DE10234705A1

DE10234705A1 - Galvanisiereinrichtung und Galvanisiersystem zum Beschichten von bereits leitfähig ausgebildeten Strukturen

Info

Publication number: DE10234705A1
Application number: DE10234705A
Authority: DE
Inventors: Erlbacher Ewald Simmerlein; Andreas Mueller-Hipper; Andreas Karl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: DE10234705B4

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Galvanisiereinrichtung (10) zur galvanischen Abscheidung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Substrat (12) vor, die ein Elektrolytbad (14) aufweist, in dem eine Anodeneinrichtung (30) und zumindest eine Kontaktiereinheit (16) angeordnet ist, wobei jede Kontaktiereinheit (16) eine Mehrzahl an elektrisch leitenden Bereichen (20) aufweist, von denen jeweils zumindest einer kathodisch bzw. anodisch geschalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Galvanisiereinrichtung sowie ein Galvanisiersystem zur galvanischen Abscheidung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Substrat.

Galvanisiereinrichtungen bzw. Galvanisiersysteme werden zur Herstellung von Leiterstrukturen oder vollflächigen Leiterschichten verwendet. Beispielsweise werden Antennenspulen, Leiterplatten, Chipkartenmodule oder dergleichen mit solchen Einrichtungen gefertigt. Die Fertigung derartiger Leiterstrukturen erfolgt bislang nach substraktiven Verfahren.

Hierzu wird ein kontinuierlich als Kathode geschalteter Metallzylinder zumindest teilweise in ein Elektrolytbad, in welchem sich ein Elektrolyt befindet, eingetaucht und in Drehung versetzt. In dem Elektrolytbad befindet sich eine Anodeneinrichtung. An der sich langsam drehenden Kathode schlägt sich - je nach verwendeten Elektrolyt - eine Metallschicht ab, die außerhalb des Elektrolyten auf eine als Substrat bezeichnete, nicht leitende Folie auflaminiert wird.

Dem Verfahren, bei dem sich auf dem Trägersubstrat eine nur einseitige Metallschicht fertigen läßt, sind Grenzen bei der nach unten erzielbaren Metallstärke gesetzt, da die Metallfolie, die in der Regel aus Kupfer gefertigt wird, von der Kathode abgeschält und auf die aus Kunststoff bestehende Folie aufgebracht wird. Die Folienstärke wird durch die spätere Weiterverarbeitung wegen dann möglicher auftretender Rißbildungen auf etwa 17 µm nach unten beschränkt.

Nachdem auf die Folie eine flächige Metallschicht auflaminiert ist, die eine Metallstärke im Bereich zwischen 17 µm und 75 µm aufweist, wird auf die Metallschicht ein Ätzresistlack aufgebracht, der anschließend photolithographisch belichtet wird. Mit dem nachfolgenden Ätzschritt werden diejenigen Bereiche der ganzflächigen Metallschicht weggeätzt, die für eine Leiterzugstrukturierung nicht benötigt werden. Nach dem Entfernen des auf der strukturierten Metallisierung verbleibenden Ätzresistlacks ist die gewünschte Leiterstruktur fertig gestellt. Das beschriebene Verfahren, das sich des eingangs genannten substraktiven Prinzips bedient, weist zum einen den Nachteil auf, daß nur geringe Durchsatzraten erzielbar sind, ein hoher Chemikalienverbrauch notwendig ist und große Teile der eingesetzten Rohmaterialien (Metallschicht) auf Grund des substraktiven Verfahrens verschwendet werden.

Nachteilig ist zum anderen auch die Tatsache, daß in regelmäßigen Abständen eine anodische Abreinigung der zylinderförmigen Kathode erfolgen muß. Die anodische Abreinigung kann entweder mit Salpetersäure erfolgen, so daß ein vollständiges Ablassen des Elektrolyten aus dem Elektrolytbad notwendig ist. Während dieser Zeit kann die Galvanisiereinrichtung nicht zur Produktion verwendet werden. Alternativ ist zur Abreinigung eine kathodisch-anodische Pulsschaltung bekannt. Bei einer derartigen Einrichtung werden jedoch sehr hohe Anforderungen an den Gleichrichter gestellt, da dieser im Pulsverfahren für sehr kurze Zeiträume sehr hohe Ströme aufbringen muß. Eine derartige Anlage ist deshalb in den Anschaffungs- und Unterhaltskosten sehr teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Galvanisiereinrichtung sowie ein Galvanisiersystem bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik eine schnellere und einfachere sowie kostengünstigere Fertigung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Substrat erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 (Galvanisiereinrichtung) sowie mit den Merkmalen des Anspruches 13 (Galvanisiersysteme) gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Herstellung der elektrisch leitenden Schicht mittels der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung erfolgt dabei auf einem Substrat, das bereits leitfähig ausgebildete Strukturen aufweist. Die leitfähigen Strukturen bestehen dabei vorzugsweise aus auf einer Oberfläche des Substrates aufgebrachten leitfähigen Partikeln, die an dem Substrat fixiert sind. Die leitfähigen Partikel sind "freiliegend", also ohne ein diese umgebendes Einbettungsmaterial, auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht. Das Aufbringen der leitfähigen Partikel erfolgt beispielsweise durch Aufblasen, Aufspritzen, Aufsprühen, Aufrollen oder Aufpinseln. Um eine ausreichende Haftung der leitfähigen Partikel auf der Oberfläche des Substrates zu erzielen, können die Partikel thermisch und/oder statisch und/oder magnetisch und/oder mittels einer Haftschicht auf den Trägerkörper aufgebracht worden sein. Die leitfähigen Partikel können beispielsweise aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer, Eisen, Nickel, Gold, Silber, Aluminium, Messing oder einer Legierung, aus Graphiten oder aus leitfähigen Polymerpartikeln bestehen. Die Partikel liegen beim Aufbringen auf das Substrat bevorzugt in einer Pulverform vor.

