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Vorrichtung zur Herstellung von bedruckten Schaltungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von gedruckten Schaltungen in
Einzelstücken oder Kleinserien.
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Es ist bekannt, gedruckte Schaltungen in kleineren, mittleren und
großen Fertigungsstrecken herzustellen, die zum Teil kontinuierlich im Durchlaufverfahren
arbeiten, aber auch aus diskontinuierlichen oder gemischten Verfahrensabläufen bestehen.
Die Gerätezusammenstellung ist sehr unterschiedlich und nicht in Kompaktausführung
gegeben. Solche Anlagen sind den technologischen Erfordernissen der Serienfertigung
von gedruckten Schaltungen unterworfen.
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Die Investitionskosten sind daher sehr hoch.
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Die Herstellung von gedruckten Schaltungen bei Neuentwicklungen verursacht
hohe Kosten und lange Wartezeit, da jede Einzelanfertigung von Versuchsschaltungen
das Durchlaufverfahren einer Produktion stört. Die apparative Ausrüstung hat aus
einer Ätzmaschine, einem Kopiergerät; Trockenöfen sowie Reinigungsanlagen zu bestehen.'
Nachteile dieser aus Einzelgeräten aufgebauten Anordnung sind, daß die Schaltungen
oft nicht den technischen Anforderungen entsprechen und daß wegen der Vielzahl der
durchzuführenden Arbeitsgänge ein hoher Platzbedarf vorhanden sein muß.
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Lotbenetzungsprobleme, Oxydation, Unsauberkeit und Staub rufen eine
Verschlechterung der elektrischen Eigenschaftswerte hervor und machen eine Wiederholung
der Versuche erforderlich.
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Da überwiegend mit aggressiven Säuren und Laugen bzw. feuergefährlichen
Lösungsmitteln gearbeitet wird, ist die Herstellung gedruckter Schaltungen mit ungenügender
Ausrüstung nicht problemlos.
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Arbeitsräume können sich mit gesundheitsschädlichen oder explosiven
Dämpfen anreichern. Säuren können ausfließen und Zerstörungen bewirken.
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Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine
Vorrichtung zu schaffen, die zur Herstellung von Einzelversuchsschaltungen oder
Kleinserien geeignet ist und die die aufgeführten Nachteile der bisherigen Arbeitsweise
vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die
gekennzeichnet ist durch
schrankartige Unterteile, in welche oberseitig
beckenartige Einsätze aufgesetzt sind, die ihrerseits mit mindestens einer Öffnung
versehen sind, in die Behandlungsbehälter eingelassen sind.
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Die schrankartigen Unterteile können erfindungsgemäß aus Holz, Kunststoff
oder einer Holz-Kunststoffkombination bestehen. Dagegen bestehen die beckenartigen
Einsätze aus Polyester und werden im Spritzverfahren hergestellt. Die eigentlichen
Behandlungsbehälter bestehen in der Regel nach der Erfindung aus Edelstahl oder
Kunststoff.
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In den schrankartigen Unterteilen sowie in den beckenartigen Einsätzen
sind nach einem weiteren Gedanken der Erfindung Armaturen und elektrische Hilfsgeräte
zur Abwicklung des Verfahrensablaufes installiert.
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Die besonderen Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erreicht werden bestehen darin, daß mit ihr Einzelstücke oder Kleinserien von gedruckten
Schaltungen hergestellt werden können, so daß die Vorrichtung besonders in Forschungslabors
eingesetzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann z.B. aus 4 Einheiten bestehen,
die im Anbauverfahren in Kompaktbauweise alle Arbeitsgänge zur Herstellung gedruckter
Schaltungen vereinigt. In dieser Vorrichtung kann der Verfahrensablauf universell
sowohl für die Herstellung von einseitigen als auch von zweiseitigen Leiterplatten
abgewickelt werden. Damit ist eine größtmögliche Flexibilität in Bezug auf die Herstellung
der Platten gegeben.
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Vorteilhaft ist darüber hinaus, dafl sämtliche Behandlungsabteilungen
nebeneinander liegen und daher gut überschaubar sind.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur ist ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachfolgend näher beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus den schrankartigen Unterteilen
1,2,3,4, die in der perspektivischen Darstellung der Figur paarweise rechtwinklig
zueinander angeordnet sind.
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Auf diese schrankartigen Unterteile sind beckenartige Einsätze 5,6,7
aufgesetzt. Die beckenartigen Einsätze sind bodenseitig mit mindestens einer Öffnung
versehen, in die die einzelnen Behandlungsbehälter 9 eingelassen sind.
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Wie aus dem Ausführungsbeispiel entnommen werden kann, sind in den
einzelnen beckenartigen Einsätzen 2,3,4 oder mehr Behandlungsbehälter 9 eingelassen.
Die Anzahl der Behandlungsbehälter hängt vom Verfahrensablauf ab. Wie aus der Figur
weiter entnommen werden kann, sind in den schrankartigen Unterteilen 1,2,3,4 elektrische
Hilfs- bzw.
