DE3807261A1 - Maschine zum aetzen von gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Ätzen von Gegen­ ständen, insbesondere zur Herstellung von Platinen für elek­ tronische Schaltungen, mit

• a) einem Gehäuse;
• b) mindestens einem Düsenstock, an dem eine Vielzahl von Düsen angeordnet ist, aus denen die Gegenstände in einem bestimmten Sprühmuster mit flüssigem Ätzmittel besprüht werden;
• c) einer Fördereinrichtung, welche die Gegenstände konti­ nuierlich durch das von dem flüssigen Ätzmittel gebil­ dete Sprühmuster hindurchführt;
• d) einer Oszillationseinrichtung, welche den Düsenstock in eine oszillatorische Bewegung quer zur Förderrichtung versetzt und einen Antriebsmotor aufweist, dessen Dreh­ bewegung in die oszillatorische Bewegung des Düsen­ stockes umgesetzt wird.

Die Leitungsmuster, die auf Platinen für elektronische Schaltungen verwirklicht werden sollen, weisen aufgrund der Tendenz zur Miniaturisierung zunehmend kleine Abmes­ sungen auf. Dies stellt immer höhere Anforderungen an die Gleichmäßigkeit des Ätzvorganges, da andernfalls lokal un­ vollständige Ätzungen oder auch Unterätzungen der Leiter­ struktur auftreten können. Aus diesem Grunde wurden bereits bisher bei Maschinen der eingangs genannten Art Oszilla­ tionseinrichtungen verwendet, welche den Düsenstock in eine hin- und hergehende (oszillatorische) Bewegung versetzten. Damit sollte vermieden werden, daß in dem von dem Düsen­ stock erzeugten Sprühmuster des flüssigen Ätzmittels ent­ haltene Unregelmäßigkeiten immer auf dieselben Bereiche der zu ätzenden Gegenstände auftreffen. Dies nämlich würde zu entsprechenden Ungleichmäßigkeiten des Ätzvorganges führen. Durch die Oszillationsbewegung des Düsenstockes werden die Unregelmäßigkeiten im Sprühmuster "verwischt" und der Ätzvorgang vergleichmäßigt.

Bei bekannten Maschinen der eingangs genannten Art wurde die Oszillationsbewegung des Düsenstockes durch einen Kur­ beltrieb erzeugt, welcher die Drehbewegung eines Antriebs­ motors in die gewünschte hin- und hergehende Bewegung des Düsenstockes umsetzte. Bei dieser Konstruktionsweise ist das Weg-Zeit-Diagramm der Oszillationsbewegung sinusförmig. Im Bereich der Umkehrpunkte hat der Düsenstock eine erheb­ lich längere Verweildauer als an den Durchgangsstellen in der Mitte zwischen den beiden Umkehrpunkten. In diesem Be­ reich können sich somit nach wie vor Unregelmäßigkeiten des Sprühmusters in Ungleichmäßigkeiten des Ätzvorganges auswirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine der eingangs genannten Art derart fortzubilden, daß eine noch gleichmäßigere Ätzung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• e) zur Umsetzung der Drehbewegung des Antriebsmotors in die oszillatorische Bewegung des Düsenstockes eine Kur­ venscheibe vorgesehen ist, die von dem Antriebsmotor in Drehung versetzt wird und deren wirksame Außenkon­ turen eine Herzform aufweist;
• f) zwei Mitnahmeglieder mit dem Düsenstock verbunden sind, die an diametral gegenüberliegenden Punkten an der Außen­ kontur der Kurvenscheibe anliegen.

Dabei ist es an und für sich aus dem Maschinenbau in ande­ rem Zusammenhang bekannt, daß mit Herzkurven dieser Art die Bewegungscharakteristik von Oszillationsbewegungen linearisiert werden kann. Erfindungsgemäß wird jedoch zum erstenmal erkannt, daß diese grundsätzlich mögliche Linea­ risierung der Oszillationsbewegung bei gattungsgemäßen Ätz­ maschinen zu einer Verbesserung des Ätzergebnisses beiträgt. Der Bewegungsbereich, in welchem die Bewegungsgeschwindig­ keit des Ätzstockes konstant und somit die "Verwischung" von Unregelmäßigen im Sprühmuster besonders wirksam ist, ist nämlich beim Einsatz der Herzkurve innerhalb der Os­ zillationseinrichtung sehr viel größer als bei den bekann­ ten Kurbeltrieben. Nur im unmittelbaren Bereich der Umkehr­ punkte muß zur Vermeidung unzulässig hoher Beschleunigungen und damit verbundener großer Kräfte die Bewegungscharakte­ ristik etwas "abgerundet" werden.