Das Substrat besteht vorzugsweise aus einem nicht leitenden Material, wobei die Oberfläche des Substrates adhäsive Eigenschaften aufweist. Die Aktivierung der adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche kann beispielsweise durch Erweichen desselben oder durch Aufbringen eines Klebers erfolgen. Das Erweichen der Oberfläche kann mittels thermischer Strahlung, Ultraschall oder eines Lösungsmittels erfolgen. Die Oberfläche kann hierzu vorab, d. h. vor dem Aufbringen der leitfähigen Partikel, mit einem Lösungsmittel behandelt sein. Alternativ oder zusätzlich können die leitfähigen Partikel auch mit einem Lösungsmittel vorbehandelt werden, bevor sie auf den Trägerkörper aufgebracht werden.

Mit dem Aufbringen der leitfähigen Partikel auf das Substrat, also vor dem eigentlichen Galvanisiervorgang, ist die erwünschte Leiterstruktur, die natürlich auch vollflächig sein kann, bereits festgelegt. Durch die Vorbehandlung des Substrates ist sichergestellt, daß die leitfähigen Partikel nur an solchen Stellen an dem Substrat haften bleiben, an denen ein Haftvermittler vorgesehen ist. Die Galvanisiervorrichtung bzw. das Galvanisiersystem dient somit zur galvanischen Verstärkung der leitfähigen Partikel. Bereits aus dieser Beschreibung ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung auf ein Versorgungsband - die einleitend beschriebene Folie - verzichtet werden kann, da nur das tatsächlich erwünschte Layout, also z. B. eine Leiterstruktur, galvanisiert wird.

Die erfindungsgemäße Galvanisiereinrichtung zur galvanischen Abscheidung einer elektrisch leitenden Schicht auf dem Substrat weist ein Elektrolytbad, in dem eine Anodeneinrichtung und zumindest eine Kontaktiereinheit angeordnet ist, auf, wobei jede Kontaktiereinheit eine Mehrzahl an elektrisch leitenden Bereichen aufweist, von denen jeweils zumindest einer kathodisch bzw. anodisch geschalten ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Kontaktiereinrichtung aus einem ausschließlich kathodisch geschalteten Element (Metallzylinder) besteht, weist die erfindungsgemäße Galvanisiereinrichtung eine Kontaktiereinheit auf, die sowohl kathodisch als auch anodisch schaltbar ist. Die dadurch definierte Galvanisierungseinrichtung ist deshalb selbst regenerierend. Dies bedeutet, die Galvanisierungseinrichtung weist keinerlei Stillstandszeiten mehr auf, die bei üblichen Einrichtungen für die anodische Abreinigung der kathodisch geschalteten Rolle notwendig sind. Dadurch bedingt lassen sich wesentlich höhere Durchsatzraten erzielen, wodurch auch die Stückkosten der zu fertigenden Leiterstrukturen sinken.

Da die sich an einem kathodisch geschaltenen elektrisch leitenden Bereich anlagernden leitenden Partikel nur teilweise zur galvanischen Verstärkung der leitfähigen Partikel auf dem Substrat verwenden lassen, erfolgt im Laufe der Zeit eine Verunreinigung der elektrisch leitenden Bereiche. Da jeder der elektrisch leitenden Bereiche nach der kathodischen Schaltung zumindest einmal anodisch geschalten wird, erfolgt eine Selbstreinigung der Kontaktiereinheit. Als Hilfskathode dient dabei der zu galvanisierende Gegenstand.

Auf das anodische Abreinigen der Kontaktiereinrichtung in der bislang bekannten Weise kann somit verzichtet werden, da jeder elektrisch leitende Bereich einer Kontaktiereinrichtung sowohl als Kathode oder Anode schaltbar ist. Die leitenden Bereiche werden dabei in Abhängigkeit ihrer Stellung kathodisch oder anodisch geschalten. Insbesondere sind verschiedene der elektrisch leitenden Bereiche gleichzeitig kathodisch bzw. anodisch schaltbar.

Da es dann immer zumindest einen elektrisch leitenden Bereich gibt, der jeweils kathodisch bzw. anodisch geschalten ist, kann die Galvanisiereinrichtung kontinuierlich durchlaufen.

