-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren von elektronischen
Leiterplatten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
-
Bei
Vorrichtungen dieser Art, wie sie etwa in der
DE 36 24 481 C beschrieben
sind, werden die elektronischen Leiterplatten kontinuierlich durch
einen Elektrolyten hindurchbewegt und in diesem im elektrischen
Feld der Galvanisierungs-Stromquelle mit einer Metallbeschichtung,
im allgemeinen einer Kupferbeschichtung, versehen. Ihre elektrisch
leitenden Bereiche liegen dabei auf dem Kathodenpotential der Galvanisierungs-Stromquelle
und müssen hierzu über besondere
Kontaktmittel während
ihrer Bewegung kontaktiert werden. Diese Kontaktmittel, die sich
innerhalb des Metallionen-haltigen Elektrolyten befinden, können nicht
vollständig
durch einen entsprechenden isolierenden Überzug gegen den Elektrolyten
abgeschirmt werden. An ihren freiliegenden, elektrisch leitenden
Bereichen überziehen
sie sich daher selbst mit einer Schicht aus demjenigen Metall, welches
sich eigentlich ausschließlich
an den Leiterplatten abscheiden sollte. Es ist daher erforderlich,
diese Kontaktmittel wieder von abgeschiedenem Metall zu befreien.
Beim Gegenstand der
DE
36 24 481 C geschieht dies in einer ebenfalls auf elektrolytischem
Wege arbeitenden Entkupferungseinrichtung. Diese umfaßt eine
in der Nähe
der hier als Kontaktklammern ausgestalteten Kontaktmittel angeordnete
Entkupferungselektrode, die auf stärker negativem Potential als
die Kontaktklammern selbst gehalten wird. Unter dem Einfluß des in
der Entkup ferungseinrichtung herrschenden Feldes geht der unerwünschte Metallniederschlag
von den Kontaktklammern wieder in Lösung und scheidet sich statt dessen
auf der Entkupferungselektrode ab. Dies hat allerdings zur Folge,
daß es
nunmehr die Entkupferungselektrode ist, die einer Wartung bedarf.
Die sich hier abscheidenden Metallmengen sind nicht unerheblich.
Unter ungünstigen
Umständen
muß daher die
Vorrichtung zum Austausch oder zur Reinigung der Entkupferungselektroden
mehrfach pro Tag abgeschaltet werden, was zu sehr langen Stillstandszeiten
und entsprechend hohen Kosten führt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß die Entkupferungseinrichtung
weitestgehend wartungsfrei ohne Stillstand der Vorrichtung arbeiten
kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst.
-
Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene anionenaktive,
semipermeable Membran wird der Metallionen-haltige Elektrolyt von
der Entkupferungselektrode ferngehalten, ohne daß allerdings die Entkupferungselektrolyse
hierdurch inaktiviert würde. Vielmehr
gehen die Metallabscheidungen an den Kontaktmitteln bei der vorliegenden
Erfindung in derselben Weise in Lösung, wie dies beim Stande
der Technik geschieht. Die Bewegung der Anionen durch die semipermeable
Membran hindurch ist unbehindert; unterbunden ist ausschließlich, daß die in
Lösung
befindlichen Metallionen durch die semipermeable Membran hindurchwandern,
bis zur Entkupferungselektrode gelangen und sich dort niederschlagen
Können.
Da der die Entkupferungselektrode unmittelbar umgebende Elektrolyt
eine Metallionen-freie Säure
ist, scheidet sich bei der vorliegenden Erfindung an der Entkupferungselektrode
kein Metall ab sondern es entwickelt sich Wasserstoff, der als Gas
leicht zu entsorgen ist.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den verschiedenen Unteransprüchen eingegeben.
Ihre Vorzüge
brauchen nicht eigens erläutert zu
werden. Es genügt
hier der Hinweis, daß bei
der Ausgestaltung nach Anspruch 5 die Sammlung des sich während der
Entkupferungselektrolyse bildenden Wasserstoffes und dessen Entsorgung
besonders einfach erfolgen kann.
-
Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 6 wird die verdünnte
Säure im
Bereich der Entkupferungselektrode ständig erneuert, so daß hier keine Verarmungserscheinungen
oder Änderungen
der Betriebsparameter auftreten.
