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用于电解处理工件的方法和传送系统

阅读:324发布:2023-02-23

专利汇可以提供用于电解处理工件的方法和传送系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且为了避免传送系统中的 工件 3.x的 电解 处理期间的边缘效应(在工件欲被处理的边缘处增加的 电场 线 密度 ),对于工件位于各不同 电极 5.x的正对面的情况,源自设备中不同电极5.x的 电流 被设置为若干数值,该数值是工件3.x欲被电解处理的表面积的函数。此外,工件3.x和电极5.x之间的距离被选择为最大50毫米。为此目的,提供了用于独立地控制和调整电极5.x的每个单一电流供给单元15.x的装置19。该装置19的配置使得对于工件位于各不同电极5.x正对面的情况,源自不同电极5.x的各电流被设置为若干数值,该数值是工件3.x欲被电解处理的表面积的函数。,下面是用于电解处理工件的方法和传送系统专利的具体信息内容。

1、一种在传送系统中电解处理多个工件的方法,其中这些工件 在一个输送方向上被引导通过该系统,及其中当这些工件被引导经过 对电极时,利用源自输送方向上呈前后设置的对电极电流对这些工 件进行电解处理,其中对于这些工件位于不同对电极的正对面的情 况,源自不同对电极的各电流被设定为正比于这些工件欲被电解处理 的表面积,并且其中这些工件被引导通过这些对电极、且与这些对电 极的最大距离为50毫米。
2、权利要求1的方法,其中对于这些工件位于各单一的对电极 的正对面的情况,通过确定这些工件欲被电解处理的表面积,及通过 从电流与已确定的表面积总和的直接关联性中导出电流来确定源自 一个单一的对电极的电流。
3、如以上任一权利要求的方法,其中对于这些工件位于一个单 一对电极的正对面的情况,工件欲被电解处理的表面积是通过确定该 工件与该对电极的相对重叠度来确定的。
4、如权利要求3的方法,其中工件与一个单一对电极的相对重 叠度是通过确定该工件相对于该对电极的实际位置,及通过计算考虑 到该工件形状与该对电极形状的重叠度来确定的。
5、如权利要求4的方法,其中该传送系统内的工件的实际位置 是通过确定该工件被引导经过该传送系统内预定位置时的瞬时时间, 及通过从该预定位置起逻辑地追踪该传送系统内的该工件来确定的。
6、如权利要求5的方法,其中该传送系统内的该工件的实际位 置是在高达20秒的时间间隔内确定的。
7、如权利要求4-6中的任一权利要求的方法,其中该传送系统 内的工件的实际位置是在该工件已于输送方向上前进最大60毫米后 确定的。
8、如权利要求1或2的方法,其中通过确定以时间积分工件的 瞬间传送速度所涵盖的距离,或通过添加一增量式或绝对式位移编码 器的脉冲,而在传送系统内对该工件进行逻辑式追踪。
9、如权利要求1或2的方法,其中源自不同对电极的电流被另 外地设置一个校正因数,该因数以被引导经过各对电极的这些工件的 导电率为函数,以避免金属沉积物的烧灼。
10、如权利要求9的方法,其中该校正因数被设置为小于或大于 1,其中在金属-电期间,其随着金属沉积物厚度的增加而自一小值 开始持续或逐渐增加至1,或自一高值开始降低至1。
11、如权利要求1或2的方法,其中工件被引导经过这些对电极、 且与这些对电极的距离介于2-15毫米。
12、如权利要求1或2的方法,其中欲以不同方式电解处理的这 些工件是在其被引导通过该传送系统时以一延伸于输送方向的间隙 相互隔离的,该间隙至少与对电极在输送方向上的延伸一样长。
13、如权利要求1或2的方法,其中欲以不同方式电解处理且位 于传送系统内的这些工件的传送速度随着该工件被引导通过该传送 系统而变化,及其中不同工件的电解处理的效果所产生的差异,可通 过随着工件被引导经过这些对电极时调整源自不同对电极的电流来 补偿。
14、一种用于电解处理多个工件的传送系统,包含:
a.用于在输送平面及输送方向上输送这些工件通过该系统的装 置,
b.在输送方向上彼此前后设置且沿着该输送平面配置的至少两 个对电极,
c.用于各对电极的至少一个电流供给单元,及
d.用于独立地控制每个单一的电流供给单元的装置,
e.用于感应这些工件的实际位置的装置,
其中用于独立地控制每个单一电流供给单元的该装置的配置使 得对于这些工件位于不同对电极的正对面的情况,源自不同对电极的 电流可分别被设置为正比于这些工件欲被电解处理的表面积,及其中 对电极与输送平面之间的距离为最大50毫米。
15、如权利要求16的传送系统,其中用于独立地控制每个单一 电流供给单元的该装置的配置使得源自各对电极的电流与这些工件 欲被电解处理的表面积和这些工件和所述对电极的相对重叠度成比 例。
16、如权利要求14或15的传送系统,其中用于检测这些工件的 位置的装置包括至少一个传感器,用于确定该工件被引导经过该传感 器时的瞬时时间;及从该传感器位置起逻辑跟踪所述式件的装置。
17、如权利要求16的传送系统,其中用于逻辑地追踪工件的装 置是用于以时间积分该工件的瞬间输送速度的装置或一增量式或绝 对式位移编码器
18、如权利要求14或15的传送系统,其中这些对电极与输送平 面之间的距离在2-15毫米范围内。
19、如权利要求14或15的传送系统,其中这些电流供给单元是 电流控制的。
20、如权利要求19的传送系统,其中这些电流供给单元可自0 安培开始持续或逐渐地被调整至额定电流。
21、如权利要求14或15的传送系统,其中这些对电极彼此电绝 缘。
22、如权利要求14或15的传送系统,其中至少一些对电极在基 本上横向于输送方向上被分割成对电极段,及其中源自每个对电极段 的电流可以独立地设定。
23、如权利要求22的传送系统,其中这些对电极段彼此电绝缘。
24、如权利要求14或15的传送系统,其中一可被电场线穿透的 电绝缘体被提供在输送平面与对电极之间。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种用于电解处理工件的方法与传送系统,更具体而 言,涉及一种用于处理印刷电路板及其他电路载体的方法与传送系 统。

现有技术

用于印刷电路板技术中的传送系统基本上包含例如一电槽,该 电镀槽中填入电解液及配置阳极阴极。一输送装置将欲处理的工件 传送通过设备,在板状工件的情况下工件被维持于一垂直或平方 位,输送装置可为一使用输送辊或输送夹的装置。在电解蚀刻中,工 件为阳极性而对电极为阴极性,在电解金属-电镀中,工件为阴极性, 而对电极为阳极性。工件的电解式接触可以通过接触轮或接触夹达 成。例如德国专利DE3632545A1揭露了一个电镀装置,其中接触轮 用于电接触以水平方位传送且以水平输送方向被传送通过传送系统 的电子印刷电路板,此外,德国专利DE3645319C2揭露了一个电解 处理电子印刷电路板的设备,其中该板是利用亦被传送通过设备的接 触夹做电接触,在此例子中,工件可以具有或不具有板的形状,工件 亦可以利用接触辊做电接触。在板状工件的例子中,接触辊延伸在横 向于输送方向的工件的整个宽度。为了达成电接触,已知可使用滑过 板状工件例如电子印刷电路板的边缘的分段式及非分段式接触轮。

为了方便操作人员操作及构造,传送系统通常包含数个隔开的对 电极。在蚀刻期间,需经常拆除这些对电极以去除金属沉积物。当可 溶性阳极被用于电解金属-电镀法时,其通常需被拆除以做维修,特 别是为了清洁及更换金属时。以输送方向观之,可溶性阳极通常亦包 括不连续部分。

由于经济的原因,实施时位于工件相对的一侧的对电极是利用一 整流器供给电流的,位于工件另一侧的对电极则通过另一整流器供给 电流。在印刷电路板技术中,不同尺寸的板及膜即在此传送系统中电 解处理,其在一列中相隔或紧邻地输送一小段距离。为了避免工件边 缘处的电流密度过高(即边缘效应:在印刷电路板边缘处增加的电场 线密度),已知的是使用技术上极为复杂、可调整、电绝缘的遮蔽物。

基于此目的,例如世界专利WO9849375A2揭露了一个用于电解 处理印刷电路板的装置,其中屏蔽物处于电子印刷电路板的输送平面 与对电极之间,各屏蔽物的配置可形成至少两个基本上平行的平坦部 分,一屏蔽部分被配置为与输送平面相对而另一屏蔽部分则被配置为 与对电极相对。屏蔽物可在基本上横向于传送方向上滑动地载送,但 是使用此屏蔽物的成本很高。

这些屏蔽物的另一缺点在于,尽管这些屏蔽物可在电解金属-电 镀期间甚至于在电子印刷电路板的侧向边缘区域中得到均一的涂层 厚度,但是横向于输送方向延伸的印刷电路板前缘与后缘无法受到屏 蔽物的保护,因为其是连续性地被输送通过设备且被电解处理的。

在生产过程的起点处,电镀设备中并无印刷电路板,由于边缘效 应,进入设备的第一印刷电路板前缘以过高的电流密度被处理,结果, 此第一印刷电路板的其他区域,以及可能的后续第二印刷电路板,就 会以过低的电流密度被处理。造成其表面上有涂层厚度分布的瑕疵, 该瑕疵在使用WO9849375A2所揭露的可滑动屏蔽物时也是不能避免 的。

为了避免通过设备的印刷电路板前缘与后缘处的边缘效应,用于 电解金属-电镀印刷电路板的设备在实施时需先装入模型(模型:不 适用于生产的印刷电路板,用于替代生产材料)。只有这时用于供给 电流的整流器才可进行操作并且生产板可以流动,依此可避免生产板 上的前缘烧灼及涂层厚度瑕庇。在电解金属-电镀期间,烧灼会导致 穿孔成粉状金属沉积物。其偶而会在所用的电解液电流密度过高时发 生。在使用模型的情况下并不期望形成粉末,因为在模型的金属-电 镀期间,在模型通过设备时由经过模型的紊流而使金属粉末脱离其表 面且被携入工作区的电解液内。随后,这些粒子亦会被携至生产板的 表面,形成共同沉积,而造成不利的表面粗糙度,尽管可利用复杂的 电解液过滤器减低此粗糙度,但是无法一起免除。因此,在细线印刷 电路技术中必须彻底避免在印刷电路板的电解金属-电镀期间发生的 烧灼以避免废品的产生。在生产过程的终点处,若印刷电路板列中有 间隙或当产品有变化时,如印刷电路面积及/或电流密度变化时,模 型亦需以相同于生产过程起点处所述方式处理,因为在这种情况下, 若未使用模型板,则横向于输送方向延伸的印刷电路板边缘区域会以 增高的电流密度处理,而板上的邻近区域则以减低的电流密度处理。 当欲处理的产品经常改变时,将模型载入设备内尤其不经济,大多数 原因是设备内需取得足量模型。由于成本的原因,模型被多次使用, 因此当其用于金属-电镀设备时会有增加厚度的金属层形成于其上。 因此,涂层厚度经常远大于欲生产的印刷电路板上的初始涂层厚度, 使得金属层的导电率为生产板上电解处理层的导电率的10至1000 倍。结果,模型的电解处理增加了生产板的缺点。通常,模型仅在其 由于金属结而造成大涂层厚度或过为锐利的边缘使得其变得过重 而危及设备时才报废。基于上述原因,应用模型来避免边缘效应是不 经济的而且也是传送系统的操作人员所不期望的。

在连续生产期间,在一列相同印刷电路板中从一个印刷电路板至 下一个印刷电路板的距离应小一些,在理想情况下,该距离应为零。 实施时,在平均电流密度下(例如6A/dm2),当印刷电路板上的可用 面积仅在距其边缘20毫米的距离开始时,则可容许从一个印刷电路 板到下一个印刷电路板具有15毫米的距离。现在对于较高电流密度 (例如12A/dm2)及较窄、不可使用边缘面积的要求会增加边缘效应 所引起的问题。因此,从一个印刷电路板至下一个印刷电路板的间隔 需更小并更准确。

