DE3905100C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen oder elektrolytischen Ober­ flächenbehandlung von mit kleinen Öffnungen versehenen plattenförmigen Werk­ stücken, insbesondere von großflächigen, mit Bohrlöchern versehenen Leiterplat­ ten für gedruckte Schaltungen, in wäßrigen Lösungen, wobei das Werkstück zwei selbständige, voneinander unabhängige Schwingungsbewegungen ausführt, sowie ei­ ne Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist aus JP 56-59 000 A bekannt. Es dient der Oberflächenbe­ handlung von Gestellware. Allerdings verlaufen dabei die Richtungen der beiden Schwingungsbewegungen rechtwinklig zueinander; auch finden diese Bewegungen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander statt, und zwