DE2610032A1

DE2610032A1 - Einrichtung zum reinigen von planen werkstuecken mit metallischer oberflaeche

Info

Publication number: DE2610032A1
Application number: DE19762610032
Authority: DE
Inventors: Detlef Badtke; Hans-Hermann Di Merkenschlager
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1977-09-15
Also published as: DE2610032C3; DE2610032B2

Description

Einrichtung zum Reinigen von planen Werkstücken mit metallischer
Oberfläche.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Reinigen von planen Werkstücken mit metallischer Oberfläche durch Anätzen und anschließendes Dekapieren.
Im galvanotechnischen Bereich tritt besonders häufig das Problem auf vor einem Beschichtungsvorgang die Oberfläche der zu beschichtenden Werkstücke so vorzubereiten, daß diese einen sicheren Haftgrund für das aufzubringende Material bietet. Dabei wird die Oberfläche gereinigt, d.h. von anhaftenden Schmutzteilchen befreit und entfettet, darüber hinaus muß man aber auch vielfach eie an der Oberfläche anhaftende Oxydnaut ablösen.
Ein spezieller Anwendungsfall, in dem auch dieses Problem eine große Rolle spielt, ist die Leiterplattenherstellung. Hier werden große Anstrengungen unternommen, die bei den elektronischen Bauelementen erreichte hohe Packungsdichte auch im Bereich der Aufbautechnik, d.h. im Aufbau der Schaltungsplatte nachzuvollziehen. Das hat neben einer sehr dichten Belegung der Leiterplatten mit dünnen Leiterbahnen und einem engen Raster für die Kcntaktieruisbohrungen dazu geführt, Leiterplatten auch mehrlagig mit dünnen Innenlagen auszuführen. Diese Randbedingungen erforden eine präzise Fertigungstechniks um die mechanischen und elektrischen Toleranzen einhalten zu können. Das Halbzeug, aus dem eine Leiterplattenlage gefertigt wird, ist ein Isolierstoffträger aus Epoxydharz, der ein- oder doppelseitig eine Kupferkaschierung trägt. Auf diese Oberfläche muß die Leiterbahnenkonfiguration übertragen werden. Das kann beispielsweise in einem Fotodruckverfahren geschehen bei dem die Oberfläche des Halbzeugs mit einer Fotopolymermasse beschichtet wird. Bei einem Belichtungsvorgang wird die gewünschte Leiterbahnenkonfiguration von einer Maske auf diese Fotopolymerschicht übertragen, diese dabei im Bereich der Leiterbahnen ausgehärtet. Anschließend werden die nicht ausgehärteten Teile der Oberfläche abgelöst. So wird ein Teil der Kupferkaschierung freigelegt, der abgeätzt werden kann.
Bei der oben erwähnten dichten Belegung der Leiterplatte mit Leiterbahnen erfordert diese Herstellungsmethode eine sehr gute Haftung zwischen der Fotopolymermasse und der Kupferkaschierung, damit Leiterbahnenabschnitte beim Ätzvorgang nicht angegriffen oder sogar unterbrochen werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Isolierstoffplatte' wie bei einer Innenlage einer mehrlagigen Leiterplatte, sehr dünn ist und damit bei ihrer Verarbeitung mechanisch stark beansprucht wird.
Um einen ausreichend sicheren Haftgrund auf der Kupferkaschierung fUr-die Fotopolymermasse zu erzeugen, werden Halbzeuge bisher vielfach entweder maschinell gebürstet oder naßsandgestrahlt und anschließend chemisch gereinigt. Naßsandstrahlen liefert bessere Ergebnisse als maschinelles Bürsten, ist jedoch sehr aufwendig und kann wegen der mechanischen Beanspruchung bei dünnen Halbzeugen nicht angewendet werden.
Solche dünnen Innenlagen von Leiterplatten werden daher rein chemisch gereinigt. Dabei werden die dünnen Halbzeuge bisher von Hand einer Tauchbehandlung unterzogen, die in folgender Reihenfolge abläuft: In einem Bad mit kaltem Neutralreiniger werden die Halbzeuge entfettet und nach gründlichem Spülen wenige Sekunden in eine Kupferchloridätze getaucht. Zwischen mehreren nachfolgenden Spülvorgängen wird das Halbzeug in einem Salzsäurebad dekapiert und anschließend getrocknet. Solche so vorbehandelten Halbzeuge weisen eine Oberfläche auf, die gegenüber maschinengebürsteten Halbzeugen einen wesentlich besseren Haftgrund bietet.
Die beschriebene Tauchbehanalung liefert nun zwar gute Resultate, ist aber wegen ihrer manuellen Durchführung kostenintensiv. Die bisherigen Versuche, die Tauchbehandlung mit Kupferchloridätze zu mechanisieren, scheiterten daran, daß von der Kupferkaschierung zuviel Kupfer, insbesondere auch von den Lochwänden in Kontaktierungsbohrungen abgetragen wurde. So haben z.B. Versuche in einer herkömmlichen Ätzmaschine, in der eine horizontal mit konstanter Geschwindigkeit geführte Leiterplatte von beiden Seiten mit dem Ätzmittel besprüht wird, ergeben, daß auch bei reduziertem Sprühdruck und maximaler Durchlaufgeschwindigkeit noch 7 - 10 pm von der Kupferoberfläche abgetragen werden. Bei der dünnen Kupterkaschierung ist dieser Wert für den Reinigungsprozeß entschieden zu hoch, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine automatische Reinigung der Halbzeuge durch Anätzen gestattet, den gewünschten sicheren Haftgrund jedoch bereits bei wesentlich geringeren Schichtdicken der abgetragenen metallischen Oberfläche erreicht.
Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmalen gelöst. Diese Einrichtung mit einer horizontal angeordneten Transportbahn läßt sich ohne weiteres in eine Anlage einbauen, in der nach dem Fließbandschema der beschriebene Reinigungsprozeß automatisch abläuft. In dem erläuterten Anwendungsfall wird in einer derartigen Anlage eine wesentlich geringere, jedoch definierte Schichtdicke an Kupfer von etwa 2 jim abgetragen. Dieser Wert gilt insbesondere für die Lochwände in den Kontaktierungsbohrungen, in denen die anhaftende Kupferhülse nur wenige pm stark ist. Dieses günstige Ergebnis ist darauf zurUckzuführen daß in diese Bohrungen nur geringe Mengen der frischen Ätze gelangen, während die zu reinigende plane Oberfläche der Werkstücke ausreichend benetzt wird. Dies ist möglich, weil mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung jeweils eine definierte Menge des Ätzmittels während einer exakt festzulegenden Zeitspanne auf die plane Oberfläche der Werkstücke einwirkt.
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Das für die nähere Erläuterung der Erfindung nachfolgend beschriebene Ausfüllrungsbeispiel bezieht sich auf einen speziellen Anwendungsfall, bei dem eine Einrichtung zum Reinigen von planen Werkstücken mit metallischer Oberfläche in der Leiterplattenherstellung verwendet wird, um auf der Kupferkaschierung eines Isolierstoffträgers einen sicheren Haftgrund für eine anschließend auf.-zubringende Fotopolymermasse zu schaffen. Dieses Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung beschrieben.
Dabei zeigt: Fig. 1 die schematische Skizze einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zum Anätzen der Kupferkaschierung eines horizontal geführten Halbzeugs und Fig. 2 ein Fließschema des Fertigungsablaufs beim chemischen Reinigen der metallischen Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes durch Anätzen und anschließendes Dekapieren.
In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtung zum automatischen Ätzen wird ein plattenförmig ausgebildetes Halbzeug 1, bestehend aus einem Isolierstoffträger mit beidseitiger Kupferkaschierung auf einer Transportbahn, die durch Transportrollen 2 schematisch angedeutet ist, mit konstanter Transportgeschwindigkeit v horizontal geführt. Ober- und unterhalb dieser Transportbahn sind zwei Paare von Ätzwalzen drehbeweglich gelagert. Durch Pfeile 4 ist dabei schematisch angedeutet, daß das oberhalb der Transportbahn angeordnete Paar von Ätzwalzen 32 senkrecht zur Transportbahn verschiebbar angeordnet ist. So ist der gegenseitige Abstand der beiden an der gleichen Stelle der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 31 bzw. 32 jeweils auf verschiedene Dicken zu behandelnder Halbzeuge 1 einzurichten. Alle Ätzwalzen 31 bzw.
32 sind an ihrem Umfang mit einem weichen, porösen Material 33, z.B. Moosgummi beschichtet.
Die beiden unterhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 31 tauchen in eine Bodenwanne 5 ein, die mit Kupferchloridätze CuCl2 gefüllt ist. Mit einem in die Bodenwanne 5 eingesetzten Uberlaufrohr 6 ist ein definierter Füllungsstand"festgelegt.
Überlaufende Kupferchloridätze CuCl2 wird durch eine Pumpe 7 über ein schematisch angedeutetes Rohrleitungssystem 8 sowohl wieder in die Bodenwanne 5 zurückgepumpt, als auch an die oberhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 32 herangeführt. Zum Benetzen ihrer Oberfläche ist hier eine Abstreifrinne vorgesehen, die aus einer im wesentlichen radial zu der Ätzwalze ausgerichteten Platte 9 besteht und - wie durch einen Pfeil 10 angedeutet ist -in ihrem Abstand gegenüber der Ätzwalze 32 einstellbar ist. Oberhalb dieser Atstreifrinne endet das schematisch angedeutete Rohrleitungssystem 8 in Rohrbögen 81, die den Zulauf für die Kupferchloridätze bilden.
Mit den beschriebenen Auffangvorrichtungen der Kupferchloridätze kann die Oberfläche der Ätzwalzen 31 bzw. 32 bei einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit eine genau definierte Menge der sätze aufnehmen. Bei den beiden unterhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 31 wird dies durch den vom Uberlaufrohr 6 festgelegten Füllungsgrad der Bodenwanne 5 erreicht. Bei den beiden anderen, oberhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 32 hängt dies einmal von der durch die Pumpe 7 geförderten Menge an Kupferchloridätze, vor allem aber von dem Abstand ab, auf den die Platte 9 gegenüber der Oberfläche der zugeordneten Ätzwalze 32 eingestellt ist.