DE3939681A1揭露了一种在传送电镀设备中控制运作的方法,其 中先后传送通过设备的电子印刷电路板之间的间距被直接检测或通 过印刷电路板的位置而检测,及其中阳极的电流依据此检测结果而导 通或切断,以致于电场线密度在印刷电路板的所有区域中大致上皆相 同。感应器检测连续的印刷电路板之间的距离。若在连续的板中有过 大的间距,其下方及上方的阳极通常被切断,即在印刷电路板输送通 过设备期间位于连续的板之间的间隙下方或上方的阳极在该瞬间被 切断。场线集中及生成于印刷电路板前缘与后缘上的增加沉积物可因 而避免。实施时,也有此情况,可以轻易了解的是,当阳极对一一切 断时,不仅通过被切断的阳极的印刷电路板的边缘未做电解金属-电 镀,而且以输送方向视之,在大致相对应于已切断的阳极的长度上的 印刷电路板的全部区域亦未做电解金属-电镀。因此,位于前缘后面 及后缘前方的印刷电路板区域未做电解金属-电镀,或者在前及/或后 缘产生过高的电流密度。此外,当阳极依此方式切断时,切断的阳极 的电流流入导通的阳极,使得金属-电镀因而以不必要的较高电流密 度来执行,此方法仍可避免烧灼及沉积金属生成的粗糙度,其亦用于 此目的。但是,此技术无法使位于印刷电路板列中一间隙前方及后方 的至少两个印刷电路板免于报废。当印刷电路板因为细线印刷电路技 术及SBU技术(依序组立)而日益昂贵时,这种废品是不容许的。

在SBU技术中,使用欲做电解金属-电镀的例如0.5微米厚度无 电的所有层。相较于5-17.5微米厚度的现有印刷电路板技术的电 解铜层,此薄层具有一高欧姆电阻。如上所述,至少一部分设备需在 印刷电路板进入前先填充模型,以容许生产板的电解金属-电镀没有 废品。相较于由无电铜构成的SBU层,这些模型的导电率大约要高 1000倍。若SBU板是在模型之后送入设备中或若其在模型之前离开 设备,阳极的电解电流就无法关于表面积而成比例地被分布于相邻板 上。电流基本上流至高导电性的模型板上。实际上SBU板并未做电解 金属-电镀。若在化学蚀刻电解液中使用不可溶的阳极,特别是当电 解液含有化还原电偶化合物时,例如Fe2+/Fe3+化合物,则远离接 点的SBU板区域有遭蚀刻的危险,换言之为完全受到破坏。优选为, 模型后方或前方的第二或第三SBU板可在这些条件下使用。否则报废 这些昂贵的SBU板是不可接受的。

为了按照理想方式调整用于浸入电解液内的第一工件的电解金 属-电镀电流,日本专利JP61133400A的摘要中建议了一种电镀装置, 其备有一长形电镀电池以用于欲处理的工件,其含有电镀液及备有排 成列的阳极板,且分别供以电流,工件以一端沉入电镀液,整流器的 供给电流则随着工件沉入电镀液的速度而逐渐增加,故可避免烧灼。

