DE10153171A1

DE10153171A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln von Teilen in Durchlaufanlagen

Info

Publication number: DE10153171A1
Application number: DE10153171A
Authority: DE
Inventors: Egon Huebel
Original assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-27
Filing date: 2001-10-27
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-10-28
Also published as: US20040245093A1; DE10153171B4; DE60212426D1; KR100956536B1; US7563352B2; EP1438447A2; CN1578853A; ES2265516T3; WO2003038159A2; BR0213532A; WO2003038159A3; ATE330046T1; KR20050038574A; TW574434B; HK1063341A1; MXPA04003963A; JP2005507463A; DE60212426T2; CN1325699C; JP4268874B2

Abstract

Die Erfindung betrifft das elektrolytische Behandeln von flachem Gut 3 wie zum Beispiel Leiterplatten in horizontalen oder vertikalen Durchlaufanlagen. DOLLAR A Die Durchlaufanlagen sind in mehrere elektrolytische Einzelzellen 21 aufgeteilt, wobei jede elektrolytische Zelle mit einem individuellen Badstrom versorgt wird. Durch eine permanente steuerungstechnische Aktualisierung der Stromsollwerte entsprechend der momentan zu behandelnden Oberflächen in jeder elektrolytischen Zelle werden zu Beginn und Ende einer Produktionskolonne keine Dummies benötigt. Ein kleiner Anoden-/Kathodenabstand verhindert dabei eine unzulässig hohe Stromdichte im Kantenbereich des Behandlungsgutes.

Description

Die Erfindung betrifft das elektrolytische Metallisieren und Ätzen von Teilen in Durchlaufanlagen, wie sie zum Beispiel in der Leiterplattentechnik vorkommen.

Derartige Durchlaufanlagen bestehen im Wesentlichen aus einem mit Elektrolyt gefüllten Badbehälter, in dem sich die Anoden und Kathoden befinden. Eine Transporteinrichtung transportiert die zu behandelnden Teile vertikal oder horizontal durch die Anlage. Dabei kann es sich um einen Walzentransport oder um einen Klammertransport handeln. Die Teile sind beim elektrolytischen Ätzen anodisch gepolt und die Gegenelektrode(n) entsprechend kathodisch. Beim Galvanisieren sind die Teile kathodisch gepolt und die Gegenelektrode(n) sind die Anoden. Die elektrische Kontaktierung der Teile erfolgt über Kontaktwalzen, die sich bei ebenen Teilen quer zur Transportrichtung über die gesamte Breite der Teile erstrecken. Zur Kontaktierung sind auch segmentierte und nicht segmentierte Kontakträder bekannt, die am Rand der ebenen Teile, wie zum Beispiel Leiterplatten, abrollen. Ebenso sind Kontaktklammern bekannt, die die Teile, die in diesem Falle eben oder nicht eben sein können, an einer Seite ergreifen, transportieren und elektrisch kontaktieren.

Eine Durchlaufanlage besteht aus konstruktiven Gründen und um eine leichte Handhabbarkeit für das Bedienpersonal zu ermöglichen in der Regel aus mehreren voneinander getrennten Gegenelektroden. Beim Ätzen müssen diese zum Entmetallisieren öfters ausgebaut werden um das angelagerte Metall zu entfernen. Beim Galvanisieren unter Verwendung von löslichen Anoden müssen diese zu Wartungszwecken, insbesondere zur Reinigung und Metallergänzung oft ausgebaut werden. Unlösliche Anoden werden ebenfalls, in Transportrichtung gesehen, in voneinander getrennten Abschnitten ausgeführt.

Die Badstromversorgung erfolgt aus wirtschaftlichen Gründen in der Praxis für mehrere oder für alle Gegenelektroden, die einer Seite der Teile gegenüberstehen, mittels eines einzigen Gleichrichters. Die Gegenelektroden auf der anderen Seite der Teile versorgt ein weiterer Gleichrichter mit Strom. In der Leiterplattentechnik werden in derartigen Durchlaufanlagen verschieden große Platten und Folien elektrolytisch behandelt. Sie werden mit kleinem Abstand oder dicht an dicht in einer Kolonne transportiert. Zur Vermeidung eines Kanteneffektes mit zu hoher Stromdichte sind technisch sehr aufwendige verstellbare, elektrisch isolierende Blenden bekannt. Sie werden der Breite der Leiterplatten, quer zur Transportrichtung gesehen, in ihrer Lage zur Leiterplatte automatisch oder manuell angepasst. Die Blenden befinden sich beidseitig längs des Transportweges zwischen den Leiterplatten und den Gegenelektroden. Mit diesen Blenden wird beim Galvanisieren eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung bis in den betreffenden Randbereich der Leiterplatten erreicht. Allerdings sind die aufzuwendenden Kosten für derartige Blenden hoch. Die Ränder der Leiterplatten, in Transportrichtung gesehen, lassen sich jedoch nicht durch Blenden schützen, weil sie kontinuierlich von einer Gegenelektrode zur nächsten transportiert und elektrolytisch behandelt werden. Zu Produktionsbeginn sind in der elektrolytischen Anlage keine Leiterplatten. Die vorlaufende Kante der ersten einfahrenden Leiterplatte wird durch den Kanteneffekt mit einer zu hohen Stromdichte behandelt. Die weiteren Bereiche dieser Leiterplatte und möglicherweise auch der folgenden Leiterplatte werden dadurch mit zu niedriger Stromdichte behandelt. Die Folge sind Fehler in der Schichtdickenverteilung an der Oberfläche.