Bei den Leiterstrukturen handelt es sich beispielsweise um die eingangs genannten Antennenspulen oder Chipmodule. Die kostengünstige Fertigung wird auch dadurch ermöglicht, daß nach der galvanischen Verstärkung mit der Galvanisiereinrichtung keine weiteren Verarbeitungsschritte mehr notwendig sind, außer dem Vereinzeln jeweiliger Leiterstrukturen. Bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen handelt es sich somit um ein additives bzw. semiadditives Verfahren zur Herstellung einer Leiterstruktur.

Darüber hinaus erreicht auch der qualitative Metallaufbau der elektrisch leitenden Schicht eine genau steuerbare und äußerst homogene Stärkengleichheit. Weiterhin ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung eine zweiseitige Metallisierung auf dem Substrat herzustellen. Dazu ist es notwendig, daß das Substrat vor dem Bearbeiten mit der Galvanisiereinrichtung beidseitig mit den leitfähigen Partikeln in strukturierter Weise versehen wurde. Neben dem Vorteil einer gleichzeitigen Ausbildung einer zweiseitigen Metallschicht, ist dann auch die selbsterzeugende Ausbildung elektrischer Durchkontaktierungen möglich. Diese bilden zusammen mit den dazugehörigen Leiterstrukturen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Substrates eine metallische Einheit mit mehr oder weniger gleicher Schichtstärke.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in einem Arbeitsgang in der Galvanisiereinrichtung auch unterschiedliche Schichtdicken hergestellt werden können, indem die Stromstärke der Galvanisiereinrichtung und/oder die Durchlaufgeschwindigkeit des Substrates in der Galvanisiereinrichtung variiert wird.

Es ist ausreichend, wenn jeweils ein elektrisch leitender Bereich kathodisch bzw. anodisch geschalten ist. Denkbar ist jedoch auch, benachbarte elektrisch leitende Bereiche gleichzeitig kathodisch zu schalten. Hierdurch kann die galvanische Verstärkung des zu galvanisierenden Substrates beschleunigt werden. In entsprechender Weise können auch mehrere - nicht unmittelbar zwingend nebeneinander angeordnete - elektrisch leitende Bereiche gleichzeitig anodisch geschalten sein. Vorzugsweise ist der oder sind die als Anode geschalteten elektrisch leitenden Bereiche der Kontaktiereinheit in der Nähe des als Kathode geschalteten elektrisch leitenden Bereichs angeordnet. Die als Anode geschalteten elektrisch leitenden Bereiche stellen dann eine Hilfsanode dar.

Die Kontaktiereinheit kann prinzipiell jede beliebige Form aufweisen und insbesondere den zu galvanisierenden Substraten angepaßt sein. Es lassen sich nämlich nicht nur zweidimensional ausgebildete Substrate galvanisch verstärken, sondern ebenso Substrate in dreidimensionaler Form.

Die Kontaktierungseinheit kann darüberhinaus in einer Weiterbildung der Erfindung im Impulsverfahren geschaltet sein.

Vorzugsweise ist die Kontaktiereinheit zylinderförmig ausgestaltet. Die elektrisch leitenden Bereiche erstrecken sich dann auf dem Mantel der zylinderförmigen Kontaktiereinheit von einer Grundfläche in Richtung der anderen Grundfläche.

Bevorzugt ist es, wenn die elektrisch leitenden Bereiche von einander beabstandet wellenförmig, zick-zack-förmig oder schräglaufend ausgestaltet sind. Die elektrisch leitenden Bereiche können ebenso gerade ausgestaltet sein. Die wellenförmige, zick-zack-förmige oder schräg laufende Form weist jedoch den Vorteil auf, daß die zu galvanisierenden Bereiche des Substrates mit hoher Sicherheit gleichmäßig erreicht werden, wodurch ein gleichmäßiges Aufwachsen der leitfähigen Schicht sichergestellt ist.

Bei einem ausgeprägten wellenförmigen, zick-zack-förmigen oder schräg laufenden Verlauf der elektrisch leitenden Bereiche ist es zweckmäßig, wenn Abschnitte der kathodisch geschaltenen elektrisch leitenden Bereiche gegenüber der Anodeneinrichtung, z. B. mit einer Abschirm-Einrichtung, abgeschirmt sind. Abgeschirmt sollen dabei diejenigen Abschnitte sein, die nicht in unmittelbarer Nähe zu dem Substrat gelegen sind und somit nicht zur Stromübertragung notwendig sind. Die Abschirmeinrichtung kann in Form von flügelartigen Profilen oberhalb der kathodisch geschaltenen Bereiche ausgeführt sein und vermeidet Ablagerungen direkt an dem kathodisch geschaltenen elektrischen Bereich.

Vorzugsweise ist eine Vorrichtung vorgesehen, die das Substrat an die zumindest eine Kontaktiereinheit anpreßt. Bei der Vorrichtung kann es sich um eine nicht leitend ausgeführte Walze handeln. Ebenso kann die Vorrichtung als eine weitere Kontaktiereinheit ausgebildet sein. Das zu galvanisierende Substrat wird durch die Vorrichtung an die als Kathode geschalteten elektrisch leitenden Bereiche einer jeweiligen Kontaktiereinheit angepreßt.