为了避免在电子印刷电路板上的电路迹线在电解处理期间的点 效应而导致变化的电场线密度且造成不同宽度的电路线图有不同的 局部处理效果,DE4417551C2建议利用电绝缘距离构件以保持印刷电 路板与阳极之间的固定距离,该距离最大为30倍于窄电路线图的标 称宽度。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种方法与传送系统,应用该方法 和系统可避免上述缺点。
更具体而言,本发明的目的是容许连续工件,尤其是在传送系统 内的电子印刷电路板及其他电路载体的电解处理,其被依序间隔开任 何距离而无上述边缘效应发生及在电解金属-电镀处理期间不会产生 烧灼。
此外,本发明的另一目的是实现即使在未使用模型及屏蔽物时, 尤其是在工件进入及离开系统时及在产品更换期间,及当用于电流密 度的电镀指令数据在处理期间改变时,仍不致发生这些问题。
本发明的另一目的在于由施加到工件上的过高或过低的局部电 流密度所致的处理瑕疵不会在上述生产条件下发生。
此目的的解决方案通过一种在传送系统中电解处理多个工件的 方法及一种用于电解处理多个工件的传送系统来实现。
一种传送系统装置是指其中工件以水平输送方向被传送且同时 电镀,水平传送系统指其中工件是在输送期间呈水平方位而垂直传送 系统指工件呈垂直方位。
使用印刷电路板的这种电子电路载体是指其包括板状叠层,其可 包含若干介电质及金属层且可具有孔(通孔、隐埋孔及盲孔),其亦 可包括以下结构,即非板状且用于被固定及电接触于这些电路载体上 的电子组件的电连接。该印刷电路板也可以是备有电路线图结构的三 维配置。此外,使用印刷电路板的其他电路载体是指例如包括混合系 统在内的芯片载体。原则上工件不仅可解释为印刷电路板,亦可为用 于其他目的的任意产品。
在下文中指出工件被配置于对电极的对面,这就意味着对电极与 工件被配置为具有一定的距离间隔,优选为当对电极与工件皆呈板状 时对电极与工件位于平行的平面内。易言之,当对电极与工件被配置 为具有一复杂的三维形状时,对电极与工件可因此被配置为具有一个 预定的距离间隔,对电极与工件的某些表面相互面对且间隔一均值的 距离。
在下文中,对于这些工件(瞬间)位于不同对电极的正对面的情 况,源自不同对电极的这些电流被设定为若干数值,该数值以这些工 件欲电解处理的表面积为函数,这就意味着不同电流值实质上可表示 为(瞬间)位于各不同对电极正对面的这些工件欲电解处理的表面积 的函数。其并未排除不同电流值可另外地依赖于其他影响因素。欲电 解处理的表面积是由工件表面上的导电性区域形成的,非导电性区域 并不构成欲电解处理的表面积。据此,工件的欲电解处理的表面积可 对应于工件的全部或仅一部分表面积。
在下文中,只要工件与对电极基本上平行,就可确定工件与一对 电极之间的相对重叠,且意味着该对电极向工件的表面具有垂直方向 的突出。
本发明的方法涉及本发明的传送系统涉及工件的电解处理,更具 体而言涉及印刷电路板及其他电路载体的电解处理。
在该方法中,工件在输送方向上呈前后设置地被引导经过该系 统。当这些工件被引导通过对电极时,利用源自输送方向上呈前后设 置的对电极的电流对这些工件进行电解处理。根据本发明,对于这些 工件位于不同对电极的正对面的情况,源自不同对电极的电流被设定 为若干数值,该数值以这些工件欲被电解处理的表面积为函数。此外, 可以确定的是这些工件被引导经过对电极的最大距离为50毫米,优 选为2-15毫米。
根据本发明的传送系统包含:
a.用于在输送平面及输送方向上输送这些工件通过该系统的装 置,
b.在输送方向中彼此前后设置且沿着输送平面配置的至少两个 对电极,这些对电极相隔于输送平面的最大距离为50毫米,优选为 2-15毫米,
c.用于各对电极至少一电流供给单元,及
d.用于独立地控制每个单个的电流供给单元的装置,该装置的配 置使得对于这些工件(瞬间)位于不同对电极的正对面的情况,源自 不同对电极的电流可分别设定为若干数值,该数值以这些工件欲被电 解处理的表面积为函数。
此外传送系统优选为包含用于电接触工件的装置,及用于将处理 流体与工件和对电极接触的装置。
与DE3939681A1中所述的方法相比,当通过工件的间隙时不同对 电极的电流被不完全切断,且当通过后即再次导通。在此,每个单一 的对电极的电流被独立地控制及设定,瞬间通过各对电极的工件欲被 电解处理的表面也被加以考虑以用于其控制。结果,电流可在工件通 过时依需要而准确地调整,从而避免横向于输送方向延伸的工件边缘 上的不利边缘效应。据此,当工件进入或离开设备或在工件之间隙时, 例如当工件在不同生产条件期间先后处理时,不再需要使用模型。据 此,任意尺寸的间隙可以提供于先后通过系统的工件之间,且即使在 这些间隙内无模型时亦无边缘效应。电流是在控制系统中以I=J·A(I: 电流,J:电流密度,A:面积)计算的。
在不同对电极上的电流I亦按照通过的工件表面积A而独立地设 定,当实施DE3939681C2中所述的方法时造成的缺失就可克服,亦即 当一个对电极的电流减低时另一对电极的电流则自动增高,反之亦 然。为了容许不同对电极的电流按照本发明而独立地设定,所有对电 极的电流彼此独立地设定及控制。基于此目的,为每个对电极及装置 提供了至少一个电流供给单元用于独立计算、控制及设定每个单一的 电流供给单元。
在本发明的优选实施例中,源自单一对电极的电流的设置方式为 对于这些工件位于各对电极的正对面的情况,可确定这些工件欲被电 解处理的表面积,且从电流与已确定的这些工件欲被电解处理的表面 积的总和的直接关联性得到该对电极的电流。基于此目的,提供了用 于独立地控制及设定每个单一电流供给单元的装置,该装置的配置使 得源自各对电极的电流可被设置为这些工件欲被电解处理的表面积 以及这些工件与该对电极的相对重叠度的函数。
