电镀线及其治具和挂具的制作方法

本实用新型涉及电镀领域，具体地涉及用于对带有盲孔的小型多面体器件进行电镀的电镀线，尤其是挂镀生产线，以及包含于该电镀线中的治具和挂具。

背景技术：

微波介质陶瓷因介电常数高、品质因数(q值)高、温度稳定性好，广泛应用于无线通信、航空航天及军用雷达等领域，被制作为各种无源微波元件，如介质电容器、微波滤波器及介质天线等。特别是，随着5g技术的迅猛发展和大规模商用，对滤波器等射频器件的集成化要求加快、性能要求进一步提升，需要更高的品质因数。

陶瓷滤波器的q值主要由基材的介质损耗和金属膜的电导损耗所决定。申请人已有专利披露了离子注入技术对高分子树脂、陶瓷等绝缘材料的金属化以及对3d微波器件的金属化等应用。这种技术能够实现多面体器件的覆铜，解决覆铜后焊接受热而铜层容易起泡剥离的问题，降低覆铜层的电导损耗，并能够满足器件的高可靠性耐热、低插损、低成本等要求。

目前面临的问题是，出于成本考虑，通过离子注入技术对器件材料覆铜的厚度太薄(通常小于2μm)，后续必须进行电镀铜(通常加厚大于10μm)、以及镀银等表面处理(通常小于1μm)。在对数量众多(例如每月上百万个)的小型块状的多面体器件进行电镀铜时，传统的工艺是滚镀，也就是将大批小零件放在滚动的容器中进行电镀。滚镀的主要优点是：一次可装填成百上千个器件，电镀效率高，自动化程度高，成本较低。但是，滚镀过程需要使滚桶翻滚，小块器件容易被碰撞而产生缺口和划痕；小块器件堆叠而相互导电，使局部导电异常，而且电流密度变化波动大；堆叠还会导致局部药水交换性差，容易出现烧铜等外观问题。更重要的是，因后续器件电性能调试组装的需要，小块器件都设计有高厚径比的盲孔。由于滚镀过程中药水交换不足的先天缺陷，对于盲孔的深镀能力较差，深盲孔底部的电镀铜厚容易不足。而且，当镀液进入小块器件的深盲孔时，盲孔中很容易藏气泡，如何驱赶这些气泡并避免盲孔底部漏镀也是亟待解决的棘手问题。

另一种电镀铜工艺是挂镀，其中一种是通过夹具进行板式挂镀，如常见的龙门镀铜线，通常用于pcb行业的电路板电镀铜。这种工艺具有成熟的pcb盲孔电镀铜药水，镀铜均匀性和盲孔深镀能力较好，能够保证盲孔底部的铜厚性能。而且，由于夹具直接与阴极板接触导电，因而电流密度稳定、适用范围宽，不容易出现烧铜或者碰撞产生划伤等外观缺陷的问题。然而，这种板式挂镀也存在众多的不足之处，例如，很多小型块状的多面体器件容易在电镀过程中由于夹不牢固而掉入槽底；人工上料时间太长，电镀槽的空间利用率太低，导致电镀生产的产能和效率很低。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本实用新型在现有的板式挂镀龙门镀铜线和pcb盲孔镀铜药水的基础上，通过优化水洗槽的治具和电镀槽的挂具，优化高压水洗喷淋方式，以及优化挂具挂钩和器件的悬挂角度等，设计出一种适合于数量众多的小块多面体器件的电镀线，其不仅能够满足这种器件对于深盲孔和多面体表面的电镀铜厚、外观和性能等的要求，还能够大幅地提高电镀线的生产产能和效率。

本实用新型提供了一种电镀线，用于对带有盲孔的多面体器件进行电镀，上述电镀线包括：用于水洗槽的治具，其包括多个带有网格的夹板、和用于夹持上述夹板的边缘的夹扣，并且构造成将上述多面体器件保持在两个夹板之间；以及用于电镀槽的挂具，其包括器件挂钩，上述器件挂钩构造成以倾斜的姿势将上述多面体器件可移除地悬挂固定至上述挂具。