In einer alternativen Ausgestaltung kann die Kontaktierung Schieber aufweisen, die zur Kontaktierung zu galvanisierender Bereiche des Substrates vorgesehen sind. Insbesondere können mittels der Schieber schlecht zugängliche, z. B. unterschnittene Bereiche eines dreidimensional ausgebildeten Substrates erreicht werden. Die Schieber können über pneumatische oder hydraulische Steuerungseinrichtungen von dem zu galvanisierenden Gegenstand entfernt und wieder aufgesetzt werden. Je nach Stellung eines jeweiligen Schiebers ist dieser dann kathodisch oder anodisch geschalten.

In einer anderen Ausgestaltung verfügt die Kontaktierungseinheit über wahlweise unterschiedlich ansteuerbare, gegenüber einer Grundplatte bewegliche Stifte, wobei die Stifte in Abhängigkeit ihrer Stellung kathodisch oder anodisch geschalten sind. Die beschriebene Kontaktierungseinheit eignet sich insbesondere zur galvanischen Verstärkung von Leiterplatten. Die Stifte sind in einem Raster beabstandet zu einander angeordnet. Entsprechend der zu galvanisierenden Leiterstruktur werden die Stifte aus der Grundplatte "ausgefahren", so daß an den Stellen der Leiterstrukturen eine kathodische Schaltung ermöglicht ist. Durch das Einfahren der Stifte in die Grundplatte werden diese anodisch geschaltet, so daß eine Reinigung der vormals kathodisch geschaltenen Stifte erfolgt.

Ermöglicht wird dies dadurch, daß die Grundplatte zweischichtig aufgebaut ist und die erste Schicht anodisch und die zweite Schicht kathodisch geschalten ist. Abhängig davon, in welcher Endstellung die Stifte gerade sind, sind diese somit anodisch oder kathodisch geschalten.

Das Ein- und Ausfahren der Stifte, die die elektrisch leitenden Bereiche darstellen, kann mittels gängiger Techniken, z. B. Pneumatik, Hydraulik oder elektrischer Ansteuerung, erfolgen.

Das erfindungsgemäße Galvanisiersystem weist zumindest eine Galvanisiereinrichtung der oben beschriebenen Art, eine Zuführeinrichtung, die der zumindest einen Galvanisiereinrichtung das zu galvanisierende Substrat zuführt und einer Aufnahmeeinrichtung, die das fertig galvanisierte Substrat aufnimmt. Insbesondere kann das Substrat der zumindest einen Galvanisiereinheit in endloser Form zugeführt werden. Hierdurch ist eine effiziente, kostengünstige und zuverlässige Fertigung möglich, zumal die Galvanisiereinrichtung keinerlei Stillstandszeiten aufweist.

Bevorzugt ist die Galvanisiereinheit in einem Auffangbehälter angeordnet, in den ein in dem Elektrolytbad durch einen gefilterten Elektrolyt verdrängter Elektrolyt überlaufen kann, so daß in dem Elektrolytbad ein sich selbst regenerierender Elektrolyt vorhanden ist. Der Auffangbehälter ist zu diesem Zweck über einen Überlauf mit dem Elektrolytbad der Galvanisiereinrichtung ausgestattet. In entsprechender Weise verfügt der Auffangbehälter über eine Pumpe, sowie einen Filter, der den aufbereiteten Elektrolyten zurück in das Elektrolytbad pumpt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Galvanisiersystem zumindest zwei Galvanisiereinheiten auf, die hintereinander geschalten sind und die mit dem gleichen oder einem anderen Elektrolyten betrieben werden.