对于这些工件位于不同对电极的正对面的情况,源自不同对电极 的电流与工件表面积总和的上述直接关联性具体是指对于这些工件 位于各对电极的正对面的情况,这些电流成正比于这些工件欲被电解 处理的表面积。
对于这些工件位于单一的对电极的正对面的情况,这些工件欲被 电解处理的表面积就可由这些工件欲被电解处理的总表面积以及这 些工件与对电极的相对重叠度来确定。
工件与单一对电极的相对重叠度具体地可通过确定该工件相对 于对电极的实际位置及通过计算其重叠度,考虑到该工件的形状与该 对电极的形状来确定。为了确定工件在传送系统中的实际位置,可先 确定该工件通过传送系统的预定位置时的瞬时时间。随后在传送系统 中自此位置起逻辑式追踪该工件。在传送系统中,具体地是通过确定 以时间积分这些工件的瞬间输送速度所涵盖的距离,或通过添加一增 量式或绝对式位移编码器的脉冲,而进行逻辑式追踪工件的。位移编 码器的一个脉冲例如相当于在输送方向上由工件涵盖的1毫米的距 离。
为了确定工件在传送系统中的实际位置,提供了用于检测该工件 在系统内的位置的装置。该用于检测位置的装置包含至少一个用于确 定工件通过该感应器的瞬间的感应器,及用于从感应器的位置起逻辑 地追踪该工件的装置。用于逻辑地追踪工件的装置优选为用于以时间 积分该工件的瞬间输送速度的装置,或一增量式或绝对式位移编码 器。
在传送系统内的工件的实际位置可以优选为以最大高达20秒的 时间间隔来确定,或在该工件已于输送方向上前进最大60毫米后来 确定。较特别的是当输送速度低时,例如0.3米/分的速度,则时间 间隔加长时确定该位置。
在源自不同对电极的电流的控制及设定期间,对工件可能有不同 导电率的事实加以考虑,例如由于工件是由具有极薄电金属涂层的非 导电性材料构成的,例如依SBU方法处理的印刷电路板,则源自不同 对电极的电流另可由一校正因数调整,该因数以通过各对电极的工件 导电率为函数,这种方式可避免金属沉积物烧灼。例如,若不考虑这 种情况,则低导电性的工件就无法令人满意地被处理,例如薄金属涂 层会由过高的电流损伤。
电流通过乘以一小于1的校正因数而分别处理,就可得到电解处 理的缓和处理条件。在金属电镀期间,此校正因数是随着金属沉积物 厚度的增加而自一小值开始持续或逐渐增加至1。结果,电解沉积于 工件上的金属厚度是在工件自一对电极行进至另一个的输送方向中 增加,在某些条件下,一校正因数可选择大于1,例如当电解处理已 由低于电流密度给定值的电流密度执行后,某个工件的电流升高至电 流密度给定值以上时,可补偿降低的现有电解处理的效果。
工件通过对电极的距离优选为以工件的电流密度为函数而选定, 例如若设定一高电流密度,则该距离被调整为小于当选定的电流密度 较小时的距离。通过调整工件传送的输送平面与对电极之间的一较小 距离,边缘效应可以减小,这是因为相对于工件上导电性表面积之间 的间隙的距离减小了。由于边缘效应在高电流密度时特别明显,故其 特别需要在这些条件下减小间距。
当对电极与工件传送的输送平面间的距离较小且可调整至一极 低值时,其优点在于提供了可供电场线穿透的处于输送平面与对电极 之间的电绝缘,以防止对电极与工件之间短路
应用本发明的方法及本发明的传送系统,工件可以在不使用模型 的情况下处理,本发明在需以不同方式处理的工件被先后处理时也是 可行的。在这种情况下,可以依顺序处理工件而在输送路径中无大间 隙。由于在这种情况下,源自对电极的电流经常需在一种工件更换成 另一种时改变,当工件通过传送系统时必须被相互隔开一个在输送方 向上延伸的间隙,该间隙至少等长于输送方向上的对电极的延伸。在 这种情况下使用传统方法时,需在这些间隙中放置模型,以避免边缘 效应。由于对于工件位于各对电极的正对面的情况,源自对电极的电 流可设定为工件欲电解处理的表面积的函数,因为不需要使用模型, 上述问题就不会发生。
若在传送系统内的工件欲以不同方式电解处理,则需随着其通过 传送系统来改变工件的传送速度。当变速处理的工件在系统内已经在 总处理时间的一部分时间内被处理时,并且当在系统内连续的这些工 件且欲以不同传送速度处理的其他工件已在系统内时,工件的传送速 度最好改变。在这种情况下,源自对电极的电流需被补偿以调整与参 考条件相关的工件处理条件。
为了容许源自对电极的电流做单独地调整,电流控制式电流供给 单元例如电解液电池整流器或单极或双极式脉冲产生器优选为用于 供给电流。
对电极优选为在输送方向中彼此前后设置,较特别的是彼此电隔 绝,以防止电流流动于对电极之间,因为对电极可能因电流控制而有 不同电位。
由于提供给工件的电流会在工件的金属涂层中造成电位降,位于 距工件接电位置有一个大距离的涂层区域可能无法再以充足的处理 电位进行处理,因此处理这些区域将不可行。在基本上横向于输送方 向分割至少一些对电极时,电位降即可通过适当地控制各分段的电流 而补偿。在本发明的优选实施例中,至少一些对电极因而在基本上横 向于输送方向上被分割为至少一些对电极段,各对电极段的电流可以 各别设定,这种分段与源自这些段的电流的独立控制及设定可容许进 一步均匀化通过设备内工件输送方向的电流密度。这种方式在处理具 有一极薄金属涂层的工件时特别有利,因为对电极若未分段则涂层的 导电率太低以致于无法均匀供给电流于涂层。同时在这种情况下,有 利的是令对电极分段彼此电隔绝,以防止电流流动于对电极段之间。
为了简化说明,在下文中仅针对应用直流电的电解金属-电镀来 描述本发明,优选地应用传送系统内的印刷电路板技术的例子,这些 印刷电路板以水平方位被输送通过该传送系统。原则上本发明亦涉及 电解蚀刻及其他电解处理方法,以下的附图可用于阐述本发明。

