УЗЕЛ ПОДАЧИ РАСТВОРА НА ЗАГОТОВКУ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Полезная модель относится к области изготовления печатных плат путем электролитического нанесения покрытий, в частности, к конструкции гальванических ванн и их отдельных узлов, а именно - к конструкции систем направленной подачи раствора на заготовку печатной платы в гальванической ванне, и может быть использована при разработке узла подачи раствора, обеспечивающего устойчивое перетекание раствора внутри ванны (т.е. эффективное отведение раствора от поверхности заготовки, в первую очередь, от ее центральной области) и активный обмен раствора внутри глухих отверстий.
Узел подачи раствора на заготовку обычно содержит коллектор, образованный коллекторными трубками (ветвями коллектора), по которым подается раствор к закрепленным на них форсункам. Также узел подачи включает подводящий трубопровод, соединенный с ветвями коллектора и имеющий возможность подключения к насосу, обеспечивающему циркуляцию раствора.
При гальванической обработке заготовки печатной платы в ванне заращивания глухих отверстий осуществляется заполнение глухих отверстий осажденной медью и нанесение осажденной меди на поверхность заготовки.
При нанесении гальванического покрытия требуется обеспечить, в частности:
- полное заполнение глухих отверстий осажденной медью;
- равномерное покрытие всей поверхности заготовки после заполнения отверстий, а именно, отсутствие дефектов в виде наростов на отдельных участках заготовки (шариков, бугров) и равномерную толщину слоя покрытия с отклонением от номинала в пределах установленных допусков;
- однородное покрытие всей поверхности заготовки, а именно, одинаковые физико-механические и химические свойства покрытия, в частности плотность, пластичность, прочность, состав покрытия, размер зерен и др. (значения указанных характеристик должны быть в пределах допусков, установленных нормативными документами).
Как показывает практика при подаче раствора из форсунок на заготовку (особенно в направлении, перпендикулярном плоскости заготовки) у поверхности заготовки, преимущественно в центральной области, образуется так называемая «подушка», т.е. скопление избыточного количества «отработанного» раствора у поверхности заготовки, который вследствие гидродинамики движения жидкости слабо отводится в этой области, что препятствует дальнейшему подводу раствора, уменьшает количество раствора, который контактирует с областью заготовки, у которой эта «подушка» образована. Данный эффект известен в процессах травления печатных плат как «эффект лужи» («puddle effect»), адрес интернет-страницы: https://www.pill-germany.com/content/engl_article2_pillgmbh_plus_070720-206.pdf).
Неэффективное отведение раствора от различных участков поверхности заготовки приводит к неравномерности и неоднородности покрытия (к появлению наростов, недопустимым отклонениям толщины покрытия, к различию химических и физико-механических характеристик покрытия на разных участках поверхности печатной платы).
В настоящее время российские и зарубежные компании, являющиеся ведущими в области производства печатных плат высокой плотности, занимаются исследованиями и разработками, позволяющими обеспечить равномерность и однородность покрытия всей поверхности заготовки печатной платы.
Для обеспечения ряда требований применяют традиционные, хорошо зарекомендовавшие себя на практике решения. Так, например, с целью улучшения условий затекания раствора в отверстия (для полного заращивания глухих отверстий) обеспечивают, например, направление струи раствора (оси расположения форсунок) под острым углом к оси отверстия, а также используют регулировку скорости (давления) потока раствора.
Известен ряд технических решений на базе различных технологий, направленных на повышение качества заращивания глухих отверстий заготовок МПП, например:
- по патенту № JP2007169700A [«Copper electroplating method using insoluble anode», МПК C25D 17/10, C25D 21/10, C25D3/38, дата публ. 05.07.2007], согласно которому в растворе для нанесения гальванического покрытия содержание растворенного кислорода (установленное эмпирическим путем) составляет менее 30 мг/л, что обеспечивает стабильное заполнение медью глухих отверстий МПП и отсутствие пузырьков внутри отверстий;
- по патенту № CN112501664A [«PCB electroplating method and PCB electroplating equipment», МПК C25D 17/00, C25D 5/08, H05K3/18, дата публ. 16.03.2021], в котором для улучшения циркуляции раствора система подачи раствора содержит две группы форсунок, расположенных по обеим сторонам заготовки, а также группу нижних форсунок для распыления жидкости снизу, угол наклона которых регулируется от 30° до 70°;
- по патенту № DE19534521C1 [«Treating holes or recesses in workpieces esp. through holes in PCBs», МПК B05D 3/10, C25D 5/08, C25D 7/00, H05K 3/26, дата публ. 21.11.1996], в котором диаметр струй жидкости меньше диаметра отверстий заготовки, при этом струя раствора направлена по центру и вдоль оси глухого отверстия заготовки, в результате чего вдоль стенки обрабатываемого отверстия возникает сильный тороидальный поток, направленный наружу (удаление пузырьков, контакт раствора с полной поверхностью отверстия), при этом сетка отверстий сопел соответствует сетке (расположению) отверстий заготовки ПП; если «сетки» не совпадают, то сопла могут перемещаться назад и вперед, параллельно поверхности заготовки и поперек относительного движения заготовки, а также по круговой или эллиптической траектории, параллельной поверхности заготовки.
Однако в отношении приведенных выше известных технических решений следует отметить, что они характеризуются высокой конструктивной и/или технологической сложностью, при этом, как показывает практика, не обеспечивается интенсивный отвод раствора от центральной области заготовки к ее периферии, что приводит к описанному выше эффекту «подушки» (скоплению избыточного количества «отработанного» раствора у поверхности заготовки в центральной области).
При традиционном выполнении системы подачи раствора, например, по патентам №№ CN113355721A [«Electroplating jet flow system», МПК C25D 17/00, C25D 5/08, C25D 7/00, H05K 3/42, дата публ. 07.09.2021], CN207845821U [«Electroplating tank», МПК C25D 17/02, C25D 5/08, дата публ. 11.09.2018], JPS639035B2 [«Plating apparatus», МПК C25D 5/02, C25D 5/08, C25D 7/00, H05K 3/42, дата публ. 08.12.1982], ряды распылительных трубок с множеством форсунок располагают с обеих сторон заготовки печатной платы, струи раствора направлены перпендикулярно поверхности заготовки, а выброс раствора производится при высоком давлении (т.е. с высокой скоростью). Известные технические решения применяются для заготовок МПП со сквозными отверстиями, обеспечивают интенсивное перемешивание (обмен) раствора на поверхности заготовки, однако при обработке заготовок с глухими отверстиями направление струй раствора перпендикулярно плоскости заготовки не обеспечивает хорошие условия затекания раствора в глухие отверстия, что не позволяет обеспечить полное заполнение отверстий медью. Кроме того, прямое направление раствора на заготовку приводит к ярко выраженному утолщению слоя покрытия в центральной зоне заготовки и неоднородности свойств покрытия на различных участках поверхности заготовки.
Также для повышения эффективности циркуляции раствора узел подачи раствора на заготовку может быть выполнен с клапанами расхода жидкости и линиями сброса давления, т.е. обеспечена возможность регулирования потока, например, по патенту №  CN106119921A [«PCB (Printed Circuit Board) plating line», МПК C25D 17/00, C25D 7/12, дата публ. 16.11.2016]. Следует отметить, что регулирование давления потока может способствовать улучшению условий затекания раствора в глухие отверстия, но не предотвращает скопление избыточного количества «отработанного» раствора у поверхности заготовки.
Известна система подачи жидкости для гальванического устройства подъемного типа [патент № EP1903129A1 «A liquid delivery system for an electroplating apparatus, an electroplating apparatus with such a liquid delivery system, and a method of operating an electroplating apparatus», МПК C25D 5/02, C25D 5/08, H05K 3/42, дата публ. 25.05.2005], содержащая два ряда форсунок для подачи электролита, расположенных по разные стороны заготовки. Форсунки каждой группы (ряда) соединены с соответствующим трубопроводом для подачи электролита. За каждым рядом форсунок расположен ряд анодов. Во время процесса нанесения гальванического покрытия ряды форсунок (связанные с приводом линейного перемещения) совершают возвратно-поступательное движение влево-вправо вдоль заготовки. Заготовка также может совершать линейные перемещения в направлении вперед-назад от одного ряда форсунок к другому ряду. Однако следует отметить, что линейные движения форсунок вдоль одной оси могут в некоторрой мере активизировать перемешивание раствора, но в целом не смогут предотвратить или минимизировать эффект «подушки», т.к. не обеспечат эффективный отвод раствора от центра к периферии и за пределы заготовки.