Das erfindungsgemäße Galvanisiersystem kann somit modular aufgebaut werden. Die Arbeits- bzw. Durchsatzgeschwindigkeit ist dann einzig und alleine durch die Anzahl der Module bedingt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung besteht darin, daß diese mit unterschiedlichen Stromstärken im gleichen Elektrolyt betrieben werden kann, insbesondere können die Anodeneinrichtung und die Hilfsanoden mit unterschiedlichen Stromstärken betrieben werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung im Querschnitt,
Fig. 2 den Aufbau und die Funktionsweise der in der Galvanisiereinrichtung verwendeten Kontaktiereinheit,
Fig. 3 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung,
Fig. 4 ein Galvanisiersystem, das die in den Fig. 1 bis 3 beschriebene Galvanisiereinrichtung umfaßt,
Fig. 5 und 6 verschiedene Anordnungen von Kontaktiereinheiten zur Galvanisierung eines endlosen Substrates,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Galvanisiereinrichtung,
Fig. 8 einen Schnitt durch die Galvanisiereinrichtung der Fig. 7,
Fig. 9 und 10 jeweils einen Ausschnitt, der die Ausgestaltung der elektrisch leitenden Bereiche des zweiten Ausführungsbeispieles zeigt,
Fig. 11 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Galvanisiereinrichtung, bei der die elektrisch leitenden Bereiche in Form von Lamellen ausgebildet sind, und
Fig. 12 die Anordnung von Abschirmeinrichtungen oberhalb der kathodisch geschaltenen Bereiche einer Kontaktiereinheit gemäß Fig. 2.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung 10. In einem Elektrolytbad 14, bei dem eine Wanne 26 mit einem Elektrolyten gefüllt ist, lediglich befinden sich beispielhaft fünf nebeneinander angeordnete Kontaktiereinheiten 16. Diese sind im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Ebenfalls lediglich beispielhaft sind zwischen bzw. neben einer jeweiligen Kontaktiereinheit 16 Elektroden 28 einer Anodeneinrichtung 30 dargestellt. Die Anordnung der Anoden 28 der Anodeneinrichtung 30 kann prinzipiell beliebiger Art sein. Jeweils über einer Kontaktiereinheit 16 ist eine aus nicht-leitendem Material bestehende Walze 18 angeordnet, die die Vorrichtung zum Anpressen des Substrates an die Kontaktiereinheit darstellt. Das zu galvanisierende (und in der Fig. 1 nicht dargestellte Substrat) würde jeweils zwischen einer Walze 18 und einer Kontaktiereinheit 16 transportiert werden. Das Substrat könnte dabei in endloser Form vorliegen und von oben in das Elektrolytbad 14 eingeführt und auf der anderen Seite wieder ausgeführt werden.
Der Aufbau der Kontaktiereinheit 16 ist besser aus der Fig. 2 ersichtlich. Aus dieser Figur wird deutlich, daß der Mantel der zylinderförmig ausgebildeten Kontaktiereinheit entlang seines gesamten Umfanges mit von einander beabstandeten elektrisch leitfähigen Bereichen 20 versehen ist. Während des Betriebes der Galvanisiereinrichtung wird die Kontaktiereinheit - entweder angetrieben durch einen Motor oder durch das Substrat selbst bewegt - in Rotation versetzt. Die mit einer Kathodeneinrichtung 22 in Kontakt gebrachten elektrisch leitfähigen Bereiche 20, die in Fig. 2 mit 20k bezeichnet sind, sind dann kathodisch geschalten, während die mit den beispielhaft dargestellten zwei Anodeneinrichtungen 24 in Kontakt gebrachten elektrisch leitenden Bereiche 20 (bezeichnet als 20a) anodisch geschalten sind zur Abreinigung der Kontaktiereinheit.
Bei einer Drehung der Kontaktiereinheit 16 um 360 Grad wird jeder leitfähige Bereich 20 zumindest einmal als Kathode und zweimal als Anode geschalten. Die Kathodeneinrichtung 22 sowie die Anodeneinrichtungen 24 können beispielsweise in Form von Rädern oder Walzen, die auf die Kontaktiereinrichtung 16 aufgesetzt sind, ausgestaltet sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Kathodeneinrichtung und die Anodeneinrichtungen 24 gegenüberliegend angeordnet. Die Anodeneinrichtungen 24 können prinzipiell an jeder gewünschten Stelle angeordnet sein und werden im Gegensatz zur zeichnerischen Darstellung vorzugsweise kurz nach der Kathode als unterstützende Anode (Hilfsanode) geschaltet. Als "kurz nach der Kathode" ist ein Winkelversatz von maximal 90° zu verstehen. Der bevorzugte Versatz liegt bei ca. 90° Versatz gegenüber der Kathode 22.
Dadurch, daß die Kontaktiereinheit 16 über eine Mehrzahl an elektrisch leitenden Bereichen 20 verfügt, von denen gleichzeitig unterschiedliche leitende Bereiche anodisch oder kathodisch geschalten sind, kann die erfindungsgemäße Galvanisiereinrichtung kontinuierlich betrieben werden. Die sich an den kathodisch geschalteten elektrisch leitenden Bereichen 20k ablagernden leitfähigen Partikel werden durch die anodische Schaltung mittels der Anodeneinrichtung 24 automatisch abgereinigt. Diese Vorgehensweise ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb der Galvanisiereinrichtung ohne Unterbrechung oder Stillstand.