Vorteilhafterweise sind die mit dem Düsenstock verbundenen Mitnahmeglieder Rollen. Hierdurch wird die Leichtgängig­ keit der Gesamtanordnung verbessert.

Die Mitnahmeglieder können dabei an einem Tragrahmen ange­ ordnet sein, an dem der Düsenstock befestigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 einen Teilschnitt gemäß Linie I-I von Fig. 2 durch eine Ätzmaschine, gesehen in Förderrichtung, bei eingeschobenem Düsenstock;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ätzmaschine von Fig. 1 bei abgenommenem Deckel und entfernter Oszil­ lationseinrichtung;

Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch bei ausgezogenem Düsenstock;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ätzmaschine von Fig. 3, entsprechend der Fig. 2, bei abgenommenem Deckel und entfernter Oszillationseinrichtung;

Fig. 5 die Unteransicht der Kulissenscheibe, die bei der Oszillationseinrichtung der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ätzmaschine Verwendung findet;

Fig. 6 das Weg-Zeit-Diagramm der Oszillationsbewegung des Düsenstockes in der Maschine nach den Fig. 1 bis 5.

In Fig. 1 ist ein senkrechter Teilschnitt durch den oberen Bereich einer Ätzmaschine, gesehen in deren Förderrichtung, dargestellt. An der in Förderrichtung hinten liegenden Sei­ tenwand 2 des Gehäuses 1 bzw. einem entsprechenden Rahmenteil sind zwei Lagerböcke 3, 4 angeschraubt. An jedem Lagerbock 3, 4 sind in vertikalem Abstand zwei Rollen 5, 6 bzw. 7, 8 drehbar gehalten. Die Rollenpaare 5, 6 bzw. 7, 8 führen einen in horizontaler Richtung verschiebbaren Tragrahmen 9, der nach Art eines liegenden U von einem oberen horizontalen Schenkel 9 a, einem rechts in der Zeichnung dargestellten, senkrechten Verbindungsschenkel 9 b und einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten unteren horizontalen Schenkel ge­ bildet wird. Die Verhältnisse im Bereich des unteren hori­ zontalen Schenkels des Tragrahmens 9 entsprechen vollstän­ dig denjenigen im dargestellten oberen Bereich, so daß auf eine diesbezügliche Erläuterung verzichtet werden kann. Die Anordnung ist offensichtlich derart, daß der gesamte Tragrahmen 9 mit seinen beiden horizontalen Schenkeln 9 a und dem Verbindungsschenkel 9 b in der Sicht der Fig. 1 bis 4 nach links und recht bewegt werden kann. Dieser Freiheitsgrad wird, wie weiter unten noch erläutert wird, zur Ausführung einer Oszillationsbewegung der Düsenstöcke benötigt.

Ein entsprechender Tragrahmen 9 ist an der in Förderrich­ tung vorne liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Seitenwand bzw. dem entsprechenden Rahmenteil der Ätzma­ schine ausgebildet. Auch diesbezüglich ist eine gesonderte Beschreibung entbehrlich.

Die beiden Tragrahmen 9 sind durch eine parallel zur För­ derrichtung der Ätzmaschine verlaufende Strebe 10 mitein­ ander verbunden, so daß auch in Draufsicht die beiden Trag­ rahmen und die Strebe 10 die Gestalt eines liegenden, nach rechts offenen U aufweisen.

Die horizontalen Schenkel 9 a des Tragrahmens 9 sind jeweils als Profile mit einem sich zur Innenseite der Ätzmaschine öffnenden Längsschlitz 11 gestaltet (vergl. Fig. 1 und 3). Im Innenraum des horizontalen Schenkels 9 a sind sechs Rollen 12 bis 17 gelagert, die drei Rollenpaare bilden. Dies ist besonders deutlich der Fig. 3 zu entnehmen. Zwischen den Rollen 12 bis 17 ist eine Schiene 18 in hori­ zontaler Richtung verschiebbar geführt, welche die Gestalt eines hochkant stehenden Flachprofiles hat. Auch die Schie­ ne 18 verläuft innerhalb des Hohlraumes des horizontalen Schenkels 9 a des Tragrahmens 9.