По патенту № CN109056015A [«Smart home printed circuit board mechanical blind drilling pattern electroplating jet device and method thereof», МПК C25D 5/08, H05K 3/42, дата публ. 21.12.2018] известно устройство подачи раствора на заготовку МПП, которое содержит две неподвижные пластины, снабженные набором сопловых устройств, расположенных вдоль направления движения заготовки и соединенных с трубопроводом, который в свою очередь связан с насосом подачи раствора. Между пластинами имеется зазор для размещения заготовки. Ось сопла расположена под острым углом к оси глухого отверстия, в результате чего подача раствора осуществляется под углом к оси отверстия, что улучшает заполнение гальваническим раствором глухих отверстий заготовки. Однако, расположение всех форсунок под одним углом наклона не сможет предотвратить скопление избыточного количества «отработанного» раствора у поверхности заготовки, а приведет к смещению «подушки» из центральной зоны поверхности заготовки.
Также известна конструкция гальванической ванны [патент № CN105019006A «Electroplating bath», МПК C25D 17/02, C25D 5/08, дата публ. 04.11.2015], содержащая систему подачи раствора, в состав которой входят направляющие трубки со множеством сопел. Направляющие трубки расположены с двух сторон корпуса ванны. Сопла (форсунки) расположены рядами вдоль направляющих трубок. Направление истечения каждого ряда сопел обращено к заготовке. Угол между направлением истечения раствора и заготовкой, на которую должно быть нанесено покрытие, составляет от 40° до 50°. Однако, как уже было отмечено, расположение форсунок под углом к поверхности заготовки улучшит заполнение глухих отверстий медью, но не предотвратит скопление избыточного количества ранее поданного раствора в отдельных зонах у поверхности заготовки, в следствие чего не будет обеспечена равномерность и однородность покрытия в разных частях заготовки.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого к заявляемой полезной модели по конструктивному выполнению, предлагается узел подачи раствора, входящий в состав гальванической ванны для нанесения покрытия на заготовку печатной платы [патент № CN208038573U «Electroplate device with remove function sport pole», МПК C25D17/02, C25D17/10, C25D5/08, C25D7/00, дата публ. 02.11.2018], в котором решается задача улучшения равномерности нанесения покрытия на заготовки с глухими отверстиями, а также обеспечения полного заполнения глухих отверстий медью.
Согласно известному техническому решению узел струйной подачи гальванического раствора содержит струйные стержни (представляющие собой трубчатые стержни, которые также могут называться трубки коллектора или ветви коллектора) с жестко закрепленными на них форсунками.
Струйные стержни параллельны между собой, при установке в гальванической ванне они расположены вертикально, в одной плоскости, с возможностью линейного возвратно-поступательного движения в горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости заготовки. Заготовку принято считать плоской, т.к. ее толщина значительно меньше ее высоты и ширины. Вертикальное и горизонтальное направления определяются в рабочем положении элементов в гальванической ванне (в процессе обработки). Обычно заготовка расположена вертикально, в т.ч. и в рассматриваемом техническом решении. Вертикальным считается направление «вверх-вниз», а горизонтальным - направление, перпендикулярное вертикальному (в т.ч. как перпендикулярно, так и параллельно плоскости заготовки).
Струйные стержни соединены своими верхними и нижними концами соответственно с верхней и нижней направляющими трубками, которые в свою очередь связаны с подводящим трубопроводом, при этом выполнение соединений обеспечивает возможность подачи раствора из трубопровода в направляющие трубки, а из них - в струйные стержни и далее - в форсунки. Трубопровод имеет возможность подключения к насосу.
Каждый струйный стержень соединен с верхней и нижней направляющей трубками с возможностью поворота относительно своей оси (вертикальной оси). При повороте струйного стержня форсунки, жестко закрепленные на данном стержне и обращенные по направлению к заготовке, будут повернуты вместе со стержнем, при этом их оси (определяющие направление выброса раствора из форсунки) будут расположены в горизонтальной плоскости под углом к оси, перпендикулярной плоскости заготовки. В описании патента указано, что установка струйного стержня позволяет обеспечить величину указанного угла от -45 градусов до 45 градусов. Таким образом, поворот струйного стержня обеспечивает совместный поворот установленных на нем форсунок, причем на одинаковый угол. Перед началом работы гальванической ванны осуществляют поворот каждого струйного стержня.