-
Die
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 gestattet trotz des
Verbrauches, den die verdünnte
Säure während der
Entkupferung erfährt,
einen sehr langen, ungestörten
Betrieb der Vorrichtung. Wenn dieser Vorratsbehälter entsprechend Anspruch
8 mit einem Auslaß für den sich
entwickelnden Wasserstoff versehen ist, wird dieser Wasserstoff über die
Zirkulationsleitungen mit der verdünnten Säure bis zu dem Vorratsbehälter transportiert, wo
eine Entgasung der flüssigen
Säure und
eine Entsorgung über
den Auslaß stattfindet.
-
Das
Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach Anspruch 9 stellt einen gewissen Überdruck
innerhalb der Umhüllung
der Entkupferungseinrichtung sicher, so daß bei eventuell auftretenden
Lecks allenfalls verdünnte
Säure aus
der Umhüllung
austreten, jedoch kein Metallionen-haltiger Elektrolyt zu den Entkupferungselektroden
gelangen kann.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
-
1 einen
vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Galvanisieren von
elektronischen Leiterplatten;
-
2 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 1 im Bereich eines bei dieser Vorrichtung verwendeten
Kontakt- und Transportwalzenpaares sowie von diesen zugeordneten
Entkupferungseinrichtungen;
-
3 schematisch
in Bewegungsrichtung der Leiterplatten gesehen ein Ende eines Transport- und
Kontaktwalzenpaares sowie der zugeordneten Entkupferungseinrichtungen
mit den zum Betrieb erforderlichen elektrischen und Elektrolyt-Verbindungsleitungen.
-
In 1 ist
ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung dargestellt, in welcher
elektronische Leiterplatten, die mit Bohrungen versehen sind, auf galvanischem
Wege mit einem metallischen Überzug versehen
werden können.
Diese Vorrichtung umfaßt ein
Maschinengehäuse 1 mit
einem Einlaßschlitz 2 und
einem Auslaßschlitz 3.
Die elektronischen Leiterplatten werden in horizontaler Ausrichtung
im Sinne des Pfeiles 4 der Vorrichtung zugeführt und
treffen nach dem Durchtritt des Einlaßschlitzes 2 zunächst auf
4 Quetschwalzenpaare 5, in denen an den Leiterplatten noch
anhaftende, von früheren
Bearbeitungsvorgängen
stammende Behandlungsflüssigkeit
weitestgehend entfernt wird.
-
Von
den Quetschwalzenpaaren 5 werden die Leiterplatten auf
ein erstes Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 übergeben.
Diese dienen, wie ihr Name zum Ausdruck bringt, einerseits dazu,
die transportierten Leiterplatten auf das negative Potential der
Galvanisierungs-Stromquelle zu bringen, also als Kontaktmittel,
und andererseits zum Vorschieben der Leiterplatten in Förderrichtung,
also als Transportmittel. Diese gelangen dabei zwischen eine obere
Anode 7 und eine untere Anode 8, die ihrerseits mit
dem positiven Pol der Galvanisierungs-Stromquelle in nicht dargestellter
Weise verbunden sind. Nach dem Passieren der Anoden 7 und 8 werden
die Leiterplatten wiederum von einem Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 erfaßt, welches
die Leiterplatten weiter vorschiebt, so daß diese erneut zwischen eine
obere Anode 7 und eine untere Anode 8 gelangen.
Die Leiterplatten, welche die Strecke zwischen den letztgenannten
Anoden 7 und 8 durchlaufen haben, werden von einem
letzten Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 erfaßt und erneut
an 4 Quetschwalzenpaare 5 übergeben, welche von den Leiterplatten den
Elektrolyten, in dem sie sich zuvor befunden haben (siehe hierzu
die weiter unten folgende Beschreibung), weitestgehend entfernen.
Die Leiterplatten werden schließlich
durch das Transportsystem, von dem die Kontakt- und Transportwalzen 6 Teil
sind, über
den Auslaßschlitz 3 aus
der Vorrichtung ausgegeben und einer nachfolgenden Behandlungsstation zugeführt.
-
Im
unteren Bereich des Maschinengehäuses 1 befindet
sich ein Sumpf 9, in dem sich der für die Elektrolyse eingesetzte
Elektrolyt sammelt. Eine Pumpe 10 entnimmt laufend Elektrolyt
dem Sumpf 9 und führt
diesen über
ein Filter 11, ein Ventil 12, Leitungen 16a, 16b und
Verteilerkanälen 17, 18 nach oben
in einen Behälter 13,
welcher die Bewegungsebene der Leiterplatten im Bereich der Kontakt-
und Transportwalzen sowie der Anoden 7 und 8 umgibt. Auch
der Behälter 13 weist
einen Einlaßschlitz 14 und
einen Auslaßschlitz 15 auf,
die jedoch durch die benachbarten, als Stauwalzen dienenden Quetschwalzenpaare 5 und
an diesen gleitend anliegenden Schotts weitgehend abgedichtet sind.
