DE2610032B2

DE2610032B2 - Einrichtung zum Reinigen der Oberfläche von kupferkaschierten Lagen von Leiterplatten

Info

Publication number: DE2610032B2
Application number: DE19762610032
Authority: DE
Inventors: Detlef Badtke; Hans-Hermann Dipl.-Ing. Merkenschlager
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2610032A1; DE2610032C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Reinigen der Oberflächen von kupferkaschierten Lagen von Leiterplatten durch Anätzen und anschließendes Dekapieren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

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 eine an der Oberfläche anhaftende Oxydhaut 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 Kontaktierungsbohrungen dazu geführt, Leiterplatten auch mehrlagig mit dünnen Innenlagen auszuführen. Diese Randbedingungen erfordern eine präzise Fertigungstechnik, um die mechanischen und elektrischen Toleranzen einhalten zu können. Das Halbzeug, aus dem eine Leiterplaltenlage 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

ι« 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.

'5 Bei der obenerwähnten dichten Belegung der Leiterplatte mit Leiterbahnen erfordert diese Herstellungsmethode eine sehr gute Leitung 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 für die Fotopolymermasse zu erzeugen, werden Halbzeuge bisher vielfach entweder maschinell gebürstet oder naßsandgestrahlt und anschließend chemisch gereinigt. Naßsandstrahlen liefert

ίο 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

■to 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 Tauchbehandlung liefest 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

^r>5 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— ΙΟμπι von der

bo Kupferoberfläche abgetragen werden. Bei der dünnen Kupferkaschierung ist dieser Wert für den Reinigungsprozeß entschieden zu hoch.

Nun ist auf dem Gebiet der Drucktechnik eine Vorrichtung zur Behandlung einer Druckplatte für eine

i'^r> Druckmaschine bekannt, die zum Fertigstellen der Druckplatte vor dem eigentlichen Druckvorgang dient. Beim Offsetdruck werden die Druckplatten mit einer desensibilisierenden, d. h. die Druckfarbe in Detailberei-

chen abstoßenden Ätzlösung behandelt, so dalj nur auf die verbleibenden Bildbereiche der Druckplatte Druckfarbe aufgebracht werden kann. Da/u wird die in einem elektrofotografischen Kopiergerät vorbereitete Druckplatte mit einer Ätzlösung behandelt, die Ätzlösung getrocknet und erst wieder Wasser auf die Druckplatte aufgebracht, wenn der Druckvorgang durchgeführt wird. Die Ätzlösung wird dabei wieder reaktionsfähig.

Um dies zu erreichen, ist die bekannte Vorrichtung derart ausgebildet, daß eine vorbereitete und entwickelte Druckplaae, die auf einem Zuführtisch liegt, zwischen diesen und einem Aufnahmetisch in einer Schleife zweimal eine Heizstation durchläuft. Beim erstmaligen Erwärmen der Druckplatte in der Heizstation wird auf eine trockene oder flüssige Fixierlösung eingewirkt und die Druckplatte anschließend einer Ätzstalion zugeführt, in der mit Hilfe einer Auftragwalze die desensibilisierende Ätzlösung auf die Oberfläche der Druckplatte aufgebracht wird. Um die Ätzlösung mit hohem Wirkungsgrad auf die Druckplatte aufzubringen, hat die Auftragwalze einen eigenen Antrieb, der ihr eine gegenüber der Transportgeschwindigkeit höhere Umfangsgeschwindigkeit erteilt. Überschüssige Ätzlösung wird anschließend durch ein nachgeordnetes Paar von Quetschwalzen wieder von der Oberfläche der Druckplatte entfernt. Danach wird die Druckplatte ein zweites Mal durch die Heizstation geführt, um die Ätzlösung vor der Ausgabe der Druckplatte auf einem Aufnahmetisch zu trocknen.