Верхняя направляющая трубка соединена с толкателем (выполненным в виде стержня), который неподвижно соединен со штоком, связанным с валом двигателя и имеющим возможность линейного возвратно-поступательного движения в направлении, перпендикулярном плоскости заготовки. Толкатель также выполнен с возможностью линейного возвратно-поступательного движения. Двигатель имеет возможность изменения направления вращения, причем при изменении направления вращения вала двигателя происходит изменение направления линейного движения штока и неподвижно соединенного с ним толкателя. Толкатель соединен с верхней направляющей трубкой и при своем движении заставляет двигаться (перпендикулярно плоскости заготовки) верхнюю направляющую трубку и соединенные с ней струйные стержни (с закрепленными на них форсунками), нижние концы которых соединены с нижней направляющей трубкой.
Так как обычно требуется обеспечить распыление раствора на заготовку с обеих ее сторон, то с каждой стороны заготовки в гальванической ванне устанавливают форсунки. Согласно рассматриваемому патенту № CN208038573U в гальванической ванне узел подачи раствора установлен как с одной, так и с другой стороны заготовки, причем одна верхняя направляющие трубка соединена с одним из концов толкателя, а другая верхняя направляющая трубка соединена с другим концом толкателя, что позволяет обеспечить синхронное возвратно-поступательное движение в горизонтальном направлении форсунок, расположенных с одной и с другой стороны заготовки.
Таким образом, в известном техническом решении реализована возможность возвратно-поступательного движения форсунок в горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости заготовки, а также возможность совместного поворота форсунок, установленных на одном струйном стержне (трубке коллектора), в горизонтальной плоскости, т.е. возможность изменения направления струи подаваемого раствора в горизонтальной плоскости, при этом величина угла между осью форсунки и перпендикуляром к поверхности заготовки печатной платы в горизонтальной плоскости может составлять от -45° до 45° (т.е. ±45°).
Известно, что при подаче раствора под углом к поверхности заготовки уменьшается давление раствора на поверхность заготовки и обеспечивается улучшение условий затекания раствора в глухие отверстия (что способствует лучшему, более полному, заполнению глухих отверстий медью) по сравнению с подачей раствора перпендикулярно поверхности заготовки, что отмечено в описании известного технического решения.
В описании также указано, что возвратно-поступательное движение струйных стержней (с установленными на них форсунками) в горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости заготовки улучшает обмен раствора на поверхности заготовки, что улучшает однородность покрытия.
Однако, результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что поворот струйных стержней (трубок коллектора) с установленными на них форсунками (когда для форсунок, установленных на одном струйном стержне, угол поворота будет одинаковый) оказывает крайне незначительное влияние на эффективность отведения раствора от поверхности заготовки (т.е. не обеспечивает интенсивного отведения ранее поступившего раствора и его замены на «свежий» подаваемый форсунками раствор), что не позволяет минимизировать описанный ранее эффект «подушки», при котором у поверхности заготовки, преимущественно в центральной области, течение находится в «заблокированном» состоянии и препятствует подводу «свежего» раствора, что, в свою очередь, приводит к осаждению на поверхности заготовки неравномерного по толщине и неоднородного по своим характеристикам слоя покрытия.
Также полученные результаты показали, что относительное движение форсунок и заготовки в горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости заготовки не оказывает влияния на равномерность толщины покрытия поверхности заготовки в целом. При этом следует отметить, что в ряде случаев имеет место некоторое выравнивание однородности покрытия в отдельной зоне поверхности, но, тем не менее, в целом по поверхности заготовки, между отдельными участками, покрытие по своим химическим и физико-механическим свойствам остается неоднородным.
При моделировании различных условий нанесения гальванического покрытия в ходе проведения экспериментальных исследований осуществлялась подача раствора на заготовку при различных углах направления струи раствора от каждой форсунки. В результате было выявлено, что при определенных углах наклона оси каждой форсунки к плоскости заготовки можно получить такую гидродинамику течения раствора, при которой отведение (удаление) раствора от поверхности центральной зоны заготовки в направлении к ее периферии за пределы заготовки позволит минимизировать эффект «подушки», что обеспечит равномерное и однородное покрытие заготовки при полном заращивании глухих отверстий. Таким образом можно обеспечить эффективное отведение раствора от поверхности заготовки.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается заявляемой полезной моделью, является повышение эффективности отведения раствора от поверхности заготовки в процессе нанесения гальванического покрытия (за счет обеспечения возможности изменения наклона оси каждой форсунки к плоскости заготовки), что позволит минимизировать скопление избыточного количества раствора у поверхности заготовки (т.е. минимизировать эффект «подушки») и обеспечит равномерность и однородность покрытия по всей поверхности заготовки при полном заращивании глухих отверстий.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается узел подачи раствора на заготовку печатной платы, который содержит коллектор, входной трубопровод и форсунки. Коллектор образован ветвями, расположенными в плоскости, параллельной плоскости заготовки. Ветви коллектора представляют собой трубки. Входной трубопровод связан с ветвями коллектора и обеспечивает возможность подачи раствора в ветви коллектора. При этом, согласно заявляемому техническому решению, форсунки установлены на ветвях коллектора с возможностью изменения (регулировки) наклона оси каждой форсунки в отдельности.