Im dynamischen Gleichgewicht zwischen Zuförderung von Elektrolyten in
das Innere des Behälters 13 und
Auslaufen aus dem Behälter 13 wird
der Behälter 13 weitestgehend
mit Elektrolyt angefüllt,
so daß sich
also die Leiterplatten zwischen dem in 1 ganz rechten Kontakt
und Transportwalzenpaar 6 und dem in 1 ganz
linken Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 innerhalb eines
sich ständig
austauschenden Elektrolyten bewegen. Diese Vorgänge sind dem Fachmann unter
dem Begriff der "stehenden
Welle" bekannt.
-
Bei
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel trägt jede
Kontakt- und Transportwalze 6 auf ihrer Mantelfläche einen
metallisierten Ring 30, welcher der Kontaktgebung zu den
den Spalt zwischen den beiden Kontankt- und Transportwalzen 6 durchsetzenden
Leiterplatten dient. Diese metallisierten Ringe 30 sind über nicht
dargestellte elektrische Leitungen mit dem Minuspol der ebenfalls nicht
Galvanisierungs-Stromquelle und über
die in 3 strichpunktiert gezeichneten Leitungen mit dem
Pluspol 31 einer Hilfsstromquelle verbunden, auf deren
Funktion weiter unten eingegangen wird.
-
Da
sich die Transport- und Kontaktwalzen 6 und damit auch
deren metallisierte Ringe 30 unterhalb des Niveaus N1 des kupfer-ionenhaltiven Elektrolyten innerhalb
des Behälters 13 befinden,
scheidet sich auf ihnen (unerwünschterweise)
ebenso wie auf den Leiterplatten (wo dies gewollt ist) Kupfer ab. Um
dieses von den metallisierten Ringen 30 der Kontakt- und
Transportwalzen 6 wieder zu entfernen, ist jeder Kontakt-
und Transportwalze 6 eine Entkupferungseinrichtung zugeordnet,
die in der Zeichnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 versehen
ist und nunmehr anhand der 2 und 3 näher erläutert wird.
-
Jede
Entkupferungseinrichtung 20 umfaßt ein Gehäuse 21, welches aus
demselben Material wie der Behälter 13 und
das Maschinengehäuse 1 hergestellt
sein kann. Innerhalb des Gehäuses 21 befindet
sich jeweils eine Entkupferungskathode 22, ein stabähnliches
Gebilde aus Titan, welche über
in der 3 strichpunktiert dargestellte Leitungen mit dem Pluspol 32 der
bereits erwähnten
Hilfsstromquelle verbunden ist.
-
Die
Gehäuse 21 der
Entkupferungseinrichtungen 20 sind im Querschnitt U-förmig gestaltete, trogartige
Behälter,
wobei die den Kontakt- und Transportwalzen 6 zugewandte,
zunächst
offene Seite durch eine semipermeable, anionenaktive Membran 23 verschlossen
ist.
-
Die
Entkupferungseinrichtungen 20 erstrecken sich in axialer
Richtung mindestens über
diejenige Strecke hinweg, welche die metallisierten Bereiche 30 auf
der Mantelfläche
der Kontakt- und Transportwalzen 6 einnehmen. Wie insbesondere
der 3 zu entnehmen ist, sind die Gehäuse 21 der Entkupferungseinrichtungen 20 und
beim dargestellten Ausführungsbeispiel
auch die Entkupferungselektroden 22 gegenüber der
Horizontalen aus Gründen,
die weiter unten erläutert
werden, geneigt. Im obersten Bereich der Gehäuse 21 sind jeweils
Auslaßstutzen 24,
im untersten, gegenüberliegenden
Bereich der Gehäuse 21 jeweils
Einlaßstutzen 25 vorgesehen.
-
Etwas
oberhalb der oberen Entkupferungseinrichtung 20 ist ein
Vorratsbehälter 26 vorgesehen, der
eine verdünnte
Säure,
vorzugsweise die Säure desjenigen
Salzes enthält,
das in verdünnter
Lösung als
Metallionen-haltiger Galvanisierungselektrolyt eingesetzt wird.
