀铜装置，其特征在于:所述阴极组合件还包括一个大小与下框体凹槽匹配，开设有和镀件大小相同的窗口，施镀时套在镀件外围的中间弹性垫圈。
3.如权利要求1所述带通孔印制电路板的镀铜装置，其特征在于:所述阳极支架高度可调。
4.如权利要求1-3任一所述带通孔印制电路板的镀铜装置，其特征在于:所述内槽和外槽采用一个共用槽壁。
5.如权利要求1所述带通孔印制电路板的镀铜装置的电镀实施方法，包括下列步骤: 步骤一、在下框体凹槽内放置下弹性垫圈，然后将镀件放置于下弹性垫圈上，再将上弹性垫圈放置于镀件上后，将上框体放入下框体中并通过卡槽固定，获得阴极组合件； 步骤二、将下阳极放入下阳极支架上，然后将弹性垫圈放入内槽底部，再将阴极组合件放于弹性垫圈上，最后将上阳极放入上阳极支架上； 步骤三、开动电解液循环泵，将储液罐中的电解液泵入内槽之中，并打开恒温加热装置；通过调节三通以调节循环泵的流量，待电镀槽内外槽的液位差与电解液的温度达到预设的值且稳定不变时，打开打气装置和直流电源，实施电镀。
6.如权利要求5所述电镀实施方法，其特征在于:所述步骤一的镀件放置前，其外围套装有一个大小与下框体凹槽匹配，开设有和镀件大小相同的窗口的中间弹性垫圈。
【文档编号】C25D17/02GK104404589SQ201410710003
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】王守绪, 陈国琴, 何为, 周国云, 王翀, 冀林仙, 陶志华 申请人:电子科技大学