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Steuergeräte 11 eingelassen. An den beckenartigen Einsätzen 5,6,7,8
befinden sich ihrerseits Armaturen lo.
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Die gesamte Vorrichtung mit den Einzelelementen läßt sich in vier
Einheiten I, II, III, IV aufteilen. In der Einheit I erfolgt die Reinigung und Trocknung
der gedruckten Schaltung. In der Einheit II erfolgt das Beschichten und Kopieren.
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In der Einheit III das Entwickeln und in der Einheit IV das Ätzen,
Entschichten und Versiegeln.
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Die Einheit 1, wo die Reinigung und Trocknung der gedruckten Platte
erfolgt, besteht aus fünf Einzelabteilungen 12, 13,14,15,16, wobei 12 die mechanische
Reinigung mit Spülung und Handbrause darstellt, bei 13 die chemische Reinigung der
Kupferoberfläche erfolgt, 14 die Spülkammer darstellt, bei 15 das Dekapieren erfolgt
und 16 die Trocken- und Einbrennkammer darstellt.
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Die mit II bezeichnete Einheit besteht aus einer Beschichtungseinrichtung
17 mit regelbarer Auszugsgeschwindigkeit sowie einer Kopiereinrichtung 18 mit ein-
und zweiseitiger Kopiermöglichkeit und Lichttisch 19 zur optischen Kontrolle von
Vorlagen und Schaltungen.
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In der Einheit III, wo das Entwickeln erfolgt, sind fünf Abteilungen
vorgesehen, und zwar: Eine Kammer 20 zur Vorentwicklung mit maschineller Produktbewegung,
eine Kammer 21 zur Klarentwicklung von Hand, eine Kammer 22 zur Einfärbung des Fotolacks
eine Sprühkammer 23 zum Spülen und eine Trockenkammer 24.
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Die mit IV bezeichnete Einheit besteht aus sieben Einzelabteilungen,
und zwar: Einer Sprüh&tzkammer 25, in der die Platten senkrecht aufgestellt
sind und in senkrechter Richtung vorteilhaft mittels eines angebauten Motors mit
regelbarer Geschwindigkeit über Exenter bewegt werden können. Die Auf- und Abbewegung
der Platte kann auch manuell erfolgen. Der Vorteil dieser Maßnahme ist in der Gleichmäßigkeit
der erreichten Ätzung begründet.
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An die Sprühkammer 25 schließt sich eine weitere Sprühkammer 26 für
die Wasserspülung an.
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Anschließung folgt die Entschichtungskammer 27 mit eingebauten Bürsten.
Dann folgt die Kammer 28 zum Klarentschichten, dann die Spülkammer 29 für Wasser,
einstellbar für ständigen Zu- und Ablauf, dann eine Tauchkammer 30 für Oxydationsschutzmittel
und schließlich eine Trockenkammer 31.
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Zur Herstellung von gedruckten Schaltungen werden in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung alle diejenigen Behandlungsmittel verwendet, die bei den bisher bekannten
Verfahren auch im Einsatz sind.
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Die Einzelteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können aus glasfaserverstärkten
Polyesterelementen und aus Stahlelementen bestehen. Alle Behälter zur Aufnahme von
Chemikalien oder Lösungsmitteln sind mit den passenden Behälterabdeckungen versehen.
Von der Vielzahl der möglichen Verfahrensabläufe zur Herstellung gedruckter Schaltungen
ist ein für die Laborherstellung geeignetes Verfahren gewählt, mit dem ein störungsfreier
Ablauf und der Erhalt funktionsfähiger Schaltungen sichergestellt ist.
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Nachfolgend wird ein spezielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Verbindung mit dem in dieser Vorrichtung abzuwickelnden Verfahrensablauf
beschrieben: Die Gesamtlänge der Anlage in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen
Vorrichtung beträgt ca. 5760 mm. Selbstverständlich können die verschiedenen Einheiten
I,II,III,IV rechtwinklig
zueinander aufgestellt sein. Hierbei müssen
entsprechende Ausgleichsplatten angebracht werden.
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Die angegebenen Maße dienen nur zur Erläuterung einer speziellen Ausführungsform.
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Ausgehend von einem kupferkaschierten Mehrfachnutzen Format ca. 300
x 320 mm2 beginnt der Fertigungsablauf in Abteilung I an der Stelle 12.
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Die Kupferoberflächen werden auf dem Pult 12 mit Hilfe von Scheuermitteln
von Patina befreit und mittels Handbrause gut gespült. Selbstverständlich kann dieses
Pult 12 auch für andere Laborarbeiten benutzt werden.
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Nach Einspannen des Zuschnitts in den Halterahmen erfolgt bei 13 eine
chemische Reinigung mit 5 X-iger Natronlauge oder chlorhaltigen Lösungsmitteln beispielsweise
Trichloräthylen zwecks Entfettung.
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Danach wird bei 14 durch Tauchen von Hand eine Spülung mit Wasser
vorgenommen.