Die Schiene 18 ihrerseits ist mit einem Längsschlitz 19 (vergl. insbesondere Fig. 3) versehen, welcher der ver­ schiebbaren Halterung eines Düsenstockes dient, der insge­ samt mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist.

Der Düsenstock 20 weist als tragendes Element einen starren Halterahmen auf. Dieser umfaßt an der in Förderrichtung vorne und hinten gelegenen Seite jeweils zwei parallele, horizontale Tragstangen 21, 22 aus Titan sowie an den pa­ rallel zur Förderrichtung verlaufenden Seiten jeweils eine Verbindungsstrebe 23 bzw. 24 aus demselben Material. Der von den Tragstangen 21, 22 und den Verbindungsstreben 23, 24 aufgespannte Halterahmen des Düsenstockes 20 ist so temparaturbeständig und verwindungssteif, daß sich auch nach langem Betrieb bei höheren Temperaturen keine Verbie­ gungen einstellen.

Eine Vielzahl von Düsen 25 ist innerhalb des Düsenstockes 20 in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Die Düsenöff­ nung zeigt dabei in dem in der Zeichnung dargestellten, oberen Düsenstock 20 jeweils nach unten auf das dort senk­ recht zur Ebene der Fig. 1 und 3 sich bewegende Ätzgut, welches in bekannter Weise von einer nicht dargestellten Fördereinrichtung kontinuierlich durch die Ätzmaschine hin­ durchgeführt wird. Entsprechend zeigen die Ätzdüsen an dem unteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Düsenstock nach oben.

Die jeweils in einer Reihe parallel zur Förderrichtung der Ätzmaschine liegenden Düsen 25 sind über ein Rohr 26 mitein­ ander verbunden, derart, daß ihnen gemeinsam das Ätzmittel zugeführt wird. Jedes Rohr 26 ist über ein senkrecht zur Förderrichtung der Ätzmaschine verlaufendes Verbindungs­ rohr 27 mit einem Steckkupplungsteil 28 verbunden, welches an der Verbindungsstrebe 24 befestigt ist und über welches in noch zu beschreibender Weise das Ätzmittel für jede an einem Rohr 26 befindliche Reihe von Düsen 25 gesondert zuge­ führt wird. Die Steckkupplungsteile 28 sind besonders gut in den Fig. 3 und 4 erkennbar.

Die gegenüberliegenden Enden der aus Kunststoff bestehenden, Ätzmittel führenden Rohre 26 sind in Muffen 29 gehalten, welche über die Tragstangen 21, 22 des Düsenstockes 20 ge­ schoben sind. Die Muffen 29 werden durch rohrförmige Di­ stanzstücke 30 im richtigen Abstand gehalten.

An zwei Stellen an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Düsenstockes 20 ist jeweils ein Distanzstück durch eine Tragmuffe 31 bzw. 32 ersetzt. An den Tragmuffen 31, 32 sind nach außen ragende Gleitstücke 33, 34 aus reibungsarmem Material angeschraubt, welche in den Längsschlitz 19 der Schiene 18 eingreifen. Die Anordnung ist also so, daß zum einen der Düsenstock 20 gegenüber der Schiene 18 verschoben werden kann, wobei sich die Gleitstücke 33, 34 innerhalb des Längsschlitzes 19 bewegen, und daß darüber hinaus die Schiene 18 aufgrund ihrer Lagerung zwischen den Rollen 13 bis 17 innerhalb des Tragrahmens 9 horizontal verschiebbar ist. Auf diese Weise läßt sich der Düsenstock 20 doppelt tele­ skopartig seitlich aus dem Tragrahmen 9 herausfahren, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten, eingeschobe­ nen Zustand des Düsenstockes 20 greifen die Steckkupplungs­ teile 28, welche am Düsenstock 20 befestigt sind, in kom­ plementäre Steckkupplungsteile 35 ein, die an der Strebe 10 des Tragrahmens 9 angebracht sind. Die Steckkupplungs­ teile 35 werden über nicht dargestellte Druckschläuche mit Ätzmittel versorgt, welche auf mit den Steckkupplungsteilen 35 verbundenen Rohrwinkeln 36 befestigt werden.