附图说明

图1是一水平传送的金属-电镀系统的横截面侧视简图,
图2是图1所示系统的横截面前视简图,
图3是图1所示系统的顶视简图。
图中所示相同的参考编号具有相同意义,依此,阅读者亦可参考 文后的编号表。

具体实施方式

图1中所示的传送系统1备有一电镀槽1,该电镀槽1填注以电 解液2,电解液2由浦(图中未示)循环及输送至板状工件3。此 传送系统优选为使用于印刷电路板技术,在以下的实例中,工件3为 印刷电路板或印刷电路膜。但是,本发明并不限于印刷电路板技术。
电解液2的高度4延伸至欲用于电解处理印刷电路板3上侧的上 阳极5.x(5.1、5.2、5.3、5.4)以外,下阳极6.x(6.1、6.2、6.3、 6.4)则用于并行地电解处理印刷电路板3下侧,上及下阳极5.X、 6.x可为可溶性或不可溶性阳极。利用输送辊7或输送轮通过一槽形 开口将印刷电路板3送入电镀槽1,输送辊7由辊驱动达8的轴及 齿轮驱动。位置感应器9扫描印刷电路板的行进列及检测每一印刷电 路板3的长度,从而检测两个印刷电路板3之间的间隙10的长度。 在用于印刷电路板3的电解金属-电镀系统中,输送速度通常为 0.15-3米/分。在电镀槽1内,印刷电路板3在进入系统、电接触并 被传送通过系统时由环形回转夹具11夹持。夹具驱动马达12用于被 成一排放置在一皮带23、齿轮带或链条上的夹具的输送,每个夹具 的滑动式接点13用于电接触夹具11,这些滑动式接点13在一共用 的滑动轨道14上滑动,该滑动轨道电连接于上电解液电池整流器 15.x(15.1、15.2、15.3、15.4)的一极及下电解液电池整流16.x(16.1、 16.2、16.3、16.4)的相对应的极。电解液电池整流器15.x、16.x的 另一级则仅电连接于一个相关联的阳极5.x、6.x。电解液电池整流 器15.x,16.x因而可向一上或下阳极5.x、6.x供电。当输送方向(如 箭头所示)上的阳极5.x、6.x的长度选为较小时,亦可向一组上或 下阳极5.x、6.x或阳极组件供电。
在日益增加应用的细线技术中,需要与涂层厚度相关的极高的精 确度,此可通过在传送系统内形成多个电解电池来实现,这些电池各 包括一个单一阳极5.x、6.x及位于上方或下方的阴极印刷电路板3。 将被独立供应电流的阳极5.x、6.x的长度调整成,例如从印刷电路 板3输送方向所看到的将要被处理的最短印刷电路板3的长度是特别 有利的。从而可对以不同方式处理且同时处于传送系统内的印刷电路 板3实现其电解处理过程中的关于生产可行性、灵活性及精确度的最 佳化。在印刷电路板3的输送方向测量时,阳极5.x、6.x实际上可 具有例如长400毫米的尺寸,其独立地由一电解液电池整流器15.x、 16.x供给电流,电解液电池整流器可视为一直流电源、一单极脉冲 电流源或一双极脉冲电流源。
当阳极5.x、6.x与印刷电路板3之间的间距小时,一平面配置 的离子可穿透绝缘体17可被安装于阳极5.x、6.x与印刷电路板3之 间以防止短路,该绝缘体可防止电流短路,特别是当阳极-阴极的间 距小时。更具体而言,在薄印刷电路板(印刷电路膜)3的电解金属 -电镀期间,可能有电解液流造成膜3偏移,从而导致其接触到阳极 5.x、6.x的危险。绝缘体例如可为有孔或槽形塑胶板、塑胶网或布 料。
阳极5.x、6.x内的电位可能不同,其是由独立地电流供给所致, 因此,建议亦将阳极5.x、6.x彼此隔离,以防止相邻阳极5.x、6.x 彼此往复性地电解金属-电镀及蚀刻,配置于阳极5.x、6.x之间的隔 离条18即用于此目的。
电解水平传送系统由一主控制单元19控制,在此以“控制”表 示。利用系统的配置数据(输送速度、感应器9的位置、阳极5.x、 6.x的尺寸与位置)、欲生产的印刷电路板3的数据的给定值(尺寸、 欲电解处理的表面、电流密度)及设备内的印刷电路板3的实际位置 数据,控制单元19针对各电流源15.x、16.x计算实际的单独的参考 电流。在各计算后,该参考电流以电信号型式,经过由SET表示的控 制线20被传送至相对应的电解液电池整流器15.x、16.x。在电解液 电池整流器15.x、16.x中,各自的控制装置可确保单独计算的电流 流过构成该电池边界的阳极5.x、6.x与印刷电路板3形成的金属电 镀电流型式的各电解液电池21。
在一预定的电流密度,每个电解液电池21所需的处理电流取决 于当时处于电解液电池内的印刷电路板3的欲处理表面积,首先,当 第一印刷电路板3由传送系统送入一电解液电池21时,此表面积并 非固定,因为其亦取决于印刷电路板3的移动。当印刷电路板3前进 时,当时处于设备中的印刷电路板的表面积从零开始增加,直到其完 全占据每个电解液电池。处理电流需随表面积的增加而增加。表面积 一词可视为欲被电解处理的表面积。在印刷电路板3的图样化期间, 此面积明显不同于几何表面积,因为仅有电路线与焊及/或焊盘进 行处理且未电绝缘于例如以一抗焊剂涂布的区域的表面区域,当输送 速度固定且对电极在输送方向上未分段或被分段时,电解电池内单位 时间的表面积增加量是固定的。由简易的几何考虑可以推断,当对电 极并未在输送方向上分段而是与输送方向呈一度时,单位时间的表 面积增加量不是固定的。
为了追踪通过电解液电池21的印刷电路板3,用于输送辊或轮7 的驱动马达8及用于夹具11的驱动马达12被耦合于驱动感应器22, 例如增量位移编码器。再者,至少一个位置感应器9通过印刷电路板 3的边缘及其与其他印刷电路板3隔开的距离来检测印刷电路板3的 位置。在控制单元19中,位置感应器9及驱动感应器22的信号经过 逻辑处理,以致于载以印刷电路板3的传送系统的准确的瞬时图像可 以全程取得。欲计算印刷电路板3的实际传送速度,可以选择地考虑 其长度(产品数据)及自一印刷电路板3前缘通过起至其后缘通过为 止感应器9所检测到的信号的时间差。通过计算到的瞬间表面积,用 于每个电解液电池21的控制单元19产生瞬间的电流给定值以用于电 解液电池整流器15.x、16.x。为了计算这些给定值,除了所需的电 流密度之外,还需考虑印刷电路板3的尺寸或其相关于电镀的表面 积,特别是横向于输送方向的宽度。