Der Erfindung liegt daher, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die durch Aufwalzen der aggressiven Kupferchloridätze auf die Oberfläche der Kupferkaschierung einer Leiterplattenlage eine definierte Menge Ätze aufzubringen gestattet, die wiederum nur eine genau definierte Zeitspanne einwirken kann. Damit soll eine automatische, vollständig= Reinigung der Halbzeuge durch Anätzen, der gewünschte sichere Haftgrund jedoch bereits bei wesentlich geringeren Schichtdicken der abgetragenen metallischen Oberfläche als mit den bisher in der Galvanotechnik bekannten Ätzmaschinen erreicht werden.

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 automasisch abläuft. In einer derartigen Anlage wird nur eine geringe, jedoch definierte Schichtdicke an Kupfer von etwa 2 μηι abgetragen. Dieser Wert gilt insbesondere für die Lochwände in den Kontaktierungsbohrungen, in denen die anhaftende Kupferhülse nur wenige um stark ist. Dieses günstige Ergebnis ist darauf zurückzuführen, daß in diese Bohrungen nur geringe Mengen der frischen Ätze gelangen, während andererseits 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 Leiterplattenlage einwirkt. Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung wird hier also nicht eine beliebige Menge von Ätzflüssigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht und überschüssige Ätze wieder durch ein weiteres WalzenDaar entfernt.

Vielmehr wird durch eine einsprechende Beschichtung der Ät/walzen in Verbindung mit der gewählten Transportgeschwindigkeit der Werkstücke der Einfluß der Parameter Einwirkmenge und Einwirk/eit definiert ^r> gesteuert.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unieranspni ehen gekennzeichnet und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführiingsbeispieles näher erliiiiiert.

lu Das für die nähere Erläuterung der Erfindung nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen speziellen Anwendungsfall, bei dem die Einrichtung zum Reinigen der Oberfläche von kupferkaschierten Lagen von Leiterplatten verwendet wird, um auf der Kupferkaschieriing eines Isolierstoffträgers einen sicheren llaftgriind für eine anschließend aufzubringende l'otopolymennasse zu schaffen. Dieses Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

zu Fig. 1 die schematische Ski/./e einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zum Anätzen der Kupferkaschierung eines horizontal geführten Halbzeugs und

Fig. 2 ein Fließschema des Fertigungsablaufs beim

2¹S chemischen Reinigen der metallischen Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes durch Anätzen und anschließendes Dekapieren.

In der in F i g. I schematisch dargestellten Einrichtung zum automatischen Ätzen wird ein plattenförmig

»ο ausgebildetes Halbzeug 1, bestehend aus einem Isolierstoffträger mit beidseitiger Kupferkaschierung auf einer Transportbahn, die durch Transportrollen 2 schematisch angedeutet ist, mit konstanter Transportgeschwindigkeit ν horizontal geführt. Ober- und

!■> unterhalb dieser Transporlbahn 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

«ι 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,

i'j porösen Material 33, ζ. Β. Moosgummi, beschichtet.

Die beiden unterhalb der Transportbahn angeordneten Ätzwalzen 31 tauchen in eine Bodenwanne 5 ein, die mit Kupferchloridätze CuCb gefüllt ist. Mit einem in die Bodenwanne 5 eingesetzten Überlaufrohr 6 ist ein definierter Fiillungsstand festgelegt.

Überlaufende Kupferchloridätze CuCb 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

ο ihrem Abstand gegenüber der Ätzwalze 32 einstellbar ist. Oberhalb dieser Abstreifrinne endet das schematisch angedeutete Rohrleitungssystem 8 in Rohrbögen 81, die den Zulauf für die Kupferchloridätze bilden.

Mit den beschriebenen Auffangvorrichtungt:n der

■ ■> Kupferchloridätze kann die Oberfläche der Ätzwalzen 31 bzw. 32 bei einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit eine genau definierte Menge der Ätze aufnehmen. Bei den beiden unterhalb der TransDortbahn anseord-

Helen Ätzwalzcn 31 wird dies durch den vom IJberlaufi'olir 6 festgelegten Hilliingsgriid der Bodenwanne 5 erreicht. Bei den beiden anderen, oberhalb der Transportbahr! angeordneten Ät/wal/en 32 hängt dies einmal von der durch die Pumpe 7 geförderten Menge an Kupferchloridäl/e, vor allem aber von dem Absland ab, auf den die Platte 9 gegenüber der Oberfläche der zugeordneten Älzvval/e 32 eingestellt ist.