Die Anlage muss von daher zunächst mit Dummies gefüllt werden. Erst dann können die Gleichrichter eingeschaltet werden und die Produktionsplatten können folgen. Anbrennungen der vorlaufenden Kante und Schichtdickenfehler der Produktionsplatten werden so vermieden. Sogenannte Anbrennungen stellen beim Galvanisieren eine poröse bis pulverförmige Metallisierung dar. Sie werden durch eine elektrolytspezifisch zu hohe Stromdichte verursacht. Diese Pulverbildung ist auch bei Dummies unerwünscht. Der Elektrolyt wird in der Durchlaufanlage an die durchfahrenden Teile mit großer Turbulenz angeströmt. Dadurch löst sich das Metallpulver und es gelangt in den Elektrolyten des Arbeitsraumes, das heißt in die elektrolytische Zelle. Diese Partikel gelangen später auch an die Oberfläche der Produktionsplatten. Dort werden sie angalvanisiert und es entsteht eine nicht brauchbare Oberflächenrauhigkeit. Die Verwendung von aufwendigen Elektrolytfiltern kann diese Rauhigkeit verringern, jedoch nicht vermeiden. Anbrennungen müssen daher beim Galvanisieren von Leiterplatten in Feinleitertechnik vollkommen vermieden werden, damit kein Ausschuss produziert wird. Zum Produktionsende, bei Lücken in der Kolonne, oder bei einem Produktwechsel mit einer Flächen- oder Stromdichteänderung ist mit Dummies ebenso zu verfahren wie beim beschriebenen Produktionsbeginn. Diese Befüllung der Anlage mit Dummies ist insbesondere bei häufigem Produktwechsel sehr unwirtschaftlich, nicht zuletzt auch, weil Dummies in ausreichender Zahl an der Anlage verfügbar sein müssen. Bei den Dummies handelt es sich um für die Produktion ungeeignete Leiterplatten. Sie werden mehrfach verwendet. Deshalb ist die Schichtdicke beim Galvanisieren entsprechend der Nutzungsdauer groß. In der Regel ist die Schichtdicke sehr viel größer, als die Anfangsschichtdicke der zu produzierenden Leiterplatten. Damit ist auch die elektrische Leitfähigkeit um den Fehler 10 bis 1000 höher als die Leitfähigkeit der elektrolytisch zu behandelnden Schicht der Produktionsplatten. Dadurch werden die Dummies überproportional zu Lasten der Produktionsplatten elektrolytisch behandelt. Erst wenn die Dummies infolge der großen Schichtdicke zu schwer sind, oder wenn sie durch z. B. Knospen zu scharfkantig geworden sind und die Anlage beschädigen können, werden sie verschrottet. Insgesamt ist für die Betreiber einer Durchlaufanlage die Notwendigkeit, mit Dummies arbeiten zu müssen, unwirtschaftlich und unerwünscht.

Während der kontinuierlichen Produktion muss der Abstand von einer Leiterplatte zur nachfolgenden der Kolonne klein sein. Im Idealfall sollte der Abstand null betragen. In der Praxis sind bei mittleren Stromdichten (6 A/dm²) Abstände bis zu 15 mm tolerierbar, wenn der Nutzbereich auf der Leiterplatte selbst erst bei einem Abstand von 20 mm vom Rand beginnt. Die heutigen Forderungen nach höheren Stromdichten (12 A/dm²) und kleineren nicht nutzbaren Randbereichen verschärfen das Problem mit dem Kanteneffekt. Die Abstände von Leiterplatte zu Leiterplatte müssen kleiner und präziser eingehalten werden.

Die Druckschrift DE 39 39 681 A1 beschreibt ein Verfahren für Durchlaufanlagen zur Vermeidung des Kanteneffektes bei unerwünschten Abständen von aufeinanderfolgenden zu galvanisierenden Teilen aus dem Bereich der Leiterplattentechnik. Die Abstände der aufeinanderfolgenden Leiterplatten werden mittels Sensoren erfasst. Befindet sich in der Plattenfolge ein unzulässig großer Abstand, so wird während des Transportes der Leiterplatten durch die Anlage immer dann die untere und obere Anode abgeschaltet, unter den sich die Plattenlücke gerade befindet. Dadurch sollen Feldlinienkonzentrationen und die hieraus resultierenden verstärkten Ablagerungen an den vor- und nachlaufenden Kanten der Teile vermieden werden. Dies ist in der Praxis auch der Fall. Es ist jedoch leicht einzusehen, dass durch die nach einer abgeschalteten Anodenpaare nicht nur die Kanten der betreffenden Leiterplatte nicht galvanisiert werden, sondern auch der gesamte Bereich der Leiterplatte auf einer Länge in Transportrichtung gesehen, die etwa der Länge der jeweiligen Anoden entspricht. Die Bereiche der Leiterplatten nach einer vorlaufenden Stirnkante und vor einer nachlaufenden Stirnkante werden entweder nicht galvanisiert, oder es entstehen zu hohe Stromdichten an den vorderen und/oder hinteren Kanten. Außerdem wird bei einer derartigen Anodenabschaltung der Strom der abgeschalteten Anoden auf die angeschalteten Anoden umgeleitet und mit einer entsprechend unerwünscht höheren Stromdichte galvanisiert. Die Vermeidung von Anbrennungen und daraus resultierender Rauhigkeit ist mit dieser Erfindung noch erzielbar. Sie wird dafür auch genutzt. Diese Technik kann allerdings nicht verhindern, dass mindestens die zwei Leiterplatten vor und nach einer Leiterplattenlücke zu Ausschuss werden. Weil die Leiterplatten infolge der Feinleitertechnik und der SBU-Technik (sequential build up) zunehmend teurer werden, wird auch dieser Ausschuss nicht mehr toleriert.

