电镀设备剥挂系统设计分析.pdf

印制电路信息 2024 No.4电镀涂覆 Plating Coating电镀设备剥挂系统设计分析张振（昆山东威科技股份有限公司，江苏 昆山 215300）摘要介绍了电镀设备中剥挂系统的原理、工艺流程及设计的重点与难点，通过对各个工艺进行深入研究，结合不同剥挂工艺各自的特点进行针对性的结构设计。通过对结构的创新性设计实现良好的剥挂工艺性能。在客户端对剥挂系统进行测试验证，可保证在线对夹具进行剥挂且剥挂效果均达到产线要求。剥挂系统具有各自的特点和用途，可以满足客户多样化的需求。关键词剥挂；工艺；结构；设计中图分类号：TN41文献标志码：A文章编号：10090096（2024）04003305Design and analysis of stripping system for electroplating equipmentZHANG Zhen(Kunshan Dongwei Technology Co.,Ltd.,Kunshan 215300,Jiangsu,China)AbstractThis paper introduces the principle,process flow and key points and difficulties of the stripping system in the electroplating equipment,conducts in-depth research and analysis of each process,and carries out targeted structural design in combination with the unique characteristics of each stripping process.Through the innovative structural design of each structure,the performance of each stripping process is realized.After the test and verification of the stripping system corresponding to various stripping processes in the customers site,the clamps are stripped online and the stripping effect meets the requirements of the equipment.The design of each stripping system achieves the function of design and planning,and each stripping system has its own characteristics and uses,which can meet the diverse needs of customers.Key wordsstripping;process;structure;design0引言随着印制电路板（printed circuit board，PCB）生产规模的不断扩大，作为电镀工艺的专业设备，垂直连续电镀（vertical conveyor plating，VCP）的生产线数量也与日俱增。VCP生产线中电镀夹具夹持制品进行导电与输送，在制品电镀时电镀夹具会同步上铜。电镀夹具在VCP电镀生产线上是循环使用的，电镀夹具上铜后会在下一个电镀循环中造成制品出现压点、压痕、划伤及撕裂等作者简介：张 振（1978），男，工程师，主要研究方向为电镀生产线研发设计。-33电镀涂覆 Plating Coating印制电路信息 2024 No.4缺陷。要使电镀生产连续不间断进行，就需要在每一个电镀循环后对电镀夹具进行剥挂处理，以除去电镀夹具上面的铜。