上述电镀线的挂具设计简单，人工操作简单快速，能够牢固地固定待电镀的小型多面体器件，同时提高电镀槽的空间利用率。由于器件挂钩以倾斜的姿势悬挂固定多面体器件，因而还能够避免器件挂钩接触多面体器件的内侧表面，并且避免深盲孔镀层的厚度不均或外观不良等问题。

可选地，上述多面体器件的形成有上述盲孔的表面为矩形、圆形、三角形或者多边形，上述盲孔的厚径比为2:1以下，直径为0.5~5mm。

可选地，上述多面体器件的最长边尺寸为100mm以下，并且上述多面体器件还具有槽宽或直径为1~4mm的通槽或通孔，上述器件挂钩穿过上述通槽或通孔而伸出上述多面体器件的上述表面。

可选地，上述多面体器件是通过离子注入技术使绝缘基材的表面和孔壁金属化而制成的，上述绝缘基材包括高分子树脂和陶瓷，并且金属化的上述表面和上述孔壁与上述器件挂钩电连接。

可选地，上述夹扣将上述多面体器件保持在上述多个夹板中的两个夹板之间，并且上述夹板的网格边缘避开上述多面体器件的盲孔。

可选地，上述多面体器件的上述表面以及上述夹板的网格均为矩形，上述网格的一边比上述表面的短边小1~2mm，上述网格的另一边避开上述多面体器件的盲孔，并且以两个网格匹配一个多面体器件。

通过网格的上述构造，数量众多的多面体器件能够一个挨一个地排列在相邻的两个夹板之间，同时确保夹板的网格边缘均不会遮挡多面体器件的盲孔的孔口，并且最大限度地减少网格的材料用量。

可选地，上述夹扣可枢转地连接至上述多个夹板中的至少一个夹板的边缘，上述网格由直径0.7~1.4mm的不锈钢材料或者耐100℃高温的塑料材料编制而成。

可选地，上述电镀线还包括：导轨；滑块，其能够在上述导轨上滑动；以及滑轮，其通过绳索可升降地连接至上述滑块，并且构造成能够接合上述治具和上述挂具中的至少一者。

通过电镀线中的导轨、滑块和滑轮等构件，能够方便、容易地在各个处理槽之间移送多面体器件块以进行处理。因此，能够大幅度地提高整个电镀线的生产产能和效率。

可选地，上述挂具还包括：铜棒挂钩，用于悬挂在上述电镀槽的铜棒上；金属支架，其电连接至上述铜棒挂钩，一排或多排上述器件挂钩由紧固件以预定的间隔固定至上述金属支架；以及绝缘包胶层，其至少包覆上述金属支架的、浸入上述电镀槽的电镀液中的部分。

可选地，当上述多面体器件浸入上述电镀液中时，上述盲孔面朝上述器件挂钩的外侧，且其中，上述器件挂钩与竖直方向成10~30°的角度，上述器件挂钩的顶端超出上述多面体器件的高度为1~3mm。

通过器件挂钩的上述构造，能够牢固且方便地固定多面体器件，同时避免外侧的器件挂钩将盲孔的孔口堵住、以及因电镀药水交换不充分而导致盲孔漏镀的问题。

附图说明

在参照附图阅读以下的详细描述后，本领域技术人员将会更容易理解本实用新型的上述及其他的特征、方面和优点。为了清楚起见，这些附图不一定按比例绘制，而是其中某些部分可能被夸大以示出具体的细节。在所有附图中，相同的参考标号表示相同或相似的部分，其中：

图1(a)至1(e)示出待电镀的各种多面体器件的俯视示意图；

图2(a)至2(b)示出将图1(c)所示的多面体器件沿着线a-a剖切得到的剖视示意图，其中图2(a)示出形成有离子注入层的多面体器件，图2(b)示出形成有离子注入层和金属打底层的多面体器件；