Входной (подводящий) трубопровод предназначен для подачи раствора в ветви коллектора, при этом в трубопровод раствор обычно нагнетается с помощью подключенного насоса.
Выполнение коллектора состоящим из ветвей (коллекторных трубок) позволяет разместить форсунки (закрепляемые на трубках и предназначенные для распыления раствора) напротив всей поверхности заготовки. Для обеспечения равных условий подачи раствора от каждой форсунки на заготовку ветви коллектора располагают в плоскости, параллельной плоскости заготовки.
Подача раствора к соплам форсунок производится по ветвям коллектора.
Выполнение в предлагаемой полезной модели (в отличие от прототипа) форсунок, установленных на ветвях коллектора с возможностью изменения наклона оси каждой форсунки позволяет выставить форсунки по отношению к заготовке так, чтобы обеспечить эффективное отведение раствора от заготовки в процессе нанесения покрытия, т.е. обеспечить при работе узла подачи раствора такое движение раствора в объеме гальванической ванны, при котором раствор будет интенсивно отводиться от поверхности заготовки в ее центральной области (где эффект от скопления раствора наиболее заметен) в направлении к периферии за пределы заготовки.
Предлагаемое выполнение узла подачи раствора (по сравнению с прототипом) позволяет минимизировать образование застойных зон и предотвратить появление эффекта «подушки» при осаждении меди, а следовательно, позволяет обеспечить равномерность и однородность покрытия по всей поверхности заготовки (т.е. исключить образование наростов в виде шариков и/или бугров, а также обеспечить одинаковые свойства покрытия - плотность, пластичность, прочность, состав покрытия, размер зерен и т.п. на различных участках поверхности заготовки).
Экспериментально установлено, что эффективное отведение раствора можно обеспечить при выставлении углов наклона осей каждой из форсунок на величину, увеличивающуюся от центральной области заготовки к периферии.
Выполнение ветвей коллектора параллельными друг другу обеспечивает равномерное расположение форсунок относительно заготовки, что обеспечивает равные условия подачи раствора на заготовку.
Ветви коллектора могут быть расположены горизонтально или вертикально, что технологически является наиболее предпочтительным.
С целью обеспечения оптимальной гидродинамики и равных условий подачи раствора на заготовку форсунки могут быть расположены регулярно, образуя горизонтальные и вертикальные ряды, последовательно друг за другом в горизонтальном и вертикальном направлениях, при этом форсунки могут быть расположены с одинаковым шагом в горизонтальном направлении и с одинаковым шагом в вертикальном направлении, либо - со смещением, в шахматном порядке.
Коллектор узла подачи раствора может содержать четыре ветви, что является технологически обоснованным при нанесении гальванического покрытия на стандартные заготовки печатных плат (например, 610×635 мм).
Возможность изменения наклона оси каждой форсунки может быть обеспечена при закреплении форсунки на ветви коллектора (коллекторной трубке), например, посредством шарнирного шарового крепления, которое широко используется в подобных соединениях и представляется наиболее надежным и технологичным.
Графические материалы содержат пример конкретного выполнения узла подачи раствора на заготовку печатной платы, входящего в состав гальванической ванны заращивания глухих отверстий.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение гальванической ванны с размещенными в ней форсунками и заготовкой печатной платы, вид сверху.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение гальванической ванны, вид спереди (разрез А-А в вертикальной плоскости).
На фиг. 3 показана схема расположения форсунки под наклоном, обозначены углы α, β.
В представленном примере выполнения в гальванической ванне размещена заготовка печатной платы, в которой глухие отверстия, подлежащие заращиванию, выполнены с обеих сторон, поэтому форсунки для подачи раствора на заготовку размещены с обеих сторон заготовки. Форсунки обращены в сторону заготовки.