因此，剥挂系统逐渐成为电镀生产线必不可少的部分，而且其要求越来越高。本文研究了如何低成本、高效率、绿色环保地对电镀夹具进行剥挂。1剥挂系统工作原理由于成本、效率、环保等各方面影响因素，现阶段电镀设备使用的剥挂系统存在多种工艺并存的现象。按照工艺原理大致可以分为化学方式及电解方式。在设计剥挂系统时要结合具体剥挂工艺采取对应设计，系统结构存在差异，但工作原理基本一致。剥挂系统流程如图1所示，储存环节提供剥挂液，电镀夹具剥挂后清洗、干燥，然后进入下一个电镀循环中。2电镀设备剥挂系统设计难点剥挂系统工作原理相同，但不同工艺的剥挂系统采用的剥挂液不同，在设计剥挂系统时要根据剥挂液的特性进行对应设计。根据现阶段剥挂药液的发展水平，成熟的剥挂系统有以下 4 种：硝酸剥挂系统；硫酸+双氧水剥挂系统；过硫酸钠剥挂系统；电解剥挂系统。4种剥挂系统的设计难点汇总分析如下。2.1硝酸剥挂系统硝酸具有强氧化性、强腐蚀性，硝酸稳定性差，遇光或热会分解释放出NO2，产生黄烟。硝酸在退镀时会分解出大量有毒性、腐蚀性的棕红色气体，对电镀设备、车间环境、操作人员危害较大。在设计硝酸剥挂系统时，如何防止硝酸对储存、转运结构的腐蚀，保证硝酸处于稳定状态不分解、不挥发，是储存和转运结构设计的难点与重点。如何防止处理槽、电镀夹具、处理槽配件等被腐蚀，清除处理环节中硝酸分解出的大量有害气体是处理槽结构设计的难点与重点。2.2硫酸+双氧水剥挂系统双氧水稳定性差，易受温度和溶液内铜离子含量影响。温度高于 30 或者铜离子含量超过25 g/L时，双氧水分解速度加快，剥挂能力下降。如何在储存、转运、处理环节控制溶液中硫酸含量，保持双氧水处于稳定状态，是储存、转运及处理槽结构设计的重点和难点。2.3过硫酸钠剥挂系统过硫酸钠剥挂液性能稳定，剥挂能力主要受溶液中过硫酸钠浓度、铜离子浓度影响。当铜离子质量浓度大于27.5 g/L或过硫酸钠质量浓度小于1.5 g/L时，剥挂液剥挂能力下降。因此，如何精确控制储存、转运、处理环节中过硫酸钠、铜离子、硫酸浓度，是储存、转运及处理结构设计的重点和难点。2.4电解剥挂系统电解液一般采用对应电镀设备的电镀液，其性能稳定。电解效率主要受电解液温度、阴阳极分布、电源精度及电解液内杂质等影响。如何保证电解液保持稳定的温度和高洁净度是结构设计的重点和难点。如何合理分布阴阳极，如何控制电源输出电流的稳定性，如何去除电解液内杂质，以上是处理结构设计的重点和难点。3电镀设备剥挂系统设计分析无论哪种剥挂系统，其最终目标相同，都是追求剥挂系统稳定、高效、绿色环保、低成本运行。不同剥挂工艺采用的药水往往不同，每种药水都有其各自特性。为保证系统的剥挂能力，需要结合剥挂系统设计中各自的重点和难点进行创新设计。3.1硝酸剥挂系统设计硝酸剥挂储存槽如图 2 所示，储存槽采用SUS316光面板焊接，光面朝内与硝酸接触，以确保槽体长期使用不被硝酸腐蚀。储存槽设计成密封腔室，顶部视窗口采用不锈钢板密封，隔绝外部光线，增加硝酸稳定性，减少硝酸挥发在储存槽内产生酸雾。图1剥挂系统工作流程-34印制电路信息 2024 No.4电镀涂覆 Plating Coating储存槽设计冷却盘管和感温棒，通过感温棒检测槽内硝酸温度。同时控制冷却盘管内冷却水流量，保证槽内硝酸温度处于预设温度，温差波动在2 K范围内，保障硝酸稳定性。储存槽设计有溢流口和液位计，控制槽内硝酸的液位，同时溢流口起到防漫槽作用。储存槽设计有循环泵和回流管，其中循环泵通过聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）管路连接处理槽进液管，回流管通过PVC管路连接处理槽回流口，在储存槽和处理槽之间形成循环回路。整个转运过程中硝酸处于管内，与外界光线和温度隔绝，保证硝酸在循环过程中的稳定性，减少硝酸分解，保持硝酸剥挂活性。储存槽设计取样盒以方便取样，可以对槽内硝酸浓度、铜离子含量、杂质含量进行检测。