Fig. 12 zeigt die Kontaktiereinheit 18 der Fig. 2 in einer Abwandlung, wobei zunächst beispielhaft eine Anodeneinrichtung 28 und das zu metallisierende Substrat 12 dargestellt ist. Die Tatsache, daß die Kathodeneinrichtung 22 und die Anodeneinrichtung 30 entlang des inneren Umfangs der zylinderförmigen Kontakteinheit 16 angeordnet sind, stellt lediglich eine konstruktive Ausgestaltung dar, die für die Erfindung ohne Belang ist. Der wesentliche Unterschied zu Fig. 2 sind die oberhalb der kathodisch geschaltenen Bereiche 20k angeordneten Abschirmeinrichtungen 25. Diese sollen metallische Ablagerungen an den Abschnitten der Bereiche 20k vermeiden, die zur Stromübertragung nicht benötigt werden. Diese Abschnitte sind mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet und sind vom Berührungspunkt der Bereiche 20k und dem Substrat 12 abgewandt. Die Abschirmeinrichtungen 25 sind vor allem dann zweckmäßig, wenn die elektrisch leitenden Bereiche 20 ein stark ausgeprägtes Wellen- oder zick-zack-förmiges Profil aufweisen oder diese stark schräg laufend sind. Die Abschirmeinrichtungen 25 weisen beispielsweise das in Fig. 12 gezeigte flügelartige Profil auf und erzwingen einen durch die Pfeile angedeuteten Ionenfluß zwischen dem zu metallisierenden Substrat 12 (die vorher bereits auf dem Substrat ausgebildeten leitfähigen Strukturen sind mit 13a bezeichnet, die nach der Galvanisierung entstandene Schicht mit 13b) und der Abschirmeinrichtung 25.
Aus der Fig. 3 wird die Anordnung der Kathoden- sowie Anodeneinrichtungen 22, 24 hinsichtlich des Elektrolytbades 14 und der Kontaktiereinheit 16 nochmals verdeutlicht. Sowohl die Kathodeneinrichtung 22 als auch die Anodeneinrichtungen 24 sind beispielhaft außerhalb des Elektrolytbades 14 angeordnet. Durch die Drehung werden jeweils unterschiedliche leitende Bereiche 20 anodisch bzw. kathodisch geschalten. Oberhalb der Kontaktiereinheit 16 ist die nicht leitende Walze 18 angeordnet. In dem zwischen der Walze 18 und der Kontaktiereinheit 16 gebildeten und gut erkennbaren Schlitz wird das zu galvanisierende Substrat hindurchgeführt, wobei die Walze 18 für den notwendigen Anpreßdruck des bereits vorkonfigurierten Substrates an die kathodisch geschaltenen elektrisch leitenden Bereiche sorgt.
Prinzipiell kann die Galvanisiereinrichtung lediglich aus einer einzigen Kontaktiereinheit 16 bestehen. Die Anordnung mehrerer Kontaktiereinheiten 16 in einem Elektrolytbad erhöht jedoch die Geschwindigkeit des galvanischen Aufwachsens einer elektrisch leitfähigen Schicht auf dem bereits mit leitfähigen Partikeln versehenen Substrat.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Galvanisierungssystem, das unter Verwendung der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Galvanisiereinrichtung aufgebaut ist. Die Galvanisiereinrichtung 10 ist in einem Auffangbehälter 46 angeordnet. Ein in das Elektrolytbad 14 hineinragender Überlauf 48 transportiert überlaufenden Elektrolyten in den Auffangbehälter 46. Der Auffangbehälter 46 verfügt über eine Pumpe mit Filter 50, der aufbereiteten Elektrolyten in das Elektrolytbad 14 zurück pumpt.
Das in Fig. 4 gezeigte Galvanisiersystem ist insbesondere zur Verarbeitung eines in endloser Form vorliegenden Substrates geeignet. Das bereits mit leitfähigen Partikel in strukturierter Form vorliegende Substrat ist auf einer trommelförmigen Zuführvorrichtung 42 aufgewickelt. Das Substrat wird in Pfeilrichtung von der Zuführvorrichtung 42 in die Galvanisiereinrichtung 10 zwischen jeweiligen Kontaktiereinrichtungen 16 und Walzen 18 hindurch geführt und anschließend auf der linken Seite wieder aus der Galvanisiereinrichtung 10 herausgeführt. An einer Rakel 52 wird das galvanisch verstärkte Substrat getrocknet, um eine Elektrolytverschleppung zu verhindern. Über eine Umlenkrolle 54 wird das nach wie vor in endloser Form vorliegende Substrat in eine Spülvorrichtung 56 eingeführt. Umgelenkt über zwei Umlenkrollen 58 wird dieses über eine weitere Rakel 60, eine weitere Umlenkrolle 62 sowie eine Sprühspülung 64 in eine Passivierung 68 eingeführt. Nach dem Durchlaufen einer weiteren Rakel 72 und dem Vorbeiführen an einem Trockengebläse 74 wird das Substrat schließlich auf einer trommelförmigen Aufnahmevorrichtung 44 wieder aufgewickelt. Die galvanisch verstärkten Substrate können nun in einem weiteren Schritt vereinzelt werden. Es ist nochmals zu betonen, daß die Leiterstrukturen bereits in ihrer endgültigen Form vorliegen, d. h. daß keinerlei Ätzvorgang oder weiterer Strukturierungsvorgang mehr stattzufinden braucht.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem die den Anpreßdruck erzeugende Walze 18 durch eine weitere Kontaktiereinrichtung 16 ersetzt ist. Dabei sind jeweils zwei Kontaktiereinheiten 16 gegenüberliegend angeordnet, so daß wiederum zwischendurch das Substrat geführt werden kann. Der Einfachheit halber wurde das Elektrolytbad sowie die Anodeneinrichtung 30 in der Fig. 5 weggelassen.
Gleiches gilt für die Fig. 6. Dort sind beispielhaft in vier Reihen Kontaktiereinheiten 16 versetzt gegeneinander angeordnet. Das Substrat 12 wird somit mäanderförmig zwischen den Kontaktierungseinheiten 16 hindurchgeführt. Der notwendige Anpreßdruck wird jeweils durch die zueinander versetzte Anordnung gewährleistet.
Mittels den in der Fig. 5 und 6 dargestellten Anordnungen von Kontaktiereinheiten 16 können zweiseitig metallisierte Substrate hergestellt werden, auch wenn diese über keine Durchkontaktierung verfügen. Verfügt das Substrat über eine Durchkontaktierung und ist vor der Behandlung in der erfindungsgemäßen Galvanisiereinrichtung mit elektrisch leitenden Strukturen in der vorab beschriebenen Form versehen worden, ist es ausreichend, lediglich eine Seite des Substrates mit einer Kontaktiereinheit 16 in Verbindung zu bringen. Nichts desto trotz ist sichergestellt, daß eine zweiseitige Metallisierung möglich ist, da Durchkontaktierungen automatisch mit elektrisch leitfähigem Material angereichert werden, wodurch diese mit den dazugehörigen Leiterstrukturen auf der von der Kontaktiereinheit 16 abgewandten Seite eine metallische Einheit bilden. Hierdurch entsteht eine Leitungsstruktur mit mehr oder weniger gleicher Schichtstärke. Durchkontaktierungen und dazugehörige Leiter bilden dann eine metallische Einheit.