图3示出用于水洗槽的治具的结构示意图；

图4示出使用本实用新型的治具对多面体器件进行高压水洗时的示意图；

图5(a)示出用于电镀槽的挂具的主视示意图，图5(b)示出该挂具的侧视示意图；

图6示出使用本实用新型的挂具对多面体器件进行电镀时的示意图；

图7示出固定有多面体器件的挂具的局部侧视放大图；

图8示出根据本实用新型的电镀线的结构示意图。

附图标记：

10：多面体器件

11：绝缘基材

12：盲孔

13：通槽

14：通孔

15：离子注入层

16：金属打底层

20：治具

21：夹板

22：网格

23：夹扣

25：高压水

30：挂具

31：铜棒挂钩

32：金属支架

33：绝缘包胶层

34：紧固件

35：器件挂钩

36：铜棒

37：电镀槽

38：电镀液

θ：器件挂钩与竖直方向所成的角度

h：器件挂钩的顶端超出多面体器件的高度

40：电镀线

41：导轨

42：滑块

43：滑轮

44：处理槽

45：网格托盘。

具体实施方式

以下，将参照附图，详细描述本实用新型的实施方式。本领域技术人员容易理解，这些描述仅仅列举了本实用新型的示例性实施例，而绝不意图限制其保护范围。例如，在某一个附图或实施例中描述的元素或特征可以与在其它附图或实施例中描述的其它元素或特征相结合。此外，为了便于描述各构件间的位置关系，在本文中使用了空间相对用语，例如“上方”和“下方”、“左”和“右”、以及“内”和“外”等。这些术语仅仅是为了方便描述而基于附图采用的。例如，如果附图中的装置左右颠倒，那么被描述为位于某一构件“左”侧的构件将会定位在该构件的“右”侧。

现在参考附图，图1(a)至1(e)示出了待电镀的各种多面体器件10的俯视示意图。这些多面体器件10具有三个以上的表面，其中最长边的尺寸为100mm以下，例如为80mm、50mm等。如图所示，多面体器件10在一个表面上形成有盲孔12，该盲孔12的开口形状可以为圆形、长方形和正方形等。在一个实施例中，盲孔的孔径为0.5~5mm，例如为1mm、2mm、3mm、4mm等，而且盲孔的厚径比可以为2:1以下，例如为1.5:1、1:1等。多面体器件10还包括通槽13或通孔14，这些通槽13或通孔14的槽宽或者直径可以为1~4mm，例如为2mm、3mm等。

多面体器件10的形成有盲孔12的表面可以采用各种各样的形状。例如，在图1(a)所示的实施例中，多面体器件10的表面为矩形，其中一个通槽13分布在矩形的大致中央，两个盲孔12均匀分布在通槽13的上方。在图1(b)所示的实施例中，多面体器件10的表面为圆形，其中一个通孔14分布在圆形的中央，三个盲孔12等距地均匀分布在通孔14的周围。在图1(c)所示的实施例中，多面体器件10的表面为三角形，其中一个通孔14分布在三角形的中央，三个盲孔12等距地均匀分布在通孔14的周围。在图1(d)所示的实施例中，多面体器件10的表面为五边形，其中一个通槽13分布在五边形的大致中央，三个盲孔12分别分布在通槽13的左侧、上方和右侧。在图1(e)所示的实施例中，多面体器件10的表面为由两个矩形交叠而成的不规则的多边形，其中一个通槽13分布在多边形的大致中央，两个盲孔12分别分布在通槽13的上方和下方。容易理解，图1(a)至1(e)所示的表面形状、以及盲孔12、通槽13和通孔14的分布和数量都仅仅是示例性的。例如，也可以将通槽13和通孔14设置在多面体器件10的表面的边缘附近，而将盲孔12设置在该表面的大致中央。此外，在形成有多个盲孔12的情况下，各个盲孔12的深度和孔径可以是相同的，也可以是彼此不同的。

多面体器件10根据其最终的用途和性能要求，可以采用各种各样的绝缘基材11。例如，对于高频通信器件，可以采用高分子树脂材料作为基材11，如lcp基材、pp基材、peek基材、bt基材、环氧树脂基材、ce基材、ppe基材、ptfe基材、或者它们的改性基材，等等。对于陶瓷滤波器，可以采用具有低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小的介质陶瓷材料，如bao-ln2o3-tio2(blt)系列、catio3改性系列、改性铅基钙钛矿系列、bati4o9、ba2ti9o20和(zr，sn)tio4系列、以及复合钙钛矿结构型材料，等等。

为了对多面体器件10进行后续的电镀，首先需要使高分子树脂、陶瓷等绝缘基材11的表面和孔壁金属化以使其能够导电，其中孔壁包括通槽13和通孔14的孔壁、以及盲孔12的槽底和侧壁。以图1(c)所示的多面体器件10为例，图2(a)至2(b)示出该多面体器件10沿着线a-a剖切得到的剖视示意图。