Die SBU-Technik verwendet zu galvanisierende vollflächige Schichten aus chemisch Kupfer mit einer Dicke von z. B. 0,5 µm. Diese dünne Schicht ist im Vergleich zu den elektrolytischen Kupferschichten der üblichen Leiterplattentechnik mit einer Dicke von 5 µm bis 17,5 µm sehr hochohmig. Oben wurde beschrieben, dass beim Einfahren von Leiterplatten zumindest ein Teil der Anlage mit vorausfahrenden Dummies gefüllt werden muss, um die Produktionsplatten frei von Ausschuss galvanisieren zu können. Im Vergleich zur SBU- Schicht haben die Dummies eine etwa 1000fach höhere elektrische Leitfähigkeit. Fahren SBU-Platten nach Dummies in die Anlage ein, beziehungsweise vor Dummies aus der Anlage heraus, so wird sich der Galvanisierstrom der Anoden nicht flächenanteilig auf die unterschiedlichen benachbarten Platten verteilen. Der Strom fließt im Wesentlichen auf die hochleitfähigen Dummyplatten. Die SBU-Platte wird praktisch nicht galvanisiert. Handelt es sich bei Verwendung von unlöslichen Anoden um einen chemisch ätzenden Elektrolyten infolge eines verwendeten Redoxsystems, dann besteht die Gefahr, dass kontaktferne Bereiche der SBU-Platten geätzt, d. h. völlig zerstört werden. Bestenfalls die zweite oder dritte SBU-Platte nach, beziehungsweise vor einem Dummy ist verwendbar. Auch dieser Ausschuss an teuren SBU-Platten wird nicht mehr akzeptiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die beschriebenen Nachteile vermeiden. Sie sollen das elektrolytische Behandeln von aufeinanderfolgenden Teilen in Durchlaufanlagen mit beliebigen Abständen in der Folge der Teile erlauben. Ohne Verwendung von Dummies und ohne Blenden soll auch das Einfahren und Ausfahren der Teile in die Anlage hinein und aus der Anlage heraus, sowie der Produktwechsel mit anderen galvanotechnischen Solldaten so eingeschlossen sein, dass es dabei zu keiner fehlerhaften Behandlung infolge von zu hohen oder zu niedrigen örtlichen Stromdichten auf den Teilen kommt.

Gelöst wir die Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren und durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11.

Nachfolgend wird die Erfindung zur Vereinfachung der Beschreibung nur noch am Beispiel des Galvanisierens, vorzugsweise an Beispielen aus der Leiterplattentechnik beschrieben. Sie betrifft jedoch ebenso das elektrolytische Ätzen. Zur Beschreibung der Erfindung dienen die Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt eine horizontale Durchlauf-Galvanisieranlage schematisch in der Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt diese Anlage in Vorderansicht im Querschnitt.

Fig. 3 zeigt die Durchlaufanlage schematisch in der Draufsicht.

Die Durchlaufanlage in Fig. 1 besteht aus einem Badbehälter 1. Dieser ist mit Elektrolyt 2 gefüllt. Der Elektrolyt 2 wird mittels nicht dargestellter Pumpen im Kreislauf gefördert und gegen das plattenförmige Behandlungsgut 3, geleitet. Eine bevorzugte Anwendung derartiger Durchlaufanlagen findet in der Leiterplattentechnik statt. Das Behandlungsgut sind in den folgenden Beispielen Leiterplatten und Leiterfolien. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Leiterplattentechnik.

Das Niveau 4 des Elektrolyten 2 reicht über die oberen Anoden 5, die zur elektrolytischen Behandlung der Plattenoberseite bestimmt sind, hinaus. Die unteren Anoden 6 dienen zur gleichzeitigen elektrolytischen Behandlung der Unterseite des Behandlungsgutes 3. Die Anoden werden im Folgenden als Gegenelektroden und das Behandlungsgut als Elektroden bezeichnet. Bei den Anoden kann es sich um lösliche oder unlösliche Anoden handeln. Das Behandlungsgut 3, im dargestellten Beispiel Leiterplatten, wird mittels Transportwalzen 7 oder Transporträdchen in den Badbehälter 1 durch eine schlitzförmige Öffnung hinein transportiert. Die Transportwalzen 7 werden über nicht dargestellte Wellen und Zahnräder vom Walzenantriebsmotor 8 angetrieben. Ein Positionssensor 9 tastet die sich vorwärtsbewegende Leiterplattenkolonne ab und erkennt die Länge der Leiterplatten 3 und damit auch die Länge der Leiterplattenlücken 10 zwischen zwei Leiterplatten. Bei Galvanisieranlagen für Leiterplatten beträgt die Transportgeschwindigkeit in der Regel 0,15 m/Minute bis 3 m/Minute. Innerhalb des Badbehälters 1 werden die Leiterplatten von endlos umlaufenden Klammern 11 am Einlauf nach und nach gegriffen, elektrisch kontaktiert und durch die Anlage transportiert. Ein Klammerantriebsmotor 12 sorgt für den Transport der auf einem Band, Zahnriemen oder einer Kette aufgereihten Klammern. Zur elektrischen Kontaktierung der Klammern 11 dienen je Klammer ein Schleifkontakt 13. Diese Schleifkontakte gleiten auf einer gemeinsamen Schleifschiene 14, die mit einem Pol der oberen Galvanogleichrichter 15 und mit dem entsprechenden einen Pol der unteren Galvanogleichrichter 16 elektrisch verbunden ist. Der andere Pol der Galvanogleichrichter 15, 16 ist nur mit einer zugehörigen Anode 5, 6 elektrisch verbunden. Ein Galvanogleichrichter 15, 16 kann somit eine obere oder eine untere Anode speisen. Er kann auch eine Gruppe von oberen oder unteren Anoden speisen, wenn die Länge der Anoden in Transportrichtung klein gewählt ist. Bei der zunehmend zu produzierenden Feinleitertechnik ist höchste Präzision bezüglich der Schichtdicken erforderlich. Dies wird durch die Bildung einer Vielzahl von individuellen elektrolytischen Zellen in der Durchlaufanlage erreicht, die aus jeweils nur einer einzigen Anode und dem darunter bzw. darüber befindlichen Behandlungsgut, d. h. der Kathode bestehen. Besonders vorteilhaft ist es, die Länge der individuell mit Strom gespeisten Anoden in Transportrichtung des Behandlungsgutes gesehen, etwa der Länge der kürzesten zu behandelnden Leiterplatten anzupassen. Dies ergibt ein Optimum bezüglich der Herstellmöglichkeiten, und Flexibilität in Bezug auf unterschiedlich zu behandelnde Leiterplatten, die sich zugleich in der Durchlaufanlage befinden, sowie auf die Präzision der elektrolytischen Behandlung. Eine derartig dimensionierte Anode soll, in Transportrichtung des Behandlungsgutes gemessen, in der Praxis z. B. 400 mm lang sein. Sie wird von einem Galvanogleichrichter 15, 16 individuell mit Strom versorgt. Unter dem Begriff Galvanogleichrichter ist eine Gleichstromquelle, eine unipolare Pulsstromquelle oder eine bipolare Pulsstromquelle zusammengefasst. Zwischen den Anoden 5, 6 und dem Behandlungsgut 3 kann bei geringen Abständen zur Vermeidung von Kurzschlüssen, flächig angeordnet, ein Ionen durchlässiger Isolator 17 eingebaut werden. Dieser verhindert insbesondere bei kleinem Anoden-/Katodenabstand das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen. Besonders beim Galvanisieren von dünnem Behandlungsgut 3 besteht sonst die Gefahr, dass die Elektrolytströmung die Folien auslenkt und dass es dadurch zur Berührung der Gegenelektroden kommt. Als Isolator eignen sich z. B. eine gelochte oder geschlitzte Kunststoffplatte, Kunststoffnetze oder Tücher.

Zwischen den Gegenelektroden treten wegen der individuellen Stromeinspeisung Spannungsunterschiede auf. Deshalb ist es zweckmäßig, auch die Anoden gegenseitig zu isolieren, um ein gegenseitiges Galvanisieren und Ätzen benachbarter Anoden zu verhindern. Hierzu dienen zwischen den Anoden angeordnete Isolierstreifen 18.