So lassen sich für jeden Anwendungsfall definierte Randbedingungen schaffen, so daß auf die Oberfläche des durchlaufenden Werkstückes jeweils eine bestimmte Menge des Ätzmittels aufgerollt wird, die beim Ätzvorgang reproduzierbare Ergebnisse liefert.
Anhand von Fig. 2 soll nun noch der gesamte Verfahrensablauf erläutert werden, bei dem bekannte Einrichtungen in Verbindung mit der beschriebenen Einrichtung benutzt werden. Ein zu reinigendes Halbzeug wird manuell in einen Einlauf 20 einer Neutra-Anlage eingeschoben, durchläuft dabei ein Bad 21 mit einem kalten Neutralreiniger und wird in mehreren Spülvorgängen 22 gespült. Damit ist das Halbzeug entfettet und wird dann in der anhand von Fig. 1 beschriebenen, hier mit 23 bezeichneten Einrichtung geätzt.
Danach durchläuft es eine Spülkammer 24 mit einem geschlossenen Spülwasserumlauf, der schematisch durch einen kreisförmigen Pfeil angedeutet ist. Dieser geschlossene Umlauf des Spülwassers verhindert, daß unzulässige Kupferverunreinigungen des Spülwassers in das Abwasser gelangen. Das Halbzeug durchläuft dann zum Dekapieren ein Salzsäurebad 25 und wird anschließend wiederum in einer Spülkammer 26 mit geschlossenem Spülwasserumlauf gespült. Trotzdem noch verbliebene Rückstände an Salzsäure werden mit weiteren Spülvorgängen in Spülkammern mit Frischwasserzulauf 27 beseitigt.
Über einen Auslauf 28 der Badreihe gelangt das gereinigte Halbzeug in den Einlauf eines Trockenautomaten 29 und verläßt diesen dann in trockenem Zustand durch seinen Auslauf.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispieles aus der Leiterplattenherstellung beschrieben. Sie beschränkt sich jedoch nicht darauf, da solche chemische Reinigungen in anderen Anwendungsfällen im galvanotechnischen Bereich vielfach erforderlich sind. So muß z.B. auch für viele metallische Beschichtungen zwischen dem Grundmetall und einem darauf abzuscheidenden Metall ein sicherer Haftgrund gegeben sein. Im Rahmen der Erfindung spielt es daher für die Anwendung des Lösungsprinzips keine ausschlaggebende Rolle, aus welchem Metall die in der beschriebenen Weise chemisch zu reinigende Oberfläche besteht und welches Material anschließend aufgebracht wird.
8 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e 1. Einrichtung zum Reinigen von planen Werkstücken mit metallischer Oberfläche durch Anätzen und anschließendes Dekapieren, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer Ätzkammer mit einer horizontal ausgerichteten Transportbahn neben Transportrollen (2) zum kontinuierlichen Bewegen der Werkstücke (1) oberhalb und unterhalb der Transportbahn mindestens eine in Transportrichtung umlaufende und auf der Oberfläche der Werkstücke abrollende Ätzwalze (31, 32) angeordnet ist, die mit einem weichen, porösen Material (33) beschichtet und der fortlaufend ein Ätzmittel (zug12) derart zuführbar ist, daß sie damit gleichmäßig durchtränkt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Oberfläche der Ätzwalzen (31s 32) mit Moosgummi (33) beschichtet ist.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die oberhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen (32) vertikal zur Transportbahn verschiebbar gelagert sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen geschlossenen Umlauf des Ätzmittels (CuCl2), in dem mittels einer Pumpe (7) ablaufendes Ätzmittel über ein Rohrleitungssystem (8) wieder an die Oberfläche der Ätzwalzen.(3I, 32) zurückgeführt wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß den Ätzwalzen (31, 32) Auffangvorrichtungen (5, 9) für das Ätzmittel (CuCl2) zugeordnet sind.
6 Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Auffangvorrichtungen für das Ätzmittel (CuCl2) als Bodenwanne (5) mit einem Überlaufrohr (6) ausgebildet sind, in die die Ätzwalzen (31) eintauchen.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h weitere Auffangvorrichtungen, die als Abstreifrinnen ausgebildet sind, bei denen eine gegen die Oberfläche der zugeordneten Ätzwalze (32) gerichtete Platte (9) im wesentlichen radial zur Achse der Ätzwalze verschiebbar angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h ihre Verwendung beim Anätzen kupferkaschierter Halbzeuge für Leiterplatten zum Bilden eines sicheren Haftgrundes für das Beschicliten mit einer Fotopolymermasse.