在一个实施例中，如图2(a)所示，通过离子注入技术将导电材料注入到绝缘基材11的表面和孔壁下方，形成离子注入层15。在离子注入过程中，使用导电材料作为靶材，例如cr、ni、ti、mo、w、sn等或者它们之间的合金，在真空环境下通过电弧作用使靶材中的导电材料电离而产生离子，然后在高电压的电场下使该离子加速而获得很高的能量；高能的导电材料离子以很高的速度撞击到基材的表面和孔壁上，并且注入到这些表面和孔壁下方。这样形成的离子注入层15具有一定的导电性，能够直接在它上面进行电镀。而且，在注入的导电材料与绝缘基材的材料分子之间，可以形成稳定的化学键，例如离子键或共价键，该化学键有助于增强离子注入层与基材之间的结合力，使得随后附着于基材上的电镀层不容易从基材脱落。

在另一个实施例中，如图2(b)所示，在通过离子注入技术在绝缘基材的表面和孔壁下方形成了离子注入层15之后，继续通过等离子体沉积或者多弧离子镀等技术，在该离子注入层15上面沉积一层金属打底层16，以进一步降低基材11的表面方阻，从而便于后续电镀过程的进行。可以采用与离子注入时的靶材相同的材料来形成金属打底层16，例如cr、ni、ti、mo、w、sn等或者它们之间的合金，也可以采用后续电镀的材料(例如cu)来形成金属打底层16。这样的话，金属打底层16与离子注入层15或者电镀层之间将具有类似的晶格构成和物理性质，它们之间具有很强的结合力，使得电镀层不容易从绝缘基材11脱落。

在对形成有离子注入层15或者金属打底层16的多面体器件10进行电镀时，总体的工艺流程包括高压水冲洗、上料、电镀、二级浸渍水洗、化学沉银/沉锡/osp等防氧化表面处理、二级浸渍水洗、下料、托盘装料及冲洗、烘烤等步骤。在这些步骤中，本实用新型主要着眼于高压水冲洗步骤所用的治具、以及电镀步骤所用的挂具，并将在下文详细地进行描述。

图3示出用于水洗槽的治具20的结构示意图，图4示出使用治具20对多面体器件10进行高压水洗时的示意图。如图所示，治具20包括带有多个网格22的夹板21、以及夹扣23，其中各个网格22具有相同的尺寸和形状。当一个或多个多面体器件10置于相邻的两个夹板21之间时，夹扣23用于将这两个夹板21的边缘夹持在一起，从而将这些多面体器件10牢固地保持在两个夹板21之间。在一个实施例中，三个或者更多的夹板21堆叠在一起，多个多面体器件10置于每两个相邻的夹板21之间，并且若干个夹扣23将这些夹板21的边缘夹持在一起。例如，可以在第一层夹板与第二层夹板之间设置多个器件，同时在第二层夹板与第三层夹板之间设置多个器件，并用夹扣夹持第一层夹板和第三层夹板的外表面。

夹扣23可以与夹板21分开地设置，在装载多面体器件10时再由操作者按捏操作而夹紧多个夹板21的边缘。夹扣23也可以可枢转地设置在夹板21的一个边缘附近，在装载多面体器件10时由操作者旋转操作而夹紧另一个夹板21的边缘，从而将多面体器件10牢固地保持在两个相邻的夹板21之间。

夹板21的网格22构造成使其各个边缘避开相应的多面体器件10上的盲孔12，从而在进行高压水冲洗时，能够使盲孔12的底部得到冲洗湿润，并且避免盲孔12中气泡的产生。在一个实施例中，夹板21是针对表面为矩形的多面体器件10而设计的，其中网格22的一边尺寸比矩形的短边尺寸小1~2mm，另一边以避开盲孔的位置为原则，最终以两个网格22匹配一个多面体器件10。这样的话，数量众多的多面体器件10能够一个挨一个地排列在相邻的两个夹板21之间，同时确保夹板21的网格22的边缘均不会遮挡多面体器件10的盲孔12的孔口，并且最大限度地减少网格22的材料用量。针对具有其他表面形状的多面体器件10，也可以类似地设计夹板21中网格22的尺寸和形状，以同时满足多面体器件10紧密地堆叠、以及网格22的边缘不遮挡盲孔12的要求。