Die Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit 16. Diese ist nun flächig ausgebildet. Sie verfügt über eine Vielzahl beabstandet benachbart zueinander angeordneter, in der Grundplatte 34 versenkbarer Stifte 36. Die Stifte 36 können über in der Fig. 7 nicht näher dargestellte Steuermechanismen aus der Grundplatte 34 in eine Endstellung verfahren werden, in der die Galvanisierung eines Substrates erfolgen kann.
Dies ist besser aus der Fig. 8 ersichtlich, in der sechs Stifte 36 in ihre Endstellung aus der Grundplatte 34 verfahren worden sind. Die Grundplatte 34 besteht aus zwei Schichten 38, 40, wobei die erste Schicht 38 als Anode und die zweite Schicht 40 als Kathode verschalten ist. Die erste und die zweite Schicht 38, 40 sind selbstverständlich elektrisch voneinander getrennt. Allein durch die Stellung eines Stiftes 36 ist bestimmt, ob dieser kathodisch oder anodisch geschalten ist.
Dies ist besser aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich, in der ein Stift 36 einmal in seiner Endstellung außerhalb der Grundplatte 34 (Fig. 9) und einmal in seiner Endstellung innerhalb der Grundplatte 34 (Fig. 10) dargestellt ist. Der Stift 36 verfügt über eine Länge, die größer als die Dicke der zweiten Schicht 40 ist, über eine Isolierung 82. Ein leitender Bereich 80, der dem Durchmesser des Stiftes 36 entspricht, steht in Berührung mit den Wänden der Ausnehmung, in der er bewegt wird. Befindet sich der Stift 36 in seiner Endstellung gemäß Fig. 9, so ist dieser kathodisch geschalten. Ist der Stift 36 hingegen vollständig in der Grundplatte 34 versenkt, so ist dieser anodisch geschalten.
Die in den Fig. 7 bis 10 dargestellte Kontaktiereinheit 16 eignet sich insbesondere zur galvanischen Verstärkung einer Leiterplatte mit beliebiger Leiterstruktur. Da die Stifte 36 in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind, kann prinzipiell eine beliebige Leiterstruktur durch Verfahren der Stufte 36 in ihre Endstellung gemäß Fig. 9 nachgebildet werden. Durch regelmäßiges Einfahren in ihre Endposition gemäß Fig. 10 ist sichergestellt, daß der mit dem zu galvanisierenden Substrat in Verbindung stehende elektrisch leitende Bereich 80 regelmäßig anodisch gereinigt wird.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktiereinheit 16. Die Kontaktiereinheit 16 ist in Form eines Förderbandes aufgebaut, entlang dessen eine Vielzahl von Lamellen 90 angeordnet ist. Die Lamellen 90 sind über ein Gelenk 96 mit dem Förderband verbunden. Lediglich in ihrem von dem Gelenk 96 abgewandten Ende weisen die Lamellen einen elektrisch leitenden Bereich 94 auf. Ansonsten verfügen diese über eine Isolierung 92. Die elektrisch leitenden Bereiche 94 werden abwechselnd kathodisch bzw. anodisch geschalten, indem das Förderband in Rotation versetzt wird. So lange die Lamellen 90 einen Kontakt mit dem zu galvanisierenden Substrat 12 aufweisen, sind diese kathodisch geschalten, was durch die Bezeichnung K angedeutet sein soll. Sobald eine Lamelle eine vorgegebene Position entlang des Förderbandes erreicht, wird diese anodisch geschalten (A) und dadurch abgereinigt.
Bezüglich der Ausgestaltung einer Kontaktiereinheit bestehen prinzipiell keinerlei Einschränkungen. Die Kontaktiereinheit kann insbesondere an die Form des zu galvanisierenden Substrates angepaßt werden, so daß auch eine Galvanisierung unterschnittener Bereiche möglich ist.
Die beschriebene Galvanisiereinrichtung kann auch im bekannten Pulsverfahren betrieben werden. Die Einrichtung ist mit allen bekannten, marktüblichen Elektrolyten einsetzbar.
Aus der Beschreibung ist ersichtlich geworden, daß die erfindungsgemäße Galvanisiervorrichtung eine enorm kostengünstige Fertigung ermöglicht, bei höchstmöglicher, gleichbleibender Qualität und mit hohen Durchsatzgeschwindigkeiten. Ein Vorteil besteht darin, daß lediglich das galvanisiert werden muß, was zur Herstellung der gewünschten Leiterstruktur auch benötigt wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Herstellung und Wartung der beschriebenen Galvanisiereinrichtung, da alle steuerrelevanten Einrichtungen außerhalb des Elektrolytbades angeordnet werden können.
Insbesondere lassen sich mehrere der in Fig. 4 gezeigten Galvanisiersysteme hintereinander anordnen. Die Arbeitsgeschwindigkeit ist dann einzig und alleine von der Anzahl der Module und von der benötigten Auftragsstärke der leitfähigen Schicht abhängig. Es können dabei sowohl im Stand- als auch im Endlosverfahren Substrate mit bisher nicht gekannter Qualität und Gleichmäßigkeit bei gleichzeitig niedrigstmöglichen Kosten realisiert werden. Bezugszeichenliste 10 Galvanisiereinrichtung
12 Substrat
13a, b leitende Schicht
14 Elektrolytbad
16 Kontaktiereinheit
18 Walze
20, 20a, 20k, 21 Elektrisch leitender Bereich
22 Kathodeneinrichtung
24 Anodeneinrichtung
25 Abschirmeinrichtung
26 Wanne/Becken
30 Anodeneinrichtung
32 Schieber
34 Grundplatte
36 Stifte
38 erste Schicht (Anode)
40 zweite Schicht (Kathode)
42 Zuführvorrichtung
44 Aufnahmevorrichtung
46 Auffangbehälter
48 Überlauf
50 Pumpe/Filter
52, 60, 72 Rakel
54, 58, 70 Umlenkrolle
56 Spülvorrichtung
64 Sprühspülung
68 Kupfer-Passivierung
74 Trockengebläse
80 leitender Bereich
82 Isolierung
90 Lamelle
92 Isolierung
94 leitender Bereich
96 Gelenkvorrichtung

