吳志鵬 李建中 江澤軍

（廣德東威電鍍設(shè)備技術(shù)有限公司，宣城 廣德 242200）

銅作為印制電路制造中的基本的導(dǎo)電金屬，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。電鍍銅層具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機械延展性等優(yōu)點，是印制電路板（PCB）制造中不可缺少的關(guān)鍵電鍍技術(shù)之一。

1 垂直連續(xù)電鍍線組成和分類

垂直連續(xù)電鍍銅線（英文縮寫VCP）按照電鍍工藝過程分為：上料、鍍前處理、電鍍、鍍后處理、吹烘干、下料、夾具退鍍，配套設(shè)施有加熱與冷卻裝置、電氣控制系統(tǒng)、抽風(fēng)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等裝置。

VCP線通過電氣控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)帶動電路板完成電鍍工序要求的全部過程，因其電鍍過程中無停頓，可機械手自動上下板，前后處理水洗可重復(fù)循環(huán)利用，因而電鍍生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動條件好，減排、節(jié)能。

VCP線按照其電鍍線路板制程分為全板電鍍線、圖形線路板鍍線和微孔制作電鍍線等。按照傳動系統(tǒng)的種類分為鏈條式垂直連續(xù)電鍍線、鋼帶式垂直連續(xù)電鍍線。按照鍍層類可分為：鍍銅線、鍍銅錫線。

2 VCP線的設(shè)計方法和步驟

本篇主要論述一次銅垂直連續(xù)電鍍線設(shè)計方法和步驟，并結(jié)合具體事例予以說明。以下將以一次銅VCP線為例進行論述。

2.1 VCP線設(shè)計要求

例如：客戶要求做一條垂直連續(xù)電鍍銅線，具體要求如下：

電鍍線路板最大尺寸635 mm×635 mm，鍍銅厚度25.4 μm，電流密度3.5 A/dm2，每月產(chǎn)能2.3萬平方米；工作時間：每天工作22 h，每月工作26天；傳動系統(tǒng)：鏈條傳動；場地長50 m，寬5 m。

鍍銅能力要求：

鍍層均勻度：鍍層厚度為25 μm時，其R值為5 μm；鍍通孔能力：(配合適藥水）；當(dāng)縱橫比5：1時灌孔率通常可控制在90%；當(dāng)縱橫比6：1時灌孔率通?？煽刂圃?5%，當(dāng)縱橫比8：1時灌孔率通常可控制在75%。

根據(jù)客戶提供的電鍍條件、產(chǎn)能和電路板大小，確定電鍍工藝流程和設(shè)備的尺寸型號。

2.2 確定VCP線的工藝流程

工藝流程及參數(shù)是設(shè)計VCP垂直連續(xù)電鍍銅線的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，根據(jù)垂直連續(xù)鍍銅線的工藝特點和參數(shù)，確定工藝流程，并制作簡易實驗槽，進行實驗并做出樣品，進行一系列的測試，以便確定工藝流程的正確性，然后并記錄在案，以備后期制作設(shè)備作為參考。

2.3 確定每段工藝流程規(guī)格和配置

2.3.1 根據(jù)客戶提供的每月產(chǎn)能計算鍍銅槽的長度（鍍銅槽3 m/段）

每分鐘的產(chǎn)能：

23000 m2/26天/22h/60 min≈0.67 m2/min

設(shè)備的最低傳動速度：由于產(chǎn)品高度為0.635 m，所以設(shè)備的速度為0.67 m2/0.635 m（板子高度）≈1.055 m/min（計算是按照1 m/min）。

電鍍時間的計算：電鍍時間min=鍍銅厚度μm/鍍銅系數(shù)/鍍銅效率%/電流密度A/dm2。

電鍍效率見圖1所示。

圖1 電流密度和電鍍效率的關(guān)系表

電鍍時間：

25.4 μm/0.217/0.92%/3.5 A/dm2≈36.35 min

電鍍銅槽長度的計算（傳動速度×?xí)r間）：

1.055 m/min×36.35 min≈38.35 m

按照3 m一段的銅槽計算，需要13個銅槽，也就是39 m（如圖2）。

圖2 電鍍銅槽規(guī)格

2.3.2 確定電鍍銅槽的尺寸和材質(zhì)

根據(jù)常用板材的規(guī)格，設(shè)計3m/段的電鍍銅槽，根據(jù)電鍍銅溶液的成分選用PP板材

根據(jù)VCP垂直連續(xù)電鍍銅線性質(zhì)，電鍍槽采用上下槽一體結(jié)構(gòu)，上槽噴流電鍍，下槽儲備電鍍?nèi)芤?、藥水循環(huán)過濾和為上槽提供電鍍?nèi)芤?，整條線每段電鍍銅槽的上槽和下槽通過管件及閥門各自相互連通，且線的兩端銅槽設(shè)置回流段，方便上下料藥水自循環(huán)。

上槽規(guī)格設(shè)計：

上槽的高度：槽下105 mm為液位點，板面高度635 mm+陽極遮板165的浮動高度，上槽的寬度根據(jù)傳動鏈輪大小和各部分結(jié)構(gòu)的配合關(guān)系，一般設(shè)計600 mm。

下槽的規(guī)格：將上槽容積填滿，下槽預(yù)留約215 mm循環(huán)液位高度確保泵吸入液位的正常狀態(tài)。

上槽容積計算：W600 mm×H810 mm×L3000 mm=1458000000 mm3

按照鍍銅槽溶液的密度1.1×103千克/m3，上槽換算容積則為1603.8L

下槽的容積：1458000000 mm3/1420 mm/1970 mm≈520 mm

下槽的高度為：520 mm+215 mm=735 mm

整條線設(shè)備的規(guī)格均按照圖3的規(guī)格來設(shè)計（如圖3）。

2.3.3 確定整流機大小，和陰陽極銅排截面大小

（1）整流機大小的確認(rèn)：線路板分兩面，對于硬板而言設(shè)定一臺整流機控制一面的電流大小。

電壓：普通全板電鍍選擇整流機電壓5 V，圖形電鍍選擇5 V，填孔電鍍選擇8 V；

電流：線路板單面電流：L：30分米×H6.35分米×電流密度（A/dm2）3.5=666.75A；

整流機選擇偏大一點（還要對應(yīng)供應(yīng)商的型號），故選擇800 A，一個槽用2臺。

（2）陰陽極銅排截面大小的確認(rèn)：陰陽極銅排截面大小的計算：一臺整流機從正負(fù)二極分別有兩根導(dǎo)線并聯(lián)輸出，1 mm2截面的陰陽極銅排一般按照2 A電流來計算，每根承受400A電流。

陽極兩根導(dǎo)線分別對接兩個銅排：分兩端輸出：400 A/2 A=200mm2按照銅排的規(guī)格選擇長度：40 mm寬度：5 mm兩支即可；驗證一下：40 mm×5 mm×2 A=200 mm2×2 A=400 A電流，

陰極兩根導(dǎo)線匯總到一個銅排：

800 A/2 A=400 mm2按照銅排的規(guī)格選擇長度：40 mm寬度：10 mm兩支即可；驗證一下：40 mm×10 mm×2 A=400 mm2×2 A=800 A電 流，

（3）根據(jù)整流機和銅排數(shù)量配置電纜線的規(guī)格，經(jīng)過長時間的經(jīng)驗積累，總結(jié)配置設(shè)計表格。

2.3.4 銅槽噴管的設(shè)計

（1）銅槽噴管布局的設(shè)計原理：左右噴管無相交、電鍍通孔時需求最大壓力，噴管無左右相交，可以做到最大壓力差，噴管加密，片面的噴管的壓力就會減少，藥水進入通孔的減少，電鍍效果就會變差。

（2）銅槽噴嘴排布設(shè)計原理：上下無死角，電鍍時線路板的每個地方都能噴到。

2.3.5 確定加熱冷卻方式及功率

如果工序工藝溫度要求需要恒溫，并且超過常溫，那么槽體內(nèi)就需要配置加熱和冷卻裝置。一般VCP垂直連續(xù)電鍍銅線有三種加熱配置：電加熱、蒸汽加熱、電加熱與蒸汽加熱組合，具體計算參照《電鍍設(shè)計手冊》熱交換器盤管的材質(zhì)根據(jù)按照工藝工序中槽內(nèi)溶液的配置來配置和經(jīng)濟條件來選擇。水洗槽加熱管采用SUS316材質(zhì)（VCP垂直連續(xù)電鍍銅線）有一定帶出量，水洗槽中或多或少的含有一定藥水。藥水槽加熱管采用Ti材質(zhì)，溫度超過40 ℃采用Ti+鐵氟龍材質(zhì)。

2.3.6 確定泵型號及過濾機/過濾桶的規(guī)格

一般的電鍍都會需要過濾機/過濾桶以保持溶液的潔凈，過濾機/過濾桶一般采用PP或者PVC作為機身，過濾介質(zhì)采用棉芯或者濾袋。過濾機/過濾桶每小時的流量相當(dāng)于鍍槽容積的3-6倍。

本例中以電鍍銅槽為例，電鍍銅槽的尺寸L1970 mm×W1420 mm×H735 mm容積為2 m3，那么過濾機/過濾桶的流量應(yīng)大于2 m3×3=6 m3/小時

泵一般采用防腐的磁力泵頭，鍍銅前后處理的流量在120 L/min（因為鍍銅前后處理為瀑布噴灑式，循環(huán)快）。

2.3.7 確定抽風(fēng)機規(guī)格

銅槽抽風(fēng)量的計算。在產(chǎn)生有害氣體的生產(chǎn)或工作地點，必須配備抽風(fēng)，對于排風(fēng)量一般的電鍍銅工藝槽可按照每平方米液面200 m3/h至270 m3/h左右的排風(fēng)量計算,也就是3 m3/min至4.5 m3/min