网格22可以由各种能够经受高压水洗而不容易变形的材料编制而成，例如直径为0.7~1.4mm的不锈钢材料，或者耐大约100℃高温的塑料材料等。在进行高压水洗时，多面体器件10被牢固地保持在相邻的两个夹板21之间，并且形成有盲孔12的表面正对着高压水25的喷射方向。例如，可以将上述治具20水平地放置在水洗槽中，使多面体器件10的形成有盲孔12的表面朝上，然后用高压水枪从上往下冲洗盲孔12，以清除盲孔、以及通孔和通槽中存在的杂质，并避免气泡的产生。还可以将上述治具20竖直地放置在水洗槽中，使多面体器件10的形成有盲孔12的表面朝向高压水枪，然后用高压水枪从侧面冲洗盲孔12。

图5(a)示出用于电镀槽的挂具30的主视示意图，图5(b)示出该挂具30的侧视示意图。如图所示，挂具30包括：铜棒挂钩31；金属支架32，与铜棒挂钩31电连接且机械连接；绝缘包胶层33，包覆金属支架32的下部的外表面；以及器件挂钩35，用于以倾斜的姿势悬挂固定多面体器件10。金属支架32可以由铜条或不锈钢制成，包括在顶端形成有铜棒挂钩31的左右各一根纵梁、以及架设在两根纵梁之间的一根或多根横梁。器件挂钩35可以由不锈钢或铜线制成，也可以由其他导电金属材料制成。一排或多排器件挂钩35由紧固件34以预定的间隔相应地固定在金属支架32的一根或多根横梁上。各个器件挂钩35的长度可以相同，也可以不同。在同一排器件挂钩35的长度彼此相同的情况下，相邻挂钩35之间的预定间隔需要大于多面体器件10的横向尺寸。在同一排器件挂钩35的长度彼此不同、且长度差大于多面体器件10的纵向尺寸的情况下，相邻的多面体器件10可以上下交错地悬挂固定在器件挂钩35上，而且相邻挂钩35之间的预定间隔大于多面体器件10的横向尺寸的一半即可。

如图5(b)中的侧视示意图所示，器件挂钩35经由固定件34以倾斜的姿势固定至金属支架32的横梁。即，器件挂钩35的主体部分或笔直部分相对于金属支架32的表面呈一定的角度。固定件34可以是常用的螺丝钉、螺帽和螺栓、以及卡扣配合件等。在一个实施例中，也可以不使用固定件34，而是通过焊接等方式将器件挂钩35一体地设置在金属支架32的横梁上。

在进行电镀时，如图6中所示，将数量众多的多面体器件10悬挂固定在挂具30的各个器件挂钩35上，进而将挂具30放入电镀槽37中，使挂具30的铜棒挂钩31勾挂于电镀槽37的铜棒36上，并且使全部多面体器件10没入电镀槽37的电镀液38中。在电镀过程中，多面体器件10的盲孔面朝向挂钩35的外侧，即朝向电镀液38，铜棒36连接至整流器阴极。由此，电流相继地经由铜棒36、铜棒挂钩31、金属支架32和器件挂钩35而流入多面体器件10的金属化的表面和孔壁上，例如图2(a)至2(b)所示的离子注入层15和金属打底层16，从而使电镀液中的铜沉积在这些表面和孔壁上。通过调整电镀过程中的电流大小、工作时间等，能够方便且容易地调节电镀铜层的厚度。绝缘包胶层33由绝缘材料制成，至少包覆金属支架32的、浸入电镀液38中的部分，从而避免铜在电镀过程中沉积在这些部分上。在一个实施例中，绝缘包胶层33还可以包覆固定件34、以及器件挂钩35中不接触多面体器件10的部分，以尽量减少铜在非必要部分上的沉积和消耗。