Die elektrolytische Durchlaufanlage wird von einer übergeordneten Steuerung 19, die mit CONTROL bezeichnet ist, gesteuert. Mittels der Anlagenkonfigurationsdaten (Transportgeschwindigkeit, Lage des Sensors, Abmessungen und Lage der Anoden), der Solldaten des zu produzierenden Behandlungsgutes (Abmessungen, galvanische Oberfläche, Stromdichte) und der Positions- Istdaten der Leiterplatten in der Anlage berechnet die Steuerung 19 für jede Stromquelle 15, 16 den aktuellen, individuellen Sollstrom. Dieser wird als ein elektrisches Signal nach jeder Berechnung an den betreffenden Galvanogleichrichter 15, 16 über Steuerleitungen 20 übertragen. Im Galvanogleichrichter 15, 16 sorgt jeweils eine Regeleinrichtung dafür, dass der berechnete individuelle Strom als Galvanisierstrom durch die jeweilige elektrolytische Zelle 21 fließt. Der in jeder elektrolytischen Zelle 21 erforderliche Behandlungsstrom ist bei vorgegebener Stromdichte von der momentan in der elektrolytischen Zelle befindlichen zu behandelnden Oberfläche des Behandlungsgutes 3 abhängig. Diese Fläche ist beim Einfahren einer ersten Leiterplatte in die Durchlaufanlage in jeder elektrolytische Zelle 21 zunächst in Abhängigkeit von der Bewegung des Behandlungsgutes nicht konstant. Mit fortschreitendem Transport nimmt die Oberfläche von null bis zur völligen Belegung jeder elektrolytischen Zelle zu. Der Flächenzunahme entsprechend muss auch der Behandlungsstrom zunehmen. Mit dem Begriff Fläche ist immer die galvanisch zu behandelnde Oberfläche gemeint. Diese kann beim Leiterbildaufbau von Leiterplatten von der geometrischen Oberfläche erheblich abweichen. Bei konstanter Transportgeschwindigkeit ist die Oberflächenzunahme je Zeiteinheit in der elektrolytischen Zelle konstant. Zur Verfolgung der Leiterplatten durch die elektrolytischen Zellen 21 sind die Antriebsmotoren 8, 12 mit Antriebssensoren 22, z. B. mit inkrementalen Weggebern gekoppelt. Des Weiteren erfasst mindestens ein Positionssensor 9 die Kanten der Leiterplatten und deren Abstände voneinander. In der Steuerung 19 werden die Signale des Positionssensors 9 und der Antriebssensoren 22 logisch so verarbeitet, dass ein genaues Abbild der Befüllung der Durchlaufanlage jederzeit aktuell in der Steuerung 19 zur Verfügung steht. Alternativ können zur Berechnung der aktuellen Vorschubgeschwindigkeit des Behandlungsgutes auch die Länge der Leiterplatten (Produktdaten) und die Zeitdifferenz am Sensor vom Passieren der Vorderkante bis zum Passieren der Hinterkante einer Leiterplatte herangezogen werden. Mittels der errechneten momentanen Flächen generiert die Steuerung 19 für die elektrolytischen Zellen 21 die momentanen Stromsollwerte für die Galvanogleichrichter 15, 16. Zur Berechnung dieser Sollwerte werden neben der erforderlichen Stromdichte auch die Abmessungen der Leiterplatten bzw. deren galvanisch wirksame Oberfläche herangezogen, insbesondere die Breite quer zur Transportrichtung. Diese ist in der Praxis meist kleiner, als die Breite der Anoden 5, 6 der Durchlaufanlage. Die Anoden stehen über das Leiterplattenende hinaus. In diesem Endbereich der Leiterplatten müssen Anbrennungen durch zu hohe Stromdichten infolge der Feldlinienkonzentration (Spitzenwirkung) vermieden werden. Hierzu werden nicht die bekannten und technisch aufwendigen, verstellbaren Blenden verwendet. Erfindungsgemäß wird stattdessen ein kleiner Anoden-/Kathodenabstand der elektrolytischen Zellen 21 vorgesehen. Durch den kleinen Anoden-/Kathodenabstand wird nicht nur eine zu hohe Feldlinienkonzentration an der Breitseite der Leiterplatte vermieden, sondern an allen Kanten des Behandlungsgutes, insbesondere auch an den vorlaufenden und nachlaufenden Kanten in Transportrichtung gesehen. Dies erlaubt beliebig großen Lücken zwischen den Leiterplatten einer Kolonne zu fahren, ohne dass es zu den Anbrennungen der vorlaufenden und nachlaufenden Kanten kommt. Zur Erzielung der vorgesehenen und auf der gesamten Oberfläche wirksamen Stromdichte muss jedoch der Strom ständig angepasst werden, denn unter den Anoden befinden sich in den Abmessungen ständig verändernde Oberflächen, die elektrolytisch zu behandeln sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die bereits beschriebene Leiterplattenverfolgung in der Durchlaufanlage und die je Anode fortlaufend berechnete aktuelle Oberfläche herangezogen. Das Steuerungssystem berechnet und ändert damit ständig die aktuellen Sollströme der individuellen Galvanogleichrichter je Anode. Durch die Kombination dieser ständigen Galvanisierstrom-Sollwertberechnung und Galvanisierstrom-Einstellung sowie der kleinen Anoden-/Kathodenabstände wird die Produktion von Teilen mit beliebig großen Lücken in einer Kolonne möglich, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile. Vorteilhaft ist bei Stromdichten im Bereich von 12 A/dm² ein Anoden-/Kathodenabstand von 2 bis 15 Millimeter. Bei kleineren Stromdichten im Bereich von 5 A/dm² können die Anoden-/Kathodenabstände größer gewählt werden, z. B. 20 mm bis 50 mm. In den beschriebenen Fällen kann auf die Flächenblenden, die bei größeren Anoden-/Kathodenabständen nach dem Stand der Technik Anwendung finden, verzichtet werden.

Während des Einfahrens der Leiterplatten in die elektrolytischen Zellen 21 der Durchlaufanlage wird der Behandlungsstrom wie beschrieben kontinuierlich erhöht so, dass stets die gleiche Stromdichte an der Oberfläche des Behandlungsgutes 3 wirksam ist. Diesen Stromanstieg nennt man auch positive Stromrampe. Beim Ausfahren der letzten Leiterplatte aus der Durchlaufanlage ist zur Einhaltung der geforderten Behandlungsstromdichte ein entsprechend abnehmender Strom in jeder betreffenden elektrolytischen Zelle nötig. Auch diese negativen Stromrampen werden in der Steuerung 19 berechnet und an die Galvanogleichrichter als elektrisches Signal zur entsprechenden Stromeinstellung ausgegeben.

Vorstehend wurde die elektrolytische Behandlung einer Kolonne von Leiterplatten mit gleichen Sollstromdichten und mit beliebigen Abständen voneinander ohne die Verwendung von Dummies vor und nach der Kolonne sowie ohne Verwendung von Blenden beschrieben. Die Erfindung erfüllt darüber hinaus weitere Anforderungen, die in der Praxis vorkommen und die nach dem Stand der Technik in Durchlaufanlagen bisher nicht realisierbar sind. Hierzu gehören das gleichzeitige elektrolytische Behandeln von zwei oder mehreren Kolonnen von Leiterplatten in einer Durchlaufanlage mit unterschiedlichen Stromdichten. Und schließlich kann bei einem Produktwechsel die Transportgeschwindigkeit für das Behandlungsgut geändert werden, ohne die Durchlaufanlage zuvor, wie bisher üblich, leer fahren zu müssen. In allen Fällen wird die geforderte Schichtdicke für alle Leiterplatten exakt eingehalten. An Hand der weiteren Figuren wird dies näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt eine horizontale Durchlaufanlage schematisch im Querschnitt. Der Transport des Behandlungsgutes 3 erfolgt hier senkrecht in die Zeichnungsebene hinein. Zu erkennen ist, dass die Anoden 5, 6 quer zur Transportrichtung länger sind, als die von den Klammern 11 gegriffene und elektrisch kontaktierte Leiterplatte 3. Wegen des kleinen Anoden-/Kathodenabstandes werden keine Blenden benötigt. Der Positionssensor 9 zur Erkennung der aktuellen Lage der Leiterplatten 3 und der Lage der Lücken 10 zwischen zwei Leiterplatten befindet sich vorzugsweise wie dargestellt im Randbereich. Damit wird zugleich geprüft, ob die Leiterplatten korrekt so ausgerichtet sind, dass sie von den Klammern 11 gegriffen werden können. Die rechts dargestellten Klammern 11 bewegen sich mit den gegriffenen Leiterplatten in die Zeichnungsebene hinein. Wegen des endlosen Klammerumlaufs bewegen sich die links dargestellten Klammern 11 ohne Leiterplatten aus der Zeichnungsebene heraus. Zur Vollständigkeit ist in der Fig. 2 auch eine äußere Transporträdchenwelle 7 nach unten versetzt eingezeichnet worden. In der Praxis befinden sich die Rädchen zur Stützung und zum Transport direkt unter dem Behandlungsgut.