储存槽配备接水盘，可以防止储存槽漏液，硝酸污染周边设备和环境。整个储存和转运环节硝酸处于密封状态，避免与操作人员接触产生危害。硝酸剥挂处理槽如图 3 所示，处理槽采用SUS316光面板折弯、焊接而成，尽量采用折弯成型，减少焊接缝，确保处理槽内硝酸不泄漏，可以耐硝酸腐蚀，长期使用。硝酸液通过循环泵和循环PVC管路进入进液管，进液管沿电镀夹具行进方向设置，进液管上设计有间隔10 mm、直径2 mm的喷液孔。通过喷液孔在处理槽内全区域进液，保证处理槽内各个部分均有硝酸液实时补充，确保处理槽内各个位置剥挂能力处于最佳值。处理槽进出端回流口内侧设计挡液板，挡液板使硝酸液在处理槽内形成浸泡池，电镀夹具需剥挂部分被浸入硝酸溶液中，通过硝酸对电镀夹具进行退镀，实现对电镀夹具的剥挂功能。处理槽进出端设计回流口，回流口采用2寸管，相对于1寸进液管，可以保证回流口内无积液，防止硝酸液越过回流口产生串槽。处理槽设计抽风盒，抽风盒沿电镀夹具行进方向设置，分布在处理槽的全区域，可对处理槽内产生的酸雾及时抽取，防止酸雾溢出处理槽，避免污染周边环境，保证操作人员安全。经过剥挂后，电镀夹具需要进行清洗、吹烘干，才能以洁净状态进入下一个电镀循环。3.2硫酸+双氧水剥挂系统设计硫酸+双氧水剥挂储存槽如图4所示。由于硫酸和双氧水腐蚀性较硝酸弱，储存槽采用聚丙烯（polypropylene，PP）板焊接，PP材料耐硫酸和双氧水腐蚀，储存槽可以长期使用。硫酸和双氧水储存在密封槽内。储存槽设计有冷却盘管、加热盘管、感温棒，感温棒实时检测控制槽内液体温度，控制槽液温度在（302），维持双氧水处于稳定状态，防止双氧水分解，保持槽液的剥挂性能。储存槽设计有取样盒和添加盒，可以抽取槽液检测铜离子含量、硫酸浓度，决定是否更换或者添加新的硫酸和双氧水原液，调整槽液内硫酸浓度，确保槽液剥挂能力处于最佳值。储存槽配备硫酸和双氧水原液桶，可根据剥挂需要进行实时配液，防止槽液因放置时间过长，造成剥挂能力下降。硫酸+双氧水剥挂处理槽结构和功能与图图4硫酸+双氧水剥挂储存槽图2硝酸剥挂储存槽图3硝酸剥挂处理槽-35电镀涂覆 Plating Coating印制电路信息 2024 No.43的硝酸剥挂处理槽相同，只是处理槽采用PP焊接而成，槽内配件采用PP材质。3.3过硫酸钠剥挂系统设计过硫酸钠剥挂液稳定性好，储存、转运、处理环节要求较低，采用硫酸+双氧水剥挂系统设计基本可以满足需求，只是在储存槽配备的检测仪器需要更换成铜离子和过硫酸钠浓度检测，添加盒改为过硫酸钠、硫酸添加即可。整个剥挂系统可采用硫酸+双氧水剥挂系统设计。3.4电解剥挂系统设计电解过程可以看作电镀的反向过程，只是把待电解的电镀夹具作为阳极，铜收集板作为阴极。电解剥挂一般采用对应电镀液作为剥挂液，如镀铜设备电解通常采用硫酸铜溶液作为电解液。电解剥挂储存槽如图5所示。电解液一般比较稳定，其腐蚀性弱，储存槽采用 PP 焊接，可以长期使用。储存槽设计有加热、冷却盘管和感温棒，保证电解液温度处于 2 K误差范围内，保持电解液剥挂能力稳定。储存槽设计有循环泵和过滤桶，循环泵抽取电解液，可以保证进入处理槽的电解液处于洁净状态，有利于处理槽电解液保持其剥挂能力稳定、剥挂过程高效。储存槽设计有液位计，用于检测槽内电解液液位，保持电解液处于不断循环流动，溢流口具有防漫槽作用。电解剥挂处理槽如图6所示，处理槽采用PP板焊接，处理槽设计有喷洒进液管和挡液板，储存槽循环泵抽取电解液，通过喷洒管喷洒夹具，在夹具上形成一定冲击，有利于提高电解速度。同时喷洒管还具有进液管功能，电解液喷洒上夹具后落入处理槽，通过挡液板形成浸泡池，电镀夹具受喷洒冲击，同时浸泡入电解液内。处理槽设计有整理机作为电解电源，设计有阴极铜排，铜排固定在处理槽侧面，设计SUS316光面板作铜收集板，通过磁铁和处理槽底部固定槽定位，在确保导电的同时方便拆卸，为收集板定期更换提供基础。