Auf der nach oben zeigenden Wand 36 ("Deckel") der Ätzma­ schine ist ein Getriebemotor 37 montiert. Die Ausgangs­ welle 38 des Getriebemotors 37 durchsetzt abgedichtet die Wand 36 und trägt an ihrem freien Ende eine Kurvenscheibe 39. Zwei an der Oberseite des horizontalen Schenkels 9 a des Tragrahmens 9 angeschraubte Rollen 40, 41 liegen an diametral gegenüberliegenden Punkten am Außenumfang der Kurvenscheibe 39 an. Getriebemotor 37, Kurvenscheibe 39 und Rollen 40, 41 bilden eine Oszillationseinrichtung, mit welcher der Düsenstock 20 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt werden kann.

Die Unteransicht der Kurvenscheibe 39 ist in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt und zwar in zwei unter­ schiedlichen Drehstellungen. Die Kontur der Kurvenscheibe 39 ist im Maschinenbau als sogenannte "Herzkurve" bekannt.

Bei der Drehung der Kurvenscheibe 39, welche durch den Ge­ triebemotor 37 bewirkt wird, erfahren die an den gegenüber­ liegenden Punkten der Kurvenscheibe anliegenden Rollen 40, 41 eine hin- und hergehende Bewegung (Oszillationsbewegung), die sich auf den Rahmen 9 und damit auf den gesamten Düsen­ stock 20 überträgt.

Die Funktionsweise der beschriebenen Ätzmaschine ist wie folgt:

Im Normalbetrieb befindet sich der Düsenstock 20 in der eingeschobenen Position, die in den Fig. 1 und 2 darge­ stellt ist. Das heißt, die an der Verbindungsstrebe 24 des Düsenstocks 20 angebrachten Steckkupplungsteile 28 greifen in die an der Strebe 10 des Tragrahmens 9 angebrachten Steckkupplungsteile 35 ein; Ätzmittel kann somit über die Steckkupplungsteile 35, 28, die Verbindungsrohre 27 und die Rohre 26 zu den Düsen 25 fließen und aus diesen in einem gewünschten Ätzmuster austreten. Die zu ätzenden Ge­ genstände werden unterhalb des in Fig. 1 dargestellten Düsenstockes 20, gleichzeitig oberhalb des darunter liegen­ den, zweiten und nicht dargestellten Düsenstockes senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 durchbefördert. Die seitli­ che Gehäuseöffnung 43, durch welche der Düsenstock 20 in seine Wartungsposition ausgefahren werden kann, ist durch eine herabklappbare Seitenwand 42 verschlossen.

Der Getriebemotor 37 versetzt die Kurvenscheibe 39 in Dre­ hung. Durch die Anlage der Rollen 40 und 41 an der Kurven­ scheibe 39 erfährt der ganze Tragrahmen 9 eine oszillatori­ sche Bewegung, deren Richtung senkrecht auf der Förderrich­ tung des Ätzguts steht. Durch diese Oszillationsbewegung werden Unregelmäßigkeiten im Sprühmuster der Düsen ausgegli­ chen, so daß es also in der Richtung quer zur Förderrichtung keine Zonen gibt, in denen eine stärkere Ätzung als in anderen Zonen erfolgt. Durch die Ausbildung der Kurvenscheibe 39 als Herzkurve (vgl. Fig. 5) ist das Weg-Zeit-Diagramm der Oszillationsbewegung im wesentlichen sägezahnförmig, wie in Fig. 6 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Das heißt, die Bewegung zwischen den Umkehrpunkten erfolgt mit annähernd konstanter Geschwindigkeit, wobei in den Umkehrpunkten selbst zur Vermeidung übergroßer Beschleu­ nigungskräfte eine gewisse Abrund des Weg-Zeit-Diagrammes in Kauf genommen wird. In Fig. 6 ist außerdem gestrichelt das Weg-Zeit-Diagramm herkömmlicher Kurbelantriebe für die Oszillationsbewegung eingezeichnet, welches eine Sinuskurve ist. Bei dieser Ausgestaltung des Weg-Zeit-Diagrammes tritt eine erhöhte Verweildauer im Bereich der Maxima bzw. Minima der Sinuskurve auf, so daß dort trotz der oszillatorischen Bewegung des Düsenstockes die Ätzung verstärkt ist. Ange­ sichts der immer weiter wachsenden Anforderungen an eine gleichmäßige Ätzung wird durch die mit der Herzkurve als Exzenter arbeitende Oszillationseinrichtung ein erheblicher Fortschritt erzielt.