Die Fig. 3 zeigt eine horizontale Durchlaufanlage schematisch in der Draufsicht. Aus Darstellungsgründen sind in dieser Durchlaufanlage nur vier obere. Gegenelektroden 5.1 bis 5.4 und die zugehörigen Galvanogleichrichter 15.1 bis 15.4 dargestellt. In der Praxis besteht eine derartige Anlage aus bis zu 20 Stück obere und untere Gegenelektroden, das heißt Anodenpaare. In der in Fig. 3 dargestellten Anlage befinden sich drei verschiedene Sorten von Leiterplatten 3.1 bis 3.3, d. h. Kolonnen von unterschiedlichen Leiterplatten. Eine weitere Leiterplatte 3.4 befindet sich gerade vor der Anlage.

Zu erkennen ist, dass sich Behandlungsgut mit unterschiedlichen Plattenformaten und unterschiedlichen Abständen voneinander in der Durchlaufanlage befinden, das heißt mit unterschiedlichen Lücken 10. Die jeweils elektrolytisch wirksamen Flächen A1 bis A7 sind mit Schraffur dargestellt. Es sind die Flächen, die sich gerade unter den Gegenelektroden befinden. Diese Projektionen sind eine Momentaufnahme. Sie ändern sich ständig in Abhängigkeit vom Transportvorschub. Eine Neuberechnung der Flächen erfolgt zum Beispiel nach einem Transportvorschub von 2,5 bis 50 Millimeter, oder in Zeitintervallen von 50 bis 1000 Millisekunden.

Die Summe der sich momentan im Bereich einer Gegenelektrode befindlichen Flächen, multipliziert mit der Sollstromdichte ergibt den von den Galvanogleichrichtern 15.1 bis 15.4 momentan einzustellenden Badstrom. In der Praxis erweist sich eine Aktualisierung des Badstromes nach einem Transportvorschub von etwa 10 Millimeter als ein sehr guter Wert. Bei einer Transportgeschwindigkeit von 2 Meter pro Minute sind somit alle Gleichrichterströme ca. dreimal pro Sekunde zu aktualisieren. Dies ist mit den verfügbaren Steuerungssystemen kostengünstig realisierbar. Der Strom ändert sich in kleinen Stufen. Eine stufenlose Stromänderung ist vorausberechnend ebenfalls möglich. In diesem Falle werden die Galvanogleichrichter stufenlos mit einem Stromsollwertsignal angesteuert. In der Regel ist dies ein Analogwert.

In Fig. 3 befindet sich momentan unter der Gegenelektrode 5.4 nur die Fläche A1. Unter 5.3 befinden sich A2 + A3. Unter 5.2 befinden sich A4 + A5. Unter 5.1 befinden sich A6 + A7. Der Abstand zwischen den Leiterplatten 3.1 und 3.2 beträgt eine Gegenelektrodenlänge in Transportrichtung. Dies erlaubt ohne Nachteile die Einstellung von unterschiedlichen Stromdichten für die Leiterplatten 3.1 und 3.2. Die Leiterplatten 3.2 und 3.3 werden mit Lücken transportiert, die kleiner sind als die Anodenlänge. Wegen der kleinen Lücke kann die Stromdichte für diese Leiterplatten nicht verändert werden, weil sich die Leiterplatten 3.2 und 3.3 kurzzeitig unter bzw. über der gleichen Anode befinden. Die Größe der Lücken erfasst der Positionssensor 9. Sie werden bei der momentanen Flächenberechnung in der Steuerung 19 berücksichtigt.

Sollen verschiedene Produkte mit gleicher Stromdichte zeitlich unterschiedlich lang behandelt werden, so wird die Transportgeschwindigkeit verändert. Dies geschieht in der Praxis dann, wenn sich die Übergangsgrenze der Leiterplattenkolonne etwa in der Mitte der Durchlaufanlage befindet. Bei einer Geschwindigkeitserhöhung werden die vor der Übergangsgrenze laufenden Leiterplatten zeitlich zu kurz behandelt. Dies wird durch eine vorübergehende spezifische Stromdichteerhöhung kompensiert, bis sich nur noch nachlaufende Leiterplatten in der Durchlaufanlage befinden. Bei einer Geschwindigkeitsverringerung wird die Stromdichte der betreffenden Gegenelektroden entsprechend vorübergehend automatisch verringert. Das bisher übliche Leerfahren der Durchlaufanlage ist hierbei nicht erforderlich.