铜收集板沿电镀夹具行进方向分布，布满整个处理槽，确保在处理槽每个区域，电解液电解能力均处于最佳值。电镀夹具接电源正极，铜收集板接电源负极，电解液形成回路，这样电镀夹具上铜逐步溶解，铜在收集板上聚集。在电解中要定时更换铜收集板，保证电解过程稳定、高效进行。4剥挂系统优缺点对比不同的剥挂系统采用的药液和工作原理是不同的，其各自的优缺点见表1。5结语经过客户端长期使用测试，设计的 4种剥挂系统都完美达到了预期设计要求，在不同客户处配合电镀设备使用。4种剥挂系统对电镀夹具进行在线剥挂，剥挂能力均达到电镀设备连续稳定运行要求，可以满足现有电镀设备对剥挂系统的需图6电解剥挂处理槽图5电解剥挂储存槽-36印制电路信息 2024 No.4电镀涂覆 Plating Coating求。根据每家客户对环保、成本、操作人员能力、剥挂效率的侧重点不同，适用的剥挂系统也各不相同。参考文献 1 杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础M.北京:高等教育出版社,2005:131-154.2 于俊一,邹青.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社,2017:173-229.3 沈品华.现代电镀手册M.北京:机械工业出版社,2010.征稿启事印制电路信息 杂志以介绍交流印制电路行业的新工艺、新技术、新设备、新材料及科技信息为主，集专业、技术、信息于一体，展现 PCB 行业的发展动态，为印制电路板（PCB）行业同仁提供一个技术与信息交流的窗口，欢迎行业内各单位、院校，共同关注行业的发展并参与学术交流，积极组织工程技术人员、管理人员、院校教育工作者和在读硕士(博士)研究生等撰写相关论文，踊跃应征投稿。投稿要求：1.所投稿件请保持版权独立性，切勿一稿多投，且不涉及保密问题，文责自负。稿件应具有科学性、创新性、实用性，文字通顺、论点明确、论据可靠、数据准确。提交 Word 格式文档。2.来稿书写顺序：题名，作者姓名，作者单位（至 2 级部门）和邮编，中文摘要，关键词，英文题名，作者姓名的汉语拼音，作者单位英文译名，英文摘要，英文关键词，中图分类号，正文，参考文献（符合 信息与文献 参考文献著录规则 GB/T 77142015)。(1)论文题名不超过 15 个字，且不宜用英文缩写；(2)论文摘要应包括研究目的、主要方法、结果和结论 4 个部分，字数在 300 字内，采用第 3 人称的写法，中英文摘要应文意一致；(3)关键词（不少于 4 个)，应能准确反映论文主题、研究角度与特点，并尽可能从汉语主题词表中选取，中英文关键词应一一对应；(4)文中首次出现的简称（缩略语）应先写出中英文全称后才能直接运用；(5)文中图、表不宜太多，应有自明性，且随文出现，图、表应有对应的中文名称，按文中出现的先后顺序给出图序、表序；(6)参考文献是文中直接引用的公开出版物，一般要求 15 篇以上，其中 78 篇必须是近 5 年出版的文献、期刊或会议论文等，且英文参考文献 4 篇以上，按文中出现的先后顺序编号,必须符合各类文献书写格式（参见 信息与文献 参考文献著录规则 GB/T 77142015）（说明：文献作者 3 人以内全部列出，3 人以上的列前 3 名，后加“,等”或“,et al”；外文作者书写时,姓前名后（中间为空格），姓全部大写，名用缩写，不加缩写点)。3.凡是科研课题产出成果、基金项目资助的论文，请在文后注明课题、基金项目名称，以及批准文号、项目编号等。4.作者简介格式：姓名，出生年月，职称，学历，主要研究方向。*一经刊出，编辑部将快递两本给第一作者。投稿联系方式：Email:联系电话：[phone]*312联系人：陆 旻印制电路信息 编辑部表1剥挂系统优缺点对比工艺名称剥挂液稳定性剥挂效率废液处理难度剥挂成本系统控制难度硝酸系统差高高高高硫酸+双氧水系统差较高低低高过硫酸钠系统好低低高低电解系统好高低低高-37