Следует отметить, что иногда, в силу технологических особенностей, глухие отверстия могут быть расположены только на одной стороне платы, и в этом случае обработка заготовки может производиться в гальванической ванне, в которой форсунки размещены только с той стороны заготовки, на которой выполнены отверстия, подлежащие заращиванию.
При обработке заготовка в гальванической ванне находится в вертикальном положении, т.е. плоскость заготовки расположена преимущественно перпендикулярно дну гальванической ванны (основанию), и полностью погружена в раствор.
Заготовка представляет собой пластину, толщина которой существенно меньше двух других ее габаритов - высоты и ширины, поэтому заготовку принято считать плоской.
Вертикальное и горизонтальное направления определяются в рабочем положении элементов и узлов в гальванической ванне в процессе обработки.
Вертикальным считается направление «вверх-вниз», ось Y, а горизонтальным - направление, перпендикулярное вертикальному, оси Х и Z (фиг. 1, 2), ось Z направлена перпендикулярно плоскости заготовки, ось X - параллельно плоскости заготовки.
На фиг. 1, 2 показана заготовка 1 печатной платы, размещенная в гальванической ванне 2 в вертикальном положении. С каждой стороны заготовки 1 расположен узел 3 подачи раствора. Конструкции узлов подачи раствора, расположенных с обеих сторон заготовки, аналогичны. Ниже, в описании примера выполнения рассматривается узел подачи раствора, расположенный с одной из сторон заготовки, показанный по разрезу А-А (фиг. 2).
В состав узла 3 подачи раствора входит трубный коллектор 4, содержащий ветви 5 коллектора (коллекторные трубки), на которых установлены форсунки 6.
Форсунки всегда устанавливают так, чтобы струи раствора, направляемые при распылении по оси форсунки, были направлены на поверхность заготовки. Как уже было отмечено выше, традиционным выполнением является такое, при котором струи раствора, распыляемые из форсунок, направлены перпендикулярно поверхности заготовки, однако в этом случае имеют место неравномерность и неоднородность нанесения покрытия.
В представленном примере выполнения ветви 5 коллектора (коллекторные трубки) параллельны друг другу и расположены в плоскости, параллельной плоскости заготовки 1. Ветви коллектора могут быть расположены как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. В представленном примере ветви 5 коллектора расположены горизонтально.
Коллектор 4 соединен с резервуаром (на фиг. не показан) гальванического раствора через подводящий (входной) трубопровод 7. Раствор подают в трубопровод 7 с помощью насоса (на фиг. отдельной позицией не обозначен). Входной трубопровод 7 может быть соединен с ветвями 5 коллектора так, как показано на фиг. 2, а именно, каждая ветвь 5 коллектора соединена с входным трубопроводом 7. Однако могут быть и иные конструктивные реализации этого соединения.
В представленном примере форсунки 6 расположены регулярно, образуя горизонтальные и вертикальные ряды, т.е. последовательно друг за другом в горизонтальном и вертикальном направлениях, с одинаковым шагом Δa в горизонтальном направлении, по оси X, и с одинаковым шагом Δb в вертикальном направлении, по оси Y (фиг. 2). Величины Δa и Δb - это расстояния между центрами форсунок соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях. Следует отметить, что форсунки также могут быть расположены, например, и в шахматном порядке.
Например, при гальванической обработке заготовки размером 610×635 мм длина ветви коллектора может составлять 680 мм, ветви коллектора (коллекторные трубки) могут быть расположены на расстоянии 180 мм (Δb), а расстояние между форсунками, установленными на одной трубке, может быть выбрано, например, 185 мм (Δa).
Каждая форсунка установлена на трубке коллектора с возможностью наклона ее оси относительно плоскости заготовки. Конструктивно указанная возможность вращения форсунки может быть реализована при установке форсунки на трубке коллектора, например, с помощью поворотного шарнирного крепления (на фиг. не показано), т.е. на шарнире, представляющем собой сегмент сферы.
В узлах подачи гальванического раствора могут быть использованы эжекторные форсунки, например, предлагаемые компанией Impgold [адрес интернет-страницы: https://impgold.ru/electroplating/eductors/?ysclid=l78s37dng9301863039].
Трубные элементы коллектора могут быть изготовлены, например, из ПВХ, диаметром 40 мм.
Функционирование заявляемого узла подачи гальванического раствора на заготовку печатной платы осуществляется в составе гальванической ванны для заращивания медью глухих отверстий, которая, в свою очередь, входит в состав автоматической линии гальванического меднения.
