DE19653272C1

DE19653272C1 - Verfahren zum präzisen Galvanisieren von Leiterplatten in Durchlaufanlagen

Info

Publication number: DE19653272C1
Application number: DE19653272A
Authority: DE
Inventors: Jacques Denis
Original assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Atotech Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: CA2275261A1; WO1998028468A1; JP2001506318A; EP0946794A1; JP3891593B2; US6186316B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur präzisen elektrolytischen Abscheidung von Metallen bis in den Randbereich von Leiterplatten und Leiterfolien in Durchlaufanlagen. Das Verfahren verbessert die Qualität, vermindert den Ausschuß und ermöglicht die bessere Ausnutzung des Leiterplattennutzens. Dies hat zur Folge, daß bei der Herstellung von Leiterplatten Basismaterial eingespart wird.

Durchlaufanlagen erlauben die Herstellung von Leiterplattennutzen. Unter Leiterplattennutzen wird der Leiterplattenrohzuschnitt verstanden. Er hat eine von der Anlagenbreite bestimmte maximale Breite quer zur Transportrichtung. Die Stromzuführung zum Leiterplattenzuschnitt für das elektrolytische Auftragen des Metalls erfolgt in der Regel durch mit dem Minuspol einer Gleichstromquelle verbundene Kontaktklammern, die die Leiterplatten am Rand elektrisch leitend erfassen. Den Gegenpol bilden lösliche oder unlösliche Anoden. Nach dem Galvanisieren und den Nachbehandlungsschritten werden die Leiterplatten aus dem Leiterplattennutzen herausgeschnitten. Aus einem Nutzen werden in Abhängigkeit von der tatsächlichen Leiterplattengröße eine oder mehrere kleinere Leiterplatten hergestellt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist man bestrebt, den Leiterplattennutzen möglichst optimal, das heißt bis nahe an die Ränder auszunutzen.

Die Qualität der Leiterplatte wird u. a. von der Schichtdickenverteilung bestimmt. Technologisch bedingt weicht die Schichtdicke an der Oberfläche und in Bohrlöchern im Randbereich eines Nutzens von der Schichtdicke des übrigen Oberflächenbereiches stärker ab. Die Dickenabweichungen können positive wie auch negative Werte aufweisen. Einfluß hierauf haben u. a. die Anzahl der Kontaktklammern, die Form und die Isolierung der Kontaktklammern, die Qualität und die Beschaffenheit der Kontaktflächen, die Geometrie der Anoden und der Abblendelemente sowie der Abstand von einem Nutzen zum nachfolgenden in Transportrichtung der Durchlaufanlage.

Besonders kritisch ist die Schichtdickenverteilung im Bereich der elektrischen Kontaktierung des Nutzens. Hier ist das Anbringen von Blenden aus konstruktiven Gründen nicht im ausreichenden Maße möglich. Die Kontaktelemente nehmen den erforderlichen Raum in Anspruch. In der Patentschrift EP 0 254 030 wird eine horizontale Durchlaufanlage zum elektrolytischen Auftrag von Metall auf plattenförmige Gegenstände wie Leiterplatten beschrieben. Umlaufende Kontaktelemente in Form von Klammern greifen die Nutzen. Die Klammern dienen zum Transport des Nutzens und zugleich zur Zuführung des Galvanisierstromes auf den Nutzen. Die Klammern und somit auch der Nutzen haben kathodisches Potential. Zur Vermeidung einer Klammermetallisierung wird die elektrisch leitfähige Klammer in der Regel bis auf eine kleine Kontaktfläche mit einer Isolierschicht versehen. Dies bewirkt zugleich, daß die Klammer im Bereich des Leiterplattennutzens nicht als Raubkathode wirkt. Die Klammern haben aus elektrischen und mechanischen Gründen bestimmte Mindestabmessungen. Mehrere Klammern im Abstand von üblicherweise 50-100 Millimeter greifen einen Leiterplattennutzen. Sie bewirken neben den Funktionen Transport und Stromzuführung auch eine unerwünschte Abblendung des elektrischen Feldes im Klammerbereich. Die Folge davon sind große Schichtdickenunterschiede im jeweiligen Klammerbereich. Weiter bestimmen die Beschaffenheit der Kontaktflächen, der elektrische Übergangswiderstand bzw. Widerstand der Kontaktflächen und des gesamten Stromleitweges von der Gleichstromquelle über Leitungen und Verschraubungen, die Bildung der Schichtdicke. Unter einer Klammer wird nahezu kein Metall abgeschieden. Dafür wird zwischen zwei Klammern übermäßig viel Kupfer abgeschieden. Diese Unterschiede könnte auch eine Randabblendung nicht verhindern. Die großen Schichtdickenunterschiede nehmen in Richtung zur Nutzenmitte ab. Der Randbereich des Leiterplattennutzens, insbesondere aus dem Klammerbereich ist für die herauszuscheidenden Leiterplatten nicht nutzbar. Die Qualität der anschließenden Bereiche ist schlechter als der Durchschnitt. Die Breite des Randbereiches ist abhängig von den jeweils zulässigen Toleranzen der Galvanisierschichtdicke. Besonders bei der Feinleitertechnik, die mehr und mehr Verbreitung findet, sind diese Toleranzen klein. In der Praxis liegt die nicht nutzbare Randstreifenbreite infolge der Klammereinflüsse zwischen 25 und 50 Millimeter. Trotz des Abschneidens dieses Randbereiches kann beim ungünstigen Zusammentreffen mehrerer Faktoren der Schichtdickenunterschied auf der verbleibenden Platte so groß sein, daß Ausschuß entsteht. Zusätzlich entstehen durch das Abschneiden der Randbereiche erhebliche Kosten. Bei einer Transportgeschwindigkeit von zum Beispiel 1 Meter pro Minute und einer nicht nutzbaren Streifenbreite von 25 Millimeter beträgt der tägliche Verlust im Zweischichtbetrieb ca. 25 Quadratmeter.

In der Druckschrift DE 195 04 517 C1 wird ein Verfahren zum Galvanisieren von plattenförmigem Behandlungsgut in horizontalen Durchlaufanlagen beschrieben. Das Behandlungsgut, vorzugsweise Leiterplatten wird von Klammern gegriffen. Die Klammern dienen zur Stromübertragung und zum Transport der Leiterplatten.

Mit Hilfe von Sensoren, die das in die Galvanoanlage einlaufende Behandlungsgut abtasten und unter Beachtung der Transportgeschwindigkeit wird vorausschauend ermittelt, ob im Greifpunkt einer Klammer Behandlungsgut vorhanden sein wird, oder ob eine Lücke zwischen dem aufeinanderfolgenden Gut vorliegen wird. Im Falle einer ermittelten Lücke wird die Klammer so gesteuert, daß sie nicht schließt. Eine zu Ausfällen führende Galvanisierung der Klammerkontakte wird damit vermieden.

Das Ergreifen der Leiterplatte durch die Klammern erfolgt unsynchronisiert an beliebigen Stellen im Randbereich der Platten. Einfluß auf eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung im Bereich der Klammergreifpunkte der Leiterplatte soll durch diese Erfindung nicht genommen werden.

Die Druckschrift DE 42 05 660 C1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Schichtdickenverteilung im Randbereich von Werkstücken, die an Kathodenschienen angeordnet, galvanisiert werden. Aufgrund von Spannungsabfällen in der Kathodenschiene und/oder in Werkstückgestellen treten zwischen benachbarten Werkstücken Spannungsunterschiede auf. Diese Spannungsunterschiede verursachen im Randbereich benachbarter Werkstücke Schichtdickenunterschiede. Vermieden werden diese Schichtdickenunterschiede durch zeitweises Einspeisen der Kathodenschienen und/oder Gestelle von entgegengesetzten Seiten. Damit stellen sich an den störenden Potentialen umgekehrte Polaritäten ein. Diese Schichtdickenbeeinflussung erfolgt nicht im Bereich der Klammergreifpunkte, sondern im Nachbarbereich der Werkstücke. Übertragen auf Durchlaufanlagen entspricht dies dem Bereich quer zur Transportrichtung zwischen zwei Leiterplatten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die beim Galvanisieren auftretenden Schichtdickenunterschiede auf den Leiterplattennutzen und insbesondere im Bereich der Klammern wesentlich zu verringern und damit die verwertbare Fläche des Nutzens bei hohen Qualitätsanforderungen an die Schichtdicken verteilung, zu vergrößern, sowie die Ausschußquote, verursacht durch Schichtdickenunterschiede im randnahen Bereich, deutlich zu verringern.

Gelöst wird die Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Fig. 1 bis 6 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den Schichtdickenverlauf im Klammerbereich nach dem Stand der Technik sowie den zugehörigen Ausschnitt des Leiterplattennutzens in der Draufsicht.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Schichtdickenverlauf am Nutzenrand quer zur Transportrichtung nach dem Stand der Technik.

Fig. 3 zeigt schematisch die umlaufenden Klammern von zwei hintereinandergeschalteten Anlagenteilen, einschließlich der Leiterplattennutzen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Schichtdickenverlauf im Klammerbereich mit erfindungsgemäß einfache versetzten Kontaktgreifpunkten und den zugehörigen Nutzenausschnitt in der Draufsicht.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für den Schichtdickenverlauf im Klammerbereich mit erfindungsgemäß zweifach versetzten Kontaktgreifpunkten und den zugehörigen Nutzenausschnitt in der Draufsicht.

Fig. 6 zeigt die resultierenden Schichtdickenverteilungen der Fig. 4 und 5 auf dem Leiterplattennutzenrand quer zur Transportrichtung.

In den Fig. 1, 4 und 5 ist der Schichtdickenverlauf auf dem Leiterplattennutzen im Klammerbereich in der Transportrichtung dargestellt. Als Beispiel sind absolute Schichtdicken in µm und ein Toleranzfeld eingetragen. Der Abstand der Kontaktgreifpunkte in einer Durchlaufanlage, das heißt der Klammerabstand in Transportrichtung, wird als Teilung T bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt den Schichtdickenverlauf 1 nach dem Stand der Technik. Nebeneinander liegende Kontaktgreifpunkte greifen an den Orten 2 und 3 den Leiterplattennutzen. Die Lage der Kontaktgreifpunkte ist im Diagramm der Fig. 1 mit den gestrichelten Linien 4 und 5 dargestellt. In der Nähe der Kontaktgreifpunkte ist die Schichtdicke infolge der Abschirmung der Klammern ein Minimum und zwischen den Klammern ein Maximum. Das Toleranzfeld 6 wird weit unter- und überschritten.

Die Fig. 2 zeigt, den entsprechenden Schichtdickenverlauf 7 für das Maximum 8 und der Verlauf 9 für das Minimum 10 in die Leiterplatte 12 hinein. Der schraffiert dargestellte Randstreifen der Leiterplatte 12 ist wegen möglicher Toleranzverletzung bis zur Grenze 11 unbrauchbar, das heißt Abfall.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die umlaufenden Klammern in einer zweigeteilten Anlage und die durchlaufenden Leiterplattennutzen 18. In einer horizontalen Durchlaufanlage ist dies die Draufsicht. Die Transportrichtung zeigt der Pfeil 13. Die Kontaktgreifpunkte 14 des ersten Anlagenteils 15 sind als Kreis dargestellt. Die Kontaktgreifpunkte 16 des zweiten Anlagenteils 17 sind als ausgefüllter Kreis dargestellt. Der erfindungsgemäße Versatz der Punkte 14 und 16 auf dem Leiterplattennutzen beträgt in diesem Beispiel definiert eine halbe Teilung T. Allgemein beträgt der Versatz V = T dividiert durch die Anzahl der hintereinandergeschalteten Anlagenteile. Das definierte Versetzen der Kontaktgreifpunkte wird durch folgende Maßnahmen erreicht:
Alle Anlagenteile haben den gleichen Abstand der Kontaktgreifpunkte in Transportrichtung. Alle Anlagenteile produzieren mit der gleichen Transportgeschwindigkeit. Der Abstand von einem Anlagenteil zum nachfolgenden Anlagenteil bleibt konstant. Unter diesen Bedingungen müssen die individuellen Antriebe 19 und 20 der beiden Anlagenteile phasensynchron laufen. Der Abstand der Kontaktgreifpunkte 0,5 T entspricht einer Phasenverschiebung von 180°, die zwischen beiden Antrieben permanent einzuhalten ist. Sie wird durch Synchronisation der Antriebe 19 und 20 mit bekannten Mitteln und Methoden der Antriebstechnik sichergestellt. Mit gleichen Mitteln und Methoden werden die Phasenlagen elektrisch justiert.

Die Fig. 4 zeigt, wie durch den definierten Versatz der Kontaktgreifpunkte 14 und 16 der Schichtdickenverlauf 21 eingeebnet wird. Das Schichtdicken minimum 10 wird angehoben, das Maximum 8 wird abgesenkt. Das als Beispiel dargestellte Toleranzfeld 6 wird aber noch überschritten.

In Fig. 5 ist der Schichtdickenverlauf 22 bei drei hintereinandergeschalteten Durchlaufanlagenteilen dargestellt. Die Kontaktgreifpunkte des dritten Anlagenteils sind mit 23 bezeichnet. In diesem Beispiel wird das Toleranzfeld nicht über- und nicht unterschritten.