Zum Beispiel kann es sich bei diesem Elektrolyten im Vorratsbehälter 26 um
10 bis 15 %ige Schwefelsäure
handeln. Das Flüssigkeitsni veau
N2 des Elektrolyten im Vorratsbehälter 26 liegt aus
Gründen,
die ebenfalls weiter unten deutlich werden, im Abstand H über den
Flüssigkeitsniveau
N1 im Behälter 13.
-
Eine
Pumpe 27 entnimmt dem Vorratsbehälter 26 die verdünnte Säure und
führt diese über in der Zeichnung
als durchgezogene Striche dargestellte Leitungen den Einlaßstutzen 25 der
Gehäuse 21 der Entkupferungseinrichtungen 20 zu.
Die Auslaßstutzen 24 der
Gehäuse 21 der
Entkupferungseinrichtungen 20 andererseits sind untereinander
und mit einem Einlaß 28 des
Vorratsbehälters
verbunden, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel in den Vorratsbehälter 26 oberhalb
des Niveaus N2 der dort stehenden verdünnten Säure mündet. Schließlich weist der
Vorratsbehälter 26 einen
Auslaßstutzen 29 auf, über welchen
der über
dem Flüssigkeitsniveau
N2 stehende Raum im Vorratsbehälter 26 entlüftet werden
kann.
-
Die
oben beschriebene Vorrichtung arbeitet, was die eigentliche Galvanisierung
der Leiterplatten angeht, in bekannter Weise. Hierauf braucht also nicht
näher eingegangen
zu werden. Die Entkupferung der metallisierten, Kontaktzwecken dienenden Bereiche 30 auf
den Mantelflächen
der Kontakt- und Transportwalzen 6 geschieht auf folgende
Weise:
Die Pumpe 27 entnimmt dem Vorratsbehälter 26 kontinuierlich
verdünnte
Säure und
drückt
diese über
die jeweiligen Einlaßstutzen 25 durch
die Gehäuse 21 der
Entkupferungseinrichtungen 20 hindurch, durch die jeweiligen
Auslaßstutzen 24 und über die
Verbindungsleitungen zurück
zum Einlaßstutzen 28 des Vorratsbehälters 26,
so daß ein
ständiger
Kreislauf entsteht. Aufgrund der Höhendifferenz H zwischen dem
Flüssigkeitsniveau
N1 des (Galvanisierungs-) Elektrolyten im
Behälter 13 und
dem Flüssigkeitsniveau
N2 der verdünnten Säure im Vorratsbehälter 26 stellt
sich in diesem Kreislauf ein gewisser Überdruck ein.
-
Unter
der Einwirkung der zwischen den Entkupferungskathoden 22 und
den metallisierten Bereichen 30 der Kontakt- und Transportwalzen 6 herrschenden
Potentialdifferenz geht das auf den metallisierten Bereichen 30 abgeschiedene
Kupfer in an und für
sich bekannter Weise in Lösung,
wodurch diese metallisierten Bereiche 30 vom Kupfer befreit werden.
Anders als beim Stande der Technik ist es jedoch den in Lösung befindlichen
Kupferionen wegen der anionenaktiven Membran 23 nicht möglich, sich bis
zur Entkupferungskathode 22 hinzugewegen und dort sich
wieder metallisch niederzuschlagen. Allein die Anionen, im vorliegenden
Falle die SO4 -- -Ionen, sind in der Lage, diese Membran 23 zu
durchqueren. Unter diesen Umständen
scheidet sich an den Entkupferungskathoden 22, die sich
in einem kupferionenfreien Elektrolyten befinden, während der
Entkupferungselektrolyse ausschließlich Wasserstoff ab. Aufgrund
der Schrägstellung
der Gehäuse 21 der Entkupferungseinrichtungen 20 sammelt
sich der sich so bildende Wasserstoff im obersten Bereich der Gehäuse 21,
also in der Nähe
der Auslaßstutzen 24, und
wird von der unter dem Einfluß der
Pumpe 27 zirkulierenden verdünnten Säure mit in den Vorratsbehälter 26 genommen.
Dort findet eine "Entgasung" statt: der gasförmige Wasserstoff
sammelt sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus
N2 und kann über den Auslaßstutzen 29 entsorgt
werden.
-
Versuche
bei einem konkreten Ausführungsbeispiel
einer derartigen Vorrichtung haben ergeben, daß zur Sauberhaltung der metallisierten
Bereiche an den Kontakt- und Transportwalzen 6 ein Entkupferungs-Strom
notwendig ist, der etwa 6 bis 7 % des zur eigentlichen Galvanisierung
eingesetzten Hauptstromes ist.