实施时,印刷电路板3通常比阳极5.x、6.x要窄。在这种情况 下,阳极5.x、6.x伸出至印刷电路板的侧向边缘外。在印刷电路板 3的此侧向区域中,需避免因为电场线浓度造成过高电流密度所致的 烧灼(点效应)。但是,基于此目的,没有使用习知的技术复杂、可 调整式屏蔽物。根据本发明,改以传送印刷电路板3的输送平面与阳 极5.x、6.x之间的一小段距离(阳极-阴极间距)提供于电解液电池 21中。最大50毫米的此小间距不仅可在平行于输送方向的该印刷电 路板3的侧面避免电场线浓度过高,而且可在印刷电路板3的所有边 缘避免电场线浓度过高,特别是在印刷电路板3的前缘与后缘。结果, 一列印刷电路板3之间的间隙即可为任意尺寸,而无发生于前缘与后 缘的前述烧灼。
为了在整个表面上提供有效于整个表面的电流密度,电流需持续 计算及做可能地调整,因为欲做电解处理的表面的尺寸会不断地因为 阳极5.x、6.x下方的板3的输送而改变。此目标的解决办法是不断 地对传送系统中的印刷电路板3做逻辑式追踪,如上所述,及不断地 计算当前正在阳极5.x、6.x处理的表面积。用于电流供给单元15.x、 16.x的控制单元19计算且持续地改变各阳极5.x、6.x的单独的电 解液电池整流器15.x、16.x的电流的实际给定值。通过将金属-电镀 电流给定值的此持续性计算与金属-电镀电流的调整及阳极-阴极的 小间距相结合,可以在一列印刷电路板3中制成具有任意尺寸的间隙 的印刷电路板3,而无上述缺点发生。
在约12A/dm2的阴极电流密度时,应设定一2-15毫米的阳极-阴 极间隙,若选定一更小的约5A/dm2的阴极电流密度时,阳极-阴极的 间隙可选择更大,例如20-50毫米。在这些情况下,可以使用如 WO9849375A2所述的屏蔽物,其用于更大阳极-阴极间隙的情况。
当印刷电路板3进入电解液电池21时,处理电流如上所述地持 续增加,从而使一个基本上不变的阴极电流密度一直作用于印刷电路 板3的表面,此电流增加亦称为正电流斜度。当一印刷电路板列的最 后一个印刷电路板3离开传送系统时,在每个电解液电池21内就需 要一个减小的电流,以符合所需的处理电流密度。这些负电流斜度亦 在控制单元19内计算,且以一电信号型式传送至电解液电池整流器 15.x、16.x,以据此设定电流。
在一传送系统中,例如阳极可被提供于电解金属-电镀印刷电路 板的水平输送平面上方及下方。在一随机选择的时间,设备内具有两 个印刷电路板:一第一板A及一第二板B。第一板A将仍有20%的表 面积在电解电池内,该电解电池是由阳极中的一个、板A的此表面积 部分及板B的60%表面积部分形成的,所述板B已经有60%的表面积 在所述的电池内。板A处于离开电解电池的点,而板B正进入该电池。
根据10.5dm2(30厘米×35厘米)的板A的电解活性(有效)总 面积计算来自阳极的电流,该板纵向通过该设备(前缘具有30厘米 的长度)。板B的电解活性表面积部分为6dm2(20厘米×30厘米),该 板亦纵向通过该设备(前缘具有20厘米长度)。在10A/dm2的电流密 度给定值时,来自阳极的电流量为:
I=(10A/dm2·20%·10.5dm2)+(10A/dm2·60%·6dm2)=57A
对于各阳极,电流以例如1秒的短间隔重复计算。在两个印刷电 路板A、B为2米/分的输送速度时,这些板在此时间间隔内行进3.3 厘米。行进3.3厘米后,板A的大约10.5%仍在电解电池内,而约 (3.3厘米/35厘米=)9.5%的此板已离开该电池。现在,板B的约 71.1%在电池内,因为约(3.3厘米/30厘米=)11.1%的此板表面积部 分已在此时进入电池。结果,阳极的实际电流为:
I=(10A/dm2·10.5%·10.5dm2)+(10A/dm2·71.1%·6dm2)= 53.7A
结果,此阳极的电流需在1秒内从57安培向下降至53.7安培。
以上已说明了所有印刷电路板具有相同电流密度给定值的一列 印刷电路板3的电解处理,该印刷电路板间隔任意距离而不在列的前 方或后方使用模型,且亦不使用屏蔽物。本发明可以进一步符合实施 中所遇到的需求,根据该技术的状态,这些需求在先前的传送系统中 没有被实现,其包括在一个传送系统中同时电解处理具有不同电流密 度的两列或多列印刷电路板3,且在从第一列到第二列印刷电路板3 的过渡处不使用模型。
最后,在产品改变的情况下,印刷电路板的输送速度亦可以改变, 而不需要如以往般先空载地运转传送系统,且不需要添加模型于印刷 电路板列的任一端。在所有情况下,所需的涂层厚度准确地配合所有 印刷电路板,此可参考其他的附图而更详细地说明于后。
图2是水平传送系统的横截面简图,在此,印刷电路板3以直角 被传送进入到该图的平面内,由此可测量到阳极5、6(横向于输送 方向)比已由夹具11夹持并电接触的印刷电路板3更宽。由于阳极- 阴极间距减小,因此不需要屏蔽物。用于检测各印刷电路板3以及两 个印刷电路板3之间的间隙的实际位置的位置感应器9优选为设置于 印刷电路板3输送路径的边界区域内,同时感应器9可辨识印刷电路 板3是否定向正确,以利于由夹具11夹持。
图2所示为两列夹具11循环地在一输送带23、齿轮带或链条上 回转,每个夹具11备有滑动式接点13且邻靠于右列夹具11中的滑 动轨道14上,右列夹具11则随着其夹持进入该附图平面内的印刷电 路板3而移动,印刷电路板3因此通过滑动轨道14、滑动式接点13 及夹具11供给电流。左侧上的夹具11并未夹持印刷电路板3且移出 了该附图的平面,夹具11不仅用于供给印刷电路板3电流且还用于 传送印刷电路板3。为了充分了解,在图2中偏向下方处还显示了一 个外输送轮轴7。实施时,用于支持及输送印刷电路板3的轮位于欲 输送印刷电路板3的输送平面的正下方。
图3是一水平传送系统的顶视简图,为了简要起见,该设备仅以 4枚上对电极5.x(5.1、5.2、5.3、5.4)及相关的电解电池整流器 15.x(15.1、15.1、15.3、15.4)表示。实施时,此系统则包括高达 20枚上对电极及20枚下对电极15.x、16.x,即20对阳极。在图3 所示的系统中,有三种不同的印刷电路板3.x(3.1、3.2、3.3),即 不同的印刷电路板列3.x,另一印刷电路板3.4则在设备前方,印刷 电路板3.x以输送方向(如箭头所示)被传送通过该设备。
由此可测量到在传送系统内有多种规格并被间隔开不同距离的 印刷电路板3.x,即印刷电路板3.x之间的间隙10有不同尺寸。与 各阳极5.x重叠的各电解有效表面积Ax(A1、A2、A3、A4、A5、A6、 A7)以阴影线表示,这些表面积为目前位于阳极5.x下方的表面积 Ax,这些投影构成一瞬间视图,其不断地改变向前进给的功能。表面 积不断地重复计算,例如在2.5-60毫米的向前进给后或在500毫秒 -20秒的时间间隔内重复计算。