Claims

1. Galvanisiereinrichtung (10) zur galvanischen Abscheidung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Substrat (12) mit einem Elektrolytbad (14), in dem eine Anodeneinrichtung (30) und zumindest eine Kontaktiereinheit (16) angeordnet ist, wobei jede Kontaktiereinheit (16) eine Mehrzahl an elektrisch leitenden Bereichen (20) aufweist, von denen jeweils zumindest einer kathodisch bzw. anodisch geschalten ist.

2. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene der elektrisch leitenden Bereiche (20) gleichzeitig kathodisch bzw. anodisch schaltbar sind.

3. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrisch leitende Bereich (20) einer Kontaktiereinheit (16) als Kathode oder Anode schaltbar ist.

4. Galvanisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die als Anode geschalteten elektrisch leitende Bereich oder leitenden Bereiche (20) der Kontaktiereinheit (16) in der Nähe des als Kathode geschalteten elektrisch leitenden Bereichs (20) angeordnet ist oder sind und eine Hilfsanode darstellt oder darstellen.

5. Galvanisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktiereinheit (16) zylinderförmig ausgestaltet ist.

6. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die elektrisch leitenden Bereiche (20) auf dem Mantel der zylinderförmigen Kontaktiereinheit (16) von einer Grundfläche in Richtung der anderen Grundfläche erstrecken.

7. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche (20) von einander beabstandet wellenförmig, zick-zack-förmig oder schräglaufend ausgestaltet sind.

8. Galvanisierungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der kathodisch geschaltenen elektrisch leitenden Bereiche (20) gegenüber der Anodeneinrichtung (30) abgeschirmt sind.

9. Galvanisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die das Substrat (12) an die zumindest eine Kontaktiereinheit (16) preßt.

10. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine weitere Kontaktiereinheit (16) oder eine nicht leitende Walze (18) ist.

11. Galvanisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktiereinheit (16) Schieber aufweist, die zur Kontaktierung zu galvanisierender Bereiche des Substrates (12) vorgesehen sind.

12. Galvanisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktiereinheit (16) über wahlweise unterschiedlich ansteuerbare, gegenüber einer Grundplatte (34) bewegliche Stifte (36) verfügt, wobei die Stifte in Abhängigkeit ihrer Stellung kathodisch oder anodisch geschalten sind.

13. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (34) zweischichtig aufgebaut ist und die erste Schicht (38) anodisch und die zweite Schicht (40) kathodisch geschalten ist.

14. Galvanisiersystem mit zumindest einer Galvanisiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einer Zuführeinrichtung (42), die der zumindest einen Galvanisiereinrichtung (10) ein zu galvanisierendes Substrat (12) zuführt und einer Aufnahmeeinrichtung, die das fertig galvanisierte Substrat (12) aufnimmt.

15. Galvanisiersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) der zumindest einen Galvanisiereinrichtung (10) in endloser Form zuführbar ist.

16. Galvanisiersystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisiereinrichtung (10) in einem Auffangbehälter (46) angeordnet ist, in den ein in dem Elektrolytbad (14) durch gefilterten Elektrolyt verdrängter Elektrolyt überlaufen kann, so daß in dem Elektrolytbad (14) ein sich selbst regenerierender Elektrolyt gegeben ist.

17. Galvanisiersystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Galvanisiereinrichtungen (10) hintereinander geschalten sind, die mit dem gleichen oder einem anderen Elektrolyten betreibbar sind.