Treten im Betrieb Störungen dadurch auf, daß bestimmte Dü­ sen 25 verschmutzt und verstopft sind oder soll auf ein neues Ätzgut umgestellt werden, wird die Seitenwand 42 um eine Achse, die parallel zur Förderrichtung an der unteren Längskante des Gehäuses 1 verläuft, in annähernd waagerechte Position herabgeklappt. Sie gibt auf diese Weise nicht nur die seitliche Öffnung 43 frei; darüber hinaus dient sie gleichzeitig als Abtropfwanne, in welcher sich von dem Düsenstock 20 tropfendes Ätzmittel sammeln und in den Ätzmittelsumpf zurückfließen kann.

Der Düsenstock 20 kann nunmehr durch die Öffnung 43 seitlich herausgezogen werden. Dabei bewegen sich zunächst die Gleitstücke 33, 34 innerhalb des Längsschlitzes 19 in der Schiene 18, bis sie am Ende des Längsschlitzes 19 anstoßen. Beim weiteren Herausziehen des Düsenstockes 20 bewegt sich nun die gesamte Schiene 18 innerhalb des horizontalen Schenkels 9 a des Tragrahmens 9, wobei die Rollen 12 bis 17 ein leichtes Gleiten und eine präzise Führung gewährleisten.

Der Düsenstock 20 gelangt schließlich in die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Position oberhalb der nach unten geklappten Seitenwand 42. Hier sind die einzelnen Düsen 25 leicht zugänglich und können ohne weiteres herausgenommen, gereinigt, neu ausgerichtet oder ersetzt werden.

Nach Abschluß der Wartungsarbeiten wird der Düsenstock 20 wieder in die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Position zurückgeführt; die Steckkupplungsteile 28 greifen in die Steckkupplungsteile 35 ein, womit die Verbindung zur Ätz­ mittel-Pumpe hergestellt ist. Abschließend wird der Düsen­ stock 20 wieder innerhalb des Tragrahmens 9 durch eine ge­ eignete Einrichtung verriegelt und die Seitenwand 42 in ihre vertikale Stellung hochgeklappt.

Claims (4)

1. Maschine zum Ätzen von Gegenständen, insbesondere zur Herstellung von Platinen für elektronische Schaltungen, mit

• a) einem Gehäuse;
• b) mindestens einem Düsenstock, an dem eine Vielzahl von Düsen angeordnet ist, aus denen die Gegenstände in einem bestimmten Sprühmuster mit flüssigem Ätzmittel besprüht werden;
• c) einer Fördereinrichtung, welche die Gegenstände konti­ nuierlich durch das von dem flüssigen Ätzmittel gebil­ dete Sprühmuster hindurchführt;
• d) einer Oszillationseinrichtung, welche den Düsenstock in eine oszillatorische Bewegung quer zur Förderrich­ tung versetzt und einen Antriebsmotor aufweist, dessen Drehbewegung in die oszillatorische Bewegung des Düsen­ stockes umgesetzt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) zur Umsetzung der Drehbewegung des Antriebsmotors (37) in die oszillatorische Bewegung des Düsenstocks (20) eine Kurvenscheibe (39) vorgesehen ist, die von dem An­ triebsmotor (37) in Drehung versetzt wird und deren wirk­ same Außenkontur eine Herzform aufweist;
• f) zwei Mitnahmeglieder (40, 41) mit dem Düsenstock (20) verbunden sind, die an diametral gegenüberliegenden Punkten an der Außenkontur der Kurvenscheibe (39) an­ liegen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Düsenstock (20) verbundenen Mitnahmeglie­ der (40, 41) Rollen sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnahmeglieder (40, 41) an einem Trag­ rahmen (9) angeordnet sind, an dem der Düsenstock (20) be­ festigt ist.