In der Praxis ist ein Produktwechsel bei der Beschickung eine Durchlaufanlage vorhersehbar. Von daher ist die Einhaltung einer Lücke von mindestens einer Gegenelektrodenlänge steuerbar, wenn die Produkte mit unterschiedlicher Stromdichte behandelt werden sollen. Ein Leerfahren der Durchlaufanlage ist auch hier nicht mehr erforderlich.

Nicht vorhersehbar sind jedoch ungeplante Lücken, wie sie in der Praxis vorkommen. Es werden zum Beispiel Leiterplatten vor der Durchlaufanlage zu Testzwecken aus der Kolonne herausgenommen, oder es entsteht durch Störungen ein Stau, der ein Ineinanderschieben von Platten bewirkt. Der bisher verursachte Ausschuss der Leiterplatten vor und nach der Lücke entfällt mit der vorliegenden Erfindung. Die korrespondierenden Anoden- und Kathodenflächen in jeder elektrolytischen Zelle sind bei unveräderter Reihenfolge jederzeit in der übergeordneten Steuerung zur Berechnung der aktuellen Galvanogleichrichter- Sollströme und der Stromrampen bekannt. In jedem der Galvanogleichrichter wird der momentan erforderliche Behandlungsstrom durch Steuerungs- und Regelungsmittel der Mess- und Regeltechnik eingestellt. Damit sich diese Ströme gleichmäßig auf die Oberflächen der Leiterplatten verteilen und nicht die Kanten derselben bevorzugt behandeln, wird wie vorher beschrieben, ein genügend kleiner Anoden-/Kathodenabstand der elektrolytischen Zellen gewählt. Die Anoden können großflächig oder auch quer zur Transportrichtung segmentiert ausgeführt sein. Bei einer segmentierten Anode erhält jedes Anodensegment einen individuellen Galvanogleichrichter. Auch die momentan korrespondierenden Flächen des Behandlungsgutes werden für jedes Anodensegment individuell berechnet. Daraus werden wieder die Stromsollwerte für die Galvanogleichrichter gebildet. Bei zunehmender Anzahl von Galvanogleichrichtern in einer Durchlaufanlage bietet sich die steuerungstechnische Vernetzung der Galvanogleichrichter mit der übergeordneten Steuerung mittels eines seriellen Bussystems wie zum Beispiel mittels des Profibusses oder mittels Ethernet an.

Soll Behandlungsgut mit einer sehr dünnen Kupferkaschierung im Bereich von 0,5 µm-5 µm elektrolytisch galvanisiert werden, kann die Erfindung auch zur Begrenzung der Anfangsstromdichte verwendet werden, um zum Beispiel Anbrennungen zu vermeiden. Anhand der in der Steuerung vorhandenen Daten kann die Anfangsstromdichte mittels eines Korrekturfaktors auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden, und dann in einer oder mehreren Stufen oder stufenlos entsprechend der Dickenzunahme der Leitschicht dynamisch bis zur nominellen Stromdichte mit dem Endwert 1 gesteigert werden, um einen schnellen und qualitativ hochwertigen Schichtaufbau zu erhalten.

Der Positionssensor 9 kann sich innerhalb oder außerhalb des Badbehälters 1 befinden. Im Badbehälter muss er gegen den verwendeten Elektrolyten resistent sein. Wird er in der Nähe des Klammergreifpunktes positioniert, dann erkennt er auch noch Transportfehler, die vom Einlauf der Leiterplatten in die Durchlaufanlage bis zum Erreichen der Klammern auftreten können. Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Antriebsmotoren 8 und 12 können auch durch einen gemeinsamen Motor mit Antriebssensor, wie in Fig. 2 dargestellt, ersetzt werden. In diesem Falle entfallen die steuerungstechnischen Maßnahmen zur Synchronisation von Walzenantriebsmotor und Klammerantriebsmotor.

Die Erfindung eignet sich auch zur elektrolytischen Bearbeitung von Behandlungsgut, das nur an einer Oberflächenseite galvanisiert oder geätzt werden soll. Ferner eignet sie sich auch uneingeschränkt für vertikale Durchlaufanlagen. Bezugszeichenliste 1 Badbehälter
2 Elektrolyt
3 Behandlungsgut, z. B. Leiterplatte
4 Elektrolytniveau
5 obere Anode, Gegenelektrode
6 untere Anode, Gegenelektrode
7 Transportwalze, Transporträdchenwelle
8 Walzenantriebsmotor
9 Positionssensor
10 Leiterplattenlücke
11 Klammer
12 Klammerantriebsmotor
13 Schleifkontakt
14 Schleifschiene
15 oberer Galvanogleichrichter, Stromquelle
16 unterer Galvanogleichrichter, Stromquelle
17 Ionen durchlässiger Isolator
18 Isolierstreifen
19 übergeordnete Steuerung
20 Steuerleitungen
21 elektrolytische Zelle
22 Antriebssensor
23 Transportband, Kette
A elektrolytisch wirksame Fläche