銅槽液面面積：0.6×3=1.8 m2

抽風(fēng)量：

1.8×4.5=8.1 m3/min約等于8 m3/min風(fēng)管直徑的計算（風(fēng)速取12～15 m/s，按15 m/s計算）

8 m3/min/15 m/s =0.53 m2

0.53 m2/3.14≈0.169 m2√0.169 m2=0.4 m=400 mm，選用475+315 mm直徑的風(fēng)管較為合適，風(fēng)機功率根據(jù)風(fēng)量選擇。

2.3.8 其余規(guī)格配置

《垂直連續(xù)鍍銅線工藝流程及設(shè)備基本配置表》中的溢流、循環(huán)、排水根據(jù)流程工藝選擇，這里不在詳細(xì)論述。

2.3.9 確定電氣控制方面的設(shè)計

根據(jù)《垂直連續(xù)鍍銅線工藝流程及設(shè)備基本配置表》和圖紙設(shè)計VCP線智能監(jiān)控操控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對料號、泵、整流機、傳動、設(shè)備異常等監(jiān)控。

2.3.10 主要藥水槽成分

根據(jù)設(shè)備的主要藥水槽成分，設(shè)置自動添加，見圖3所示。

圖3 藥水自動添加

2.3.11 鈦藍(lán)規(guī)格和浮板遮擋設(shè)計

如圖4，鈦籃有效區(qū)域上部距液面10 cm，通過實踐證明，此設(shè)計能有效緩解電鍍邊緣效應(yīng)。底部放置浮板，此設(shè)計能遮擋部分電力線，有效改善線路板底部電鍍均勻性。

圖4 VCP電力線分布圖

2.4 確定設(shè)備和附屬設(shè)備布局圖及設(shè)備截面圖

根據(jù)《垂直連續(xù)鍍銅線工藝流程及設(shè)備基本配置表》和各部分的設(shè)計要求生成設(shè)備布局。

設(shè)備布局圖包含VCP垂直連續(xù)電鍍銅線的所有工藝槽、過濾桶/過濾機、配電柜、機架、副槽等工藝設(shè)備的布局和主要尺寸。根據(jù)設(shè)備布局圖的長度和線路板的尺寸計算傳動運轉(zhuǎn)需要多大的馬達力?，F(xiàn)在一般使用變頻器和馬達配合，采用此驅(qū)動設(shè)備時，傳動速度在（0.5～2）m/min可調(diào)。

根據(jù)機架結(jié)構(gòu)和設(shè)備截面圖和設(shè)備布局圖以及《工藝流程和設(shè)備配置表》來繪制各個工藝流程的槽體圖紙；根據(jù)設(shè)備截面圖繪制出抽風(fēng)系統(tǒng)、陽極遮板升降機構(gòu)、進排水系統(tǒng)、整流機導(dǎo)電系統(tǒng)、藥水循環(huán)系統(tǒng)等圖紙；根據(jù)《工藝流程和設(shè)備配置表》和圖紙整理出物料清單并編寫B(tài)OM代碼輸入到 ERP系統(tǒng)中，采購根據(jù)物料清單和BOM代碼進行采購。

3 VCP線的技術(shù)優(yōu)勢

3.1 VCP線鋼帶傳動

VCP線分鋼帶傳動和鏈條傳動。VCP垂直連續(xù)鍍銅線，采用鏈條傳動時，鏈條在長時間運行過程中因為拉力的作用，使鏈條變長，由于每節(jié)鏈節(jié)受到的拉力不同，鏈條每節(jié)節(jié)距的不相同，造成鏈條上各處的瞬時速度不一致相同，使一同運動的電路板在不同時間的運行速度不同，最終造成電路板板面電鍍后上下邊緣產(chǎn)生褶皺形成，鋼帶傳動鋼帶一體成型各個位置拉力引起的變形基本接近。傳動帶各處的瞬時速度均相同，使電路板板面電鍍后電路板面?zhèn)鲃铀俣葐栴}，上下邊緣無褶皺產(chǎn)生。

3.2 VCP線設(shè)備獲得的專利

在2016年至2019年初期間，獲得國家授權(quán)專利7項。其中發(fā)明專利3項：一種電鍍槽內(nèi)的液位保持裝置、陽極材料清洗篩選裝置、一種銅粉添加溶解系統(tǒng)；實用新型專利4項：一種電鍍板運送開夾裝置、一種濕板下板裝置、一種連續(xù)電鍍傳動系統(tǒng)及連續(xù)電鍍系統(tǒng)、一種雙邊鋼帶導(dǎo)電導(dǎo)線電鍍傳動系統(tǒng)。

4 結(jié)語

VCP線的設(shè)計還有很多問題需要考慮，除了上面講到的之外，還需要考慮客戶車間的整體規(guī)劃，供水供電方面的規(guī)劃，污水處理方面的規(guī)劃以及人員編制、成本控制等方面的需求。這里只是對VCP線的機械設(shè)備方面和控制方面做了概括性的論述。VCP線今后還會朝著更加智能化、更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展。