So lassen sich für jeden Anwendungsfall definierte Randbedingungen schaffen, so dall auch die Oberfläche des durchlaufenden Werkstückes jeweils eine bestimmte Menge des Ätzmittels aufgerollt wird, die beim Ätzvorgang reproduzierbare Hrgcbnissc liefert.

Anhand von F" i g. 2 soll nun noch der gesamte Verfahrensablauf erläutert werden, bei dem bekannte (einrichtungen in Verbindung mit der beschriebenen Hinrichtung benutzt werden. Kin zu reinigendes Halbzeug wird manuell in einen Kinlauf 20 einer Hntfettungsanlage eingeschoben, durchläuft dabei ein Bad 21 mit einem kalten Netitralrcinigcr und wird in mehreren Spiilvorgängen 22 gespült. Damit ist das Halbzeug entfettet und wird dann in der anhand von Fig. t beschriebenen, liier mit 23 bezeichneten Hinrichtung geätzt.

Danach durchläuft es eine Spülkammer 24 mit einem geschlossenen .Spülwasserumlauf, der sehematiscli durch einen kreisförmigen Pfeil angedeutet ist. Dieser geschlossene Umlauf des Spülwassers verhindert, daß unzulässige Kupferverunreinigungen des Spülwassers in

in das Abwasser gelangen, Das Halbzeug durchläuft dann zum Dekapieren ein ,Salzsäurebad 25 und wird anschliel.iend wiederum in einer Spülkammer 26 mit geschlossenem Spülwasscrumlauf gespült. Trotzdem noch verbliebene Rückstände an Salzsäure werden mit weiteren Spiilvorgängen in Spülkammern mit Frischwasscrz.Lilauf 27 beseitigt.

Über einen Auslauf 28 der Badreihe gelangt das gereinigte Halbzeug in den Hinlauf eines Trockenautomaten 29 und verläßt diesen dann in trockenem Zustand durch seinen Auslauf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

I. Einrichtung zum Reinigen der Oberfläche von kupferkaschierten Lagen von Leiterplatten durch Anätzen und anschließendes Dekapieren, bei der in einer Äl/kainmer mit einer horizontal ausgerichteten Transportbahn für den kontinuierlichen Transport der Leiterplaltenlagen mindestens eine in Transportrichtung umlaufende und auf deren Oberfläche abrollende Ätzwalzc angeordnet ist, die mit einem porösen Material beschichtet und mit einem Ätzmittel getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben Transportrollen (2) mit Transportgeschwindigkeit umlaufende Ätzwalzen (32, 3t) paarweise oberhalb bzw. unterhalb der Trunsportbahn angeordnet sind, wobei erstere in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert sind, und daß den Ät2walzen je eine Auffangvorrichtung (5,9) für das Ätzmittel zugeordnet ist, die für die unterhalb der Transportbahn gelagerten Ätzwalzen (31) als Bodenwanne (5) mit einem Überlaufrohr (6) ausgebildet, in die die Ätzwalzen (31) eintauchen, und die für die oberhalb der Transportbahn gelagerten Ätzwalzen (32) jeweils als eine Abstreifrinne ausgebildet ist, bei der eine gegen die Oberfläche der zugeordneten Ätzwalze (32) gerichtete Platte (9) im wesentlichen radial zur Achse dieser Ätzwalze verschiebbar angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Ätzwalzen (31, 32) mit Moosgummi (33) beschichtet ist.

J. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Umlauf des Ätzmittels, in dem mittels einer Pumpe (7) ablaufendes Ätzmittel über ein Rohrleitungssystem (8) wieder an die Oberfläche der Ätzwalzen (31,32) zurückgeführt wird.