Claims

1. Verfahren zum elektrolytischen Metallisieren und Ätzen von Behandlungsgut in horizontalen oder vertikalen Durchlaufanlagen bestehend aus mindestens

a) einem Badbehälter, der mit im Kreislauf gefördertem Elektrolyt gefüllt ist,

b) zwei oder mehreren in Transportrichtung hintereinander angeordneten elektrolytische Zellen, gebildet aus Gegenelektroden, die einseitig oder beidseitig dem Behandlungsgut gegenüberstehen,

c) einer Transporteinrichtung, die das Behandlungsgut, das die Elektrode bildet, durch die Zelle(n) hindurch an den (der) in Transportrichtung angeordneten Gegenelektrode(n) vorbei befördert,

d) einer Kontakteinrichtung, die das Behandlungsgut während des Transportes elektrisch kontaktiert,

gekennzeichnet durch
die Wahl eines Elektroden-/Gegenelektrodenabstandes der elektrolytischen Zelle(n) mit einem Wert von 50 mm oder weniger, dass auf dem Behandlungsgut ohne Verwendung von elektrisch isolierenden Blenden eine nahezu gleichmäßige Stromdichte bis in den Randbereich erzielt wird,
die laufende Erfassung der Position des Behandlungsgutes und des Abstandes von aufeinanderfolgendem Behandlungsgut während des Transportes mit einem Sensor,
die ständige logische Verfolgung des Transportes jedes einzelnen Behandlungsgutes einer oder mehrerer Kolonnen durch die Durchlaufanlage mit einem Steuerungssystem,
und durch die laufende Berechnung von individuellen Stromsollwerten im Steuerungssystem und Ausgabe an die zugeordneten Gleichrichter in der Durchlaufanlage,
je einen stromgeregelten Galvanogleichrichter für jede elektrolytische Zelle, der die elektrolytische Zelle anhand des vom Steuerungssystem fortlaufend berechneten Stromsollwertes mit Strom versorgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Stromsollwert anhand der momentan elektrolytisch zu behandelnden Fläche, der festgelegten Stromdichte laufend berechnet wird, wobei die Transportgeschwindigkeit, die aktuelle Position von Behandlungsgut und Lücken und die Lage der Gegenelektroden aller Galvanisierzellen in die Flächenberechnung einbezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Stromsollwertberechnung für einen bestimmten Zeitraum oder eine bestimmte Wegstrecke des Behandlungsgutes mit einem Korrekturfaktor verändert wird um Anbrennungen bei sehr dünnen Anfangsleitschichten zu verhindern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Stromsollwertberechnung für einen bestimmten Zeitraum oder eine bestimmte Wegstrecke mit einem Korrekturfaktor verändert wird und der Korrekturfaktor in Stufen oder stufenlos vom Anfangswert bis zum Endwert 1 dynamisch verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleichmäßige Feldlinienverteilung durch einen bevorzugten Elektroden- /Gegenelektrodenabstand erzielt wird, der zwei Millimeter bis fünfzehn Millimeter beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position jedes Behandlungsgutes während des Transportes durch die Durchlaufanlage mittels mindestens eines Sensors mindestens alle 1000 Millisekunden an der Transportbahn erfasst und im Steuerungssystem permanent verfolgt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung der Ströme in den Galvanogleichrichtern spätestens nach einem Vorschub des Behandlungsgutes von jeweils 50 mm erfolgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der Sollwerte für die Ströme der Galvanogleichrichter stufenlos erfolgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Behandlungsgut, das mit unterschiedlicher Sollstromdichte behandelt werden soll, durch eine Lücke in der Transportfolge getrennt wird, die in ihrer Länge mindestens der Länge einer elektrolytischen Zelle in Transportrichtung entspricht.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung der Transportgeschwindigkeit bei sonst gleichen Bedingungen, der Gewinn oder Verlust an elektrolytischer Behandlungszeit durch vorübergehende Verringerung oder Erhöhung der Stromdichte kompensiert wird.

11. Vorrichtung zum elektrolytischen Metallisieren und Ätzen von Behandlungsgut in horizontalen oder vertikalen Durchlaufanlagen insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 bestehend aus:

a) einer Durchlaufanlage mit Badbehältern für Elektrolyt,

b) zwei oder mehreren in Transportrichtung hintereinander angeordneten elektrolytischen Zellen, gebildet aus Gegenelektroden, die einseitig oder zweiseitig dem Behandlungsgut, das die Elektrode bildet, gegenüberstehen,

c) einer Transporteinrichtung für das Behandlungsgut,

d) einer Kontakteinrichtung zur elektrischen Kontaktierung des Behandlungsgutes,

gekennzeichnet durch:

a) mindestens einen Sensor zur laufenden Positionsbestimmung des Behandlungsgutes und der Lücken in der Durchlaufanlage,

b) ein Steuerungssystem zur laufenden logischen Verfolgung der Position des Behandlungsgutes und der Lücken in der Durchlaufanlage sowie zur laufenden Berechnung der Gleichrichtersollwerte anhand der Anlagen-, Behandlungsgut-, und Sensordaten und laufende Ausgabe der Stromsollwerte an jeden Galvanogleichrichter der elektrolytischen Zellen

c) mindestens einen stromgeregelten Galvanogleichrichter je elektrolytischer Zelle mit je einem Sollwerteingang zur Stromregelung,

d) Elektroden und Gegenelektroden der elektrolytischen Zellen, die mit einem Abstand zueinander von maximal 50 mm in den elektrolytischen Zellen angeordnet sind,

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Galvanogleichrichter, die einen Ausgangsbadstrom von 0 Ampere bis zum Nennstrom stufenlos einstellen können.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Galvanogleichrichter, die einen Ausgangsbadstrom in Stufen einstellen können.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, gekennzeichnet durch Galvanogleichrichter in Form von Gleichstromquellen, sowie unipolaren oder bipolaren Pulsstromquellen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 14, gekennzeichnet durch segmentierte Gegenelektroden, wobei jedes Segment für sich eine elektrolytische Zelle bildet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 15, gekennzeichnet durch eine elektrische Isolation zwischen benachbarten Gegenelektroden und zwischen einzelnen Gegenelektrodensegmenten.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine elektrische, Feldlinien durchlässige Isolation zwischen Behandlungsgut und Gegenelektrode.