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Um eine Neutralisation der gereinigten Oberfläche zu erhalten, wird
bei 15 mit 5 zeiger Schwefelsäure durch Handtauchen dekapiert. Der Zuschnitt wird
dann nochmals bei 14 mit Wasser gespült.
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Bei der Entfettung mit chlorhaltigen Losungsmitteln werden die Arbeitsgänge
in 14 und 15 entsprechend durchgeführt.
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Jetzt erfolgt die Trocknung in Abteilung 16 bei einer Temperatur von
ca. 80 °C.
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Die Beschichtung erfolgt in Abteilung 17. Hierbei sorgt eine motorbetriebene
Auszugsvorrichtung für eine gleichmäßig aufgetragene Fotolackschicht.
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Durch variable Einstellmöglichkeit der Auszugsgeschwindigkeit ist
die Verwendung aller bekannter
Lackfabrikate möglich. Durchschnittswerte
für die Auszugsgeschwindigkeit sind ca. lo - 20 cm/min.
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Es kann sowohl mit Negativ- als auch mit Positiv-Fotolack gearbeitet
werden. Nach kurzzeitiger Ablüftung ca. 2 min. über Abteilung 17 wird in Abteilung
16 die Lacktrocknung bei ca. 800C 15 min. lang durchgeführt.
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Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der Zuschnitt in Abteilung
18 mit der Vorlage zusammen kopiert. Die Kopierzeit ist vom verwendeten Fotolack
abhängig und wird am Gerät eingestellt.
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In Abteilung 20 wird die kopierte Platte vorentwickelt. Mit Hilfe
einer eingebauten Bewegungsvorrichtung läßt sich die unbelichtete Fotoschicht der
Schaltung sehr gut durchentwickeln. Der verwendete Entwickler ist dem Kopierlack
angepaßt.
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Da sich das Bad mit Vorentwickler sehr schnell durch ausgewaschenen
Fotolack anreichert, wird in Abteilung 21 mittels Tauchen von Hand eine Klarentwicklung
durchgeführt. Danach wird die entwickelte Platte in Abteilung 22 in das zum Fotolack
zugehörige Einfärbemittel von Hand eingetaucht.
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Der jetzt erforderliche Spülvorgang wird mit Hilfe von Sprühdüsen
in Abteilung 23 vorgenommen. Hierbei tritt gleichzeitig eine Härtung der entwickelten
Schicht ein.
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Nach optischer Kontrolle wird die Platte in Abteilung 24 ca. 15 min.
bei 70 - 800C getrocknet, um eine Ätzmittelresistenz des entwickelten Leiterbildes
zu erhalten.
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Die Sprühätzung wird in Abteilung 25 durchg#führt.
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Mittels feststehender Düsen mit von oben nach unten abnehmender Sprühintensität
wird bei der senkrecht in der Kammer beweglichen Platte eine gleichmäßige Ätzung
erreicht. Die Bewegung der Platte wird mittels angebautem Motor über Exenter mit
regelbarer Geschwindigkeit bewirkt. Als Ätzmedium wurde Ammoniumperoxydisulfat in
wässeriger Lösung verwendet, da dies für Laboranlagen gute W3glichkeiten zur Abwasserbehandlung
bietet.
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Nach dem Ätzen wird eine Wasserspülung in Abteilung 26 mit Hilfe von
Sprühdüsen durchgeführt.
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In Abteilung 27 wird dann mit Hilfe 5 Zeiger Natronlauge oder Trichloräthylen
die Vorentschichtung des Fotolacks vorgenommen.
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Die im Rahmen befindliche Platte wird von Hand oder mit Motorkraft
bewegt, streicht hierbei an den eingebauten Bürsten vorbei, die eine mechanische
Hilfe für die Entfernung des angelösten Resists sind. Das Entschichtungsmittel wird
stark mit Resist angereichert, so daß sich eine nachträgliche Klarentschichtung
in Abteilung 28 durch Tauchen von Hand anschließt.
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Verwendung findet hier wieder eine 2 - 3 ziege Natronlauge oder Trichlorythylen.
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In Abteilung 29 wird eine kurze Wasserspülung vorgenommen. Von dort
kann die Platte in Abteilung 25 durch kurzzeitiges Sprühen angebeizt werden, um
eine gute Lötfähigkeit zu erhalten.
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Ein nochmals erforderlicher Spülvorgang wird in Abteilung 26 vorgenommen.
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Die dem Spülbad entnommene nasse Platte wird in Abteilung 30 in einen
der handelsüblichen Wassertauchlacke von Hand getaucht. Dieser Tauchlack enthält
einen Wasserverdränger und Konservierungsmittel, das als Schutz gegen Oxydation
der Leiterbahn wirkt.
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Die erforderliche Trocknung der Schaltung erfolgt in Abteilung 31.-Die
Platte ist nun für die weitere mechanische Bearbeitung und nachfolgende Bestückung
vorbereitet.