当前位于阳极区内的表面积Ax的总和乘以电流密度给定值产生 浸液电流,电解液电池整流器15.x需在此瞬间设定。在实施中,可 证明在大约10毫米的向前进给后是更新浸液电流的极佳值。据此, 在2米/分的输送速度下,所有整流器电流在一秒内更新3次,此可 用现有控制系统以低成本来实现。电流以小节距变化,利用以上的计 算其亦可连续地改变电流,在这种情况下,电解液电池整流器15.x 由一参考电流值信号连续地触发,通常,此为一模拟量值。
在图3中,仅有面积A1目前位于阳极5.4下方,面积A2、A3与 阳极5.3正相对,面积A4、A5与阳极5.2正相对及面积A6、A7位于 阳极5.1下方。印刷电路板3.1、3.2在输送方向上被隔开一对电极 的长度。此允许对印刷电路板3.1、3.2设定不同的电流密度而没有 任何缺点。印刷电路板3.2、3.3以小于阳极的长度的间隙被分开传 送,由于间隙小,这些印刷电路板3.2、3.3的电流密度无法改变, 因为印刷电路板3.1、3.2在瞬间位于同一阳极5.1的下方或上方。 位置感应器9检测间隙的尺寸。在控制单元19内的表面积的瞬间计 算中会将这些间隙考虑在内。
若多种印刷电路板产品欲以相同电流密度做不同时间长度的处 理,印刷电路板3.x的输送速度就需要改变,实施时,该处理是在欲 以不同方式处理的两列印刷电路板之间的边界转变线大约位于传送 系统中央时实施的。例如增加速度时,前头的印刷电路板3.2(行进 于边界转变线前方)以过短的时间周期处理。此可由印刷电路板3.2 所在的系统区域内的电流密度的暂时性特定增加来补偿,直到仅有末 尾的印刷电路板3.3留在传送系统内为止。若速度减低,相应的阳极 5.4的电流密度即自动地暂时地相应减小,因此不再需要空载地运转 传送系统,如以上所述。
实施时,在传送系统载运期间的产品变化是可预见的,因此,当 印刷电路板产品以各种电流密度被处理时,两列印刷电路板之间的至 少一个对电极长度的间隙10被可控制地满足,此外,传送系统不再 需要空载地运转。
实施时出现在印刷电路板3.x之间的非计划性间隙10是无法预 见的,例如印刷电路板可能被从列中去除以供测试或者因紊乱而在该 设备中引起堵塞,这时板3.x就会因而相互偏移。在实施本发明时, 位于间隙10前或后方的印刷电路板3.x不需再报废。
当印刷电路板3.x的序列进入设备的装载位置后未变化时,每个 电解电池内的相对应(重叠)的阳极及印刷电路板(阴极)表面积全 程皆为已知,这些数据一直在主控制单元内被计算及储存,以计算电 流及电流斜度的实际电解液电池整流器给定值,在每个电解液电池整 流器15.x中,瞬间需要的处理电流是由测量和控制技术中已知的控 制与调整装置设定的。为了使这些电流均匀分布于印刷电路板3.x的 表面上且使其边缘不先做处理,需在电解电池内选择一个足够小的阳 极-阴极间距。如上所述。
阳极可被配置为不做分段或在横向于输送方向上分段(图中未 示),在分段式阳极的情况下,阳极段都被分派到一个单独的电解液 电池整流器中,还可以对各阳极段独立地计算印刷电路板3.x的瞬间 相应的表面积。由此,电解液电池整流器的电流给定值即可形成。当 传送系统内的电解液电池整流器的数量增加时,适合提供给电解液电 池整流器15.x一个经由一串行总线系统,例如Profilbus或Ethernet 至主控制单元19的控制链路。
若印刷电路板3.x欲做电解金属-电镀,该电镀可提供0.5-5微 米厚度范围的一个极薄的铜覆层,则本发明亦可用于限制初始的电流 密度,以避免例如烧灼。利用储存于控制单元19内的数据,利用一 校正因数,可将初始电流密度设定为一减小值。当金属-电镀进行时, 根据导电层厚度的增加,可在一个或多个步骤中或连续地将电流密度 动态调整至标称电流密度,从而可快速且高品质地在印刷电路板表面 上形成各层。
位置感应器9可位于电镀槽1内或外,若感应器9位于电镀槽1 内,其需能抵抗所使用的电解液,若其被定位在接近于夹具夹持印刷 电路板3.x处,感应器9亦可检测可能出现在传送系统内印刷电路板 3.x的进入处与夹具11抵达处之间的输送误差。如图2所示的备有 驱动感应器的22的通用马达8、12亦可取代图1、3所示的驱动马达 8、12,在这种情况下,并未使用将辊驱动马达8及夹具驱动马达12 同步的控制手段。
本发明不仅适用于电子印刷电路板的电解处理,亦适用于处理将 要被电解金属-电镀、蚀刻或仅在一表面侧以任何其他方式被处理的 工件。再者,其亦不限于用在以垂直方向定位且以水平方向输送工件 的垂直传送系统,
可以理解,这里所述的范例及实施例仅为阐释的目的,本案的多 种变换型式及变化以及上述特性的组合可给本领域的技术人员以暗 示,这里所引证的所有公开、专利及专利申请案皆在此纳入供作参考。
编号列表
1                电镀槽
2                电解液
3、3.1、3.2
3.3、3.4、3.x    工件、工作件,例如印刷电路板
4                电解液高度
5、5.1、5.2、
5.3、5.4、5.x    上阳极、对电极
6、6.1、6.2
6.3、6.4、6.x    下阳极、对电极
7                输送辊、输送轮轴
8                辊驱动马达
9                位置感应器
10               印刷电路板之间的间隙
11               夹具
12               夹具驱动马达
13               滑动式接点
14               滑动轨道
15、15.1、15.2、
15.3、15.4、15.x 上电解液电池整流器、电源
16、16.1、16.2
16.3、16.4、16.x 下电解液电池整流器、电流源
17               离子可穿透绝缘体
18               隔离条
19               主控制单元
20               控制线
21               电解电池
22                驱动感应器
23                输送带、链条
A1、A2、A3、A4、
A5、A6、A7、Ax    电解活性表面积
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