Die Fig. 6 zeigt die Schichtdickenverläufe quer zur Transportrichtung, so wie sie sich bei Anlagenanordnungen entsprechend der Fig. 4 und 5 ergeben. Die Darstellung ist maßstäblich mit der Fig. 2 zu vergleichen. Die Lage der Kontaktgreifpunkte zur Leiterplatte 12 zeigt der Pfeil 24. Die Schichtdickenverläufe 25, 26 gelten für das Maximum 8 und für das Minimum 10 bei zwei hintereinandergeschalteten Anlagenteilen. Die Verläufe 27 und 28 gelten entsprechend für drei Anlagenteile. Die zugehörigen Grenzen 29 und 30 für den nutzbaren Bereich des Leiterplattennutzens 12 sind in Fig. 6 eingezeichnet.

Die Synchronisation der Antriebe ist nicht auf die elektrische Synchronisation beschränkt. Mit einem durchgehenden mechanischen Antrieb durch alle hintereinandergeschalteten Anlagenteile läßt sich die Phasensynchronisation ebenso realisieren. Bei der Inbetriebnahme der Anlagen werden die umlaufenden Klammern je Anlagenteil in ihrer Phasenlage zueinander mechanisch justiert. Entsprechende mechanische Justierpunkte, zum Beispiel in Form von Stellschrauben, sind vorzusehen.

Bezugszeichenliste

1 Schichtdickenverlauf in Transportrichtung nach dem Stand der Technik
2 Ort eines ersten Kontaktgreifpunktes
3 Ort eines zweiten Kontaktgreifpunktes
4 Lage eines ersten Kontaktgreifpunktes
5 Lage eines zweiten Kontaktgreifpunktes
6 Toleranzfeld
7 Maximaler Schichtdickenverlauf quer zur Transportrichtung nach dem Stand der Technik
8 Schichtdickenmaximum
9 Minimaler Schichtdickenverlauf quer zur Transportrichtung nach dem Stand der Technik
10 Schichtdickenminimum
11 Grenze
12 Leiterplattennutzen
13 Transportrichtung
14 Kontaktgreifpunkte des ersten Anlagenteils
15 Erstes Anlagenteil
16 Kontaktgreifpunkte des zweiten Anlagenteils
17 Zweites Anlagenteil
18 Leiterplattennutzen
19 Antrieb des ersten Anlagenteils
20 Antrieb des zweiten Anlagenteils
21 Schichtdickenverlauf bei zwei Anlagenteilen
22 Schichtdickenverlauf bei drei Anlagenteilen
23 Kontaktgreifpunkte eines dritten Anlagenteils
24 Lage der Kontaktgreifpunkte
25 Schichtdickenverlauf max. für zwei Anlagenteile
26 Schichtdickenverlauf min. für zwei Anlagenteile
27 Schichtdickenverlauf max. für drei Anlagenteile
28 Schichtdickenverlauf min. für drei Anlagenteile
29 Grenze für den Nutzbereich für zwei Anlagenteile
30 Grenze für den Nutzbereich für drei Anlagenteile

Claims

1. Verfahren zur präzisen elektrolytischen Abscheidung von Metallen bis in den Randbereich von Leiterplatten und Leiterfolien in einer Durchlaufanlage, wobei die Leiterplattennutzen an einem oder zwei gegenüberliegenden Rändern mittels mehrerer Kontaktelemente, die in Transportrichtung gleich große Abstände voneinander aufweisen und die zugleich eine Transportfunktion haben, gegriffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage in mehrere Teilanlagen getrennt wird und daß die Kontaktgreifpunkte auf dem Nutzen von Anlagenteil zu Anlagenteil in Transportrichtung definiert so versetzt werden, daß die resultierenden Schichtdickenunterschiede in diesem Randbereich minimal werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Versatz V der Kontaktgreifpunkte auf dem Leiterplattennutzen so groß gewählt wird wie die Klammerverteilung T dividiert durch die Anzahl der hintereinandergeschalteten Anlagenteile.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Versatz der Kontaktgreifpunkte von Anlagenteil zu Anlagenteil durch elektrische Synchronisation der Teilanlagenantriebe konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der umlaufenden Klammern von einem Anlagenteil zum folgenden Anlagenteil elektrisch justierbar ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Versatz der Kontaktgreifpunkte von Anlagenteil zu Anlagenteil durch mechanische Synchronisation mittels eines gemeinsamen Antriebes konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der umlaufenden Klammern jedes Anlagenteils zum folgenden Anlagenteil mechanisch justierbar ist.