图7示出固定有多面体器件10的挂具30的局部侧视放大图，是图6所示的一个器件挂钩35及多面体器件10的侧视图。如图所示，器件挂钩35的弯曲部分穿过多面体器件10的通槽13或通孔14而将多面体器件10悬挂固定于挂具30的金属支架32上。器件挂钩35由紧固件34以倾斜的姿势固定于金属支架32上，并且器件挂钩35的笔直部分与竖直方向、或者金属支架32的表面形成角度θ。在一个实施例中，角度θ处于10~30°的范围中，例如可以为15°、20°等。由此，可以避免器件挂钩35接触多面体器件10的内侧表面，避免表面镀层的厚度或外观不良等问题。此外，器件挂钩35的弯曲部分伸出多面体器件10的表面，其顶端超出多面体器件10的高度为h。在一个实施例中，高度h处于1~3mm的范围中，例如可以为1.5mm、2mm等。由此，能够使用器件挂钩35牢固且方便地固定多面体器件10，同时避免外侧的器件挂钩35将盲孔12的孔口堵住、以及因电镀药水交换不充分而导致盲孔漏镀的问题。

容易理解，在按照图1(a)至1(e)所示的上下方向悬挂各个图中的多面体器件10时，图1(a)所示的两个盲孔12将分别位于穿过通槽13伸出于器件表面之外的器件挂钩35的弯曲部分两侧。此时，器件挂钩35的弯曲部分不会堵住盲孔12的孔口，也不会妨碍盲孔12中电镀药水的充分交换。相反，在图1(b)至1(e)所示的多面体器件10中，位于上方的一个盲孔12却可能被穿过通槽13或通孔14伸出于器件表面之外的器件挂钩35的弯曲部分堵住。此时，需要注意使该弯曲部分超出多面体器件10的高度h小于盲孔12与通槽13或通孔14之间的竖直距离，以免妨碍该盲孔12中电镀药水的充分交换。

图8示出根据本实用新型的电镀线40的结构示意图。如图所示，电镀线40包括图3所示的用于水洗槽的治具20、以及图5所示的用于电镀槽的挂具30。此外，电镀线40还包括：导轨41；滑块42，其能够在导轨41上沿水平方向滑动；滑轮43，其通过绳索可升降地连接至滑块42；以及处理槽44，用于对多面体器件10进行各种处理。滑轮43可以借助于例如夹具等来接合治具20和挂具30的一部分，例如可以接合治具20的夹板21的上部边缘、或者挂具30的最上面的横梁等。

在上述电镀线40中，多面体器件10能够沿水平方向和竖直方向移动到各个处理槽44中，进行前文描述的高压水冲洗、上料、电镀、二级浸渍水洗、化学沉银/沉锡/osp等防氧化表面处理、托盘装料及冲洗等步骤。在图8中仅仅示意性地示出这些步骤中的四个步骤。例如，多面体器件10首先被保持在治具20中，并放入水洗槽中进行高压水冲洗；清洗后的多面体器件10然后在上料工序中被倾斜地悬挂固定在挂具30上；挂具30接着放入电镀槽中，使用电镀液对多面体器件10实施电镀铜；以及，取出电镀完成后的多面体器件10，将其放入网格托盘45中进行水洗，随后进行烘烤等。网格托盘45允许水进入其中以清洗各个多面体器件10，同时防止多面体器件10从网格漏出。

上述电镀线40中的挂具30设计简单，人工操作简单快速，每个挂具可悬挂大约200个多面体器件块10，而且每个电镀槽可容纳两个或更多的挂具30。此外，通过导轨41、滑块42和滑轮43等构件，能够方便、容易地在各个处理槽44之间移送多面体器件块10以进行处理。因此，可以大幅度地提高整个电镀线的生产产能和效率，也能够较好地满足器件的深盲孔和电镀铜层的厚度和外观性能要求。事实上，上述电镀线40可以适用于每月30万个或甚至上百万个多面体器件块10的电镀铜处理。

在一个实施例中，也可以不设置上述的导轨41、滑块42和滑轮43等构件，而是在一条流水生产线上设置多人操作平台，由每个工人负责电镀线中的一个或多个特定的步骤。

上文描述的内容仅仅提及了本实用新型的特定实施例。然而，本实用新型并不限于这些特定实施例。本领域技术人员容易想到，在不脱离本实用新型的要旨的范围内，可以对这些实施例进行各种显而易见的修改、调整及替换，以使其适合于其他的情形。实际上，本实用新型的保护范围是由权利要求书限定的，并且可包括本领域技术人员可预想到的其它示例。