Заготовку 1 печатной платы, предварительно неподвижно закрепленную в узле крепления (на фиг. не показан), погружают в вертикальном положении в ванну 2, заполненную гальваническим раствором. При подаче гальванического тока происходит процесс осаждения меди на поверхности заготовки и внутри отверстий.
С обеих сторон заготовки 1 расположены узлы 3 подачи раствора, через форсунки 6 которых осуществляется распыление раствора на заготовку.
Перед началом работы гальванической ванны (перед подачей раствора в ванну) каждую форсунку (ось форсунки) выставляют под заданными углами α, β (фиг. 3). Угол α - это угол между осью Z и проекцией центральной оси форсунки на горизонтальную плоскость XZ, угол β - это угол между осью Z и проекцией центральной оси форсунки на вертикальную плоскость YZ.
С помощью насоса гальванический раствор подают в подводящий трубопровод 7, из которого раствор подводится к ветвям 5 коллектора (коллекторным трубкам). Поступивший в трубку (в ветвь коллектора) раствор попадает в форсунки, установленные на этой трубке, и через сопла форсунок распыляется на поверхность заготовки.
За счет крепления каждой форсунки на трубке коллектора с помощью поворотного шарнирного крепления обеспечивается возможность индивидуального наклона оси каждой форсунки к плоскости заготовки, определяющего направление подачи струи раствора на заготовку от каждой форсунки, что позволяет сформировать направление выхода (отведения) раствора таким образом, чтобы предотвратить образование эффекта «подушки» у поверхности заготовки.
В процессе нанесения гальванического покрытия насос затягивает раствор из ванны и направляет его (после фильтров) снова через подводящий трубопровод в трубный коллектор к форсункам.
Значения углов наклона осей форсунок, сочетание которых обеспечивает оптимально эффективное отведение раствора от поверхности заготовки, определяются по результатам экспериментальных исследований и модельных испытаний.
Так, например, авторами выявлено, что наиболее эффективное отведение раствора и предотвращение образования застойных зон (предотвращении появления эффекта «подушки», описанного ранее), обеспечивается при таком наклоне осей форсунок (а следовательно, и подаче струй раствора на заготовку), когда углы наклона осей форсунок увеличиваются от центральной области заготовки к периферии. Например, как показала практика, эффективное отведение раствора при обработке заготовок размером, например, 610×635 мм, обеспечивается при углах наклона форсунок (осей форсунок), изменяющихся в направлении от центра к периферии заготовки в интервале ± (3° ÷ 15°).
Были проведены контрольно-измерительные исследования опытных образцов заготовок печатных плат (с глухими отверстиями), на которые выполнялось нанесение покрытия с использованием в гальванической ванне узла подачи раствора согласно заявляемой полезной модели. Результаты проведенного контроля качества нанесения покрытия подтвердили качественное полное заращивание глухих отверстий диаметром вплоть до 0,1 мм и соотношением глубины глухого отверстия к его диаметру вплоть до 1,2:1 при соблюдении требований к толщине слоя меди внутри сквозных отверстий согласно п.2.3.4.1 ГОСТ 23752-79 и требований к пластичности осаждаемого слоя меди согласно ОСТ 107.460092.028-96. Контрольные измерения проводились в лабораторных условиях с применением измерительного металлографического микроскопа МЕТАМ ЛВ-42 и испытательного комплекса ЭЛ-РМ.
Таким образом, предлагаемое выполнение узла подачи раствора на заготовку печатной платы, в котором обеспечена возможность изменения (регулировки) наклона оси каждой форсунки к плоскости заготовки, определяющего направление подачи струи раствора на заготовку от каждой форсунки, позволяет при подаче раствора упорядочить движение подаваемого через форсунки раствора, задавая направление выхода (отведения) раствора в объеме гальванической ванны от центра заготовки к периферии за пределы заготовки, а значит, позволяет по сравнению с прототипом (в котором все форсунки, установленные на трубке, имеют возможность совместного поворота на одинаковый угол - при повороте самой трубки) повысить эффективность отведения раствора от поверхности заготовки, тем самым минимизировать описанный выше эффект «подушки», при котором блокируется попадание подаваемого от форсунок так называемого «свежего» раствора на поверхность заготовки, а следовательно, обеспечить равномерность и однородность покрытия всей поверхности заготовки.