PCB電鍍過程中震動馬達(dá)停震時(shí)間計(jì)算

陳金文 汪忠林 杜 姣 茍 輝

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 前言

PCB生產(chǎn)中在電鍍槽上安裝震動裝置，是為了使陰極產(chǎn)生強(qiáng)烈震動，從而帶動鍍液震動，使鍍液處于強(qiáng)烈“湍流”狀態(tài)，破壞孔內(nèi)“層流”形成，這樣降低擴(kuò)散層厚度，提高孔內(nèi)鍍銅層均勻性。

震動產(chǎn)生的效果可以通過測震儀來監(jiān)測，測試要求如下：

（1）被測功能槽為滿掛負(fù)載；

（2）若被測位置為飛巴中點(diǎn)，一般要求震動速度≥3 0 mm/s；

（3）若被測位置為飛巴兩端，一般要求震動速度≥40 mm/s。

通過測震儀監(jiān)測，這是對震動過程效果的量化評價(jià)。但是生產(chǎn)過程中怎么匹配間歇震動的周期時(shí)間（震動時(shí)間/停震時(shí)間），卻沒有一定的量化標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)不間斷震動可以認(rèn)為是停震時(shí)間為0，震動時(shí)間無限長的“特殊間歇式震動”，一個(gè)鍍銅槽的停震時(shí)間和震動時(shí)間如何確定，是作者所關(guān)注的。希望通過這種保險(xiǎn)的計(jì)算，為PCB行業(yè)電鍍過程中，如何確定震動馬達(dá)的停震時(shí)間，提供一種保守的理論依據(jù)。

1 基礎(chǔ)條件假設(shè)與參數(shù)定義

1.1 基礎(chǔ)條件假設(shè)

一般電鍍生產(chǎn)線，除了震動裝置以外，還配備有陰極移動裝置來保證陰極的緩慢往復(fù)移動，如我單位陰極搖擺的極限行程為8 cm，平均耗時(shí)為3.86 s，搖擺產(chǎn)生的PCB移動速度為0.0207 m/s，由搖擺產(chǎn)生的印制板上孔兩端的液壓差，也會造成孔內(nèi)溶液的流動交換。

但是，為了理論上保守計(jì)算停震時(shí)間，就暫時(shí)不考慮搖擺造成的影響，因?yàn)槿绻捎帽Ｊ氐耐Ｕ饡r(shí)間就能保證孔內(nèi)溶液交換的話，那么加上搖擺的效果，自然更能保證孔內(nèi)溶液交換效果，因此做了如下基礎(chǔ)條件假設(shè)：

（1）孔內(nèi)壁電流密度取平均密度；

（2）停震時(shí)，孔內(nèi)溶液無交換，Cu2+濃度由CCu2+→C'Cu2+過程中，孔內(nèi)無新溶液進(jìn)入。

1.2 參數(shù)定義

r孔：指孔半徑，mm。

L板：印制板厚度，mm。

i孔：孔內(nèi)壁電流密度，A/dm2，通常為1.1 A/dm2。

T電鍍：實(shí)際電鍍時(shí)間，min。

cCu2+：溶液中Cu2+濃度，g/L。

cCuSO4.5H2O）：溶液中CuSO4.5H2O濃度，g/L。

γCu：電鍍效率，80%～85%。

ρCu：銅密度，8.96 g/cm3。

H銅：孔壁銅鍍層厚度，μm。

4.56——指理論上，在1 dm2銅面上均勻鍍上1 μm厚的銅層，需要4.56安培分鐘，單位為[（A·min）/（dm2·μm）]。

2 實(shí)際電鍍時(shí)間（T電鍍）計(jì)算

為保證電鍍層質(zhì)量，在任何時(shí)候均考慮Cu2+濃度滿足工藝范圍要求。因此在工藝范圍內(nèi)，Cu2+濃度由cCu2+→c'Cu2+過程中，所需要的時(shí)間（T電鍍）就是工藝所允許的最長停震時(shí)間。

根據(jù)孔內(nèi)物料守恒，見式（1）。

根據(jù)式（1）推導(dǎo)出式（1）。

根據(jù)鍍層厚度與電流關(guān)系得出式（3）。

根據(jù)式（2）和式（3）推導(dǎo)出式（4）和式（5）。

3 各類孔停震時(shí)間計(jì)算

根據(jù)式（5）計(jì)算在實(shí)際生產(chǎn)條件下，各類孔允許的最長停震時(shí)間，如表1所示。

實(shí)際生產(chǎn)條件如下。

i孔=1.1 A/dm2；c'

CuSO4.5H2O=65 g/L；c'CuSO4.5H2O=60 g/L；γCu=85%；ρCu=8.96 g/cm3。

我們公司的PCB常規(guī)孔直徑為0.3 mm，采用間歇震動（震10 s/停20 s）方式。通過表1可知，停震時(shí)間20 s遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計(jì)算的最長3.1 s，這不僅降低了孔內(nèi)溶液的交換效果，而且使孔內(nèi)Cu（2+）濃度超出了工藝低限的風(fēng)險(xiǎn)大大提高，這是不合適的，因此將間歇式震動的停震時(shí)間調(diào)整為3 s。

表1 各類孔允許的最長停震時(shí)間

因此，為了最保險(xiǎn)的保證孔內(nèi)Cu（2+）濃度滿足工藝要求，震動馬達(dá)必須在停震T電鍍（s）之后啟震，其中0.25 mm及以下孔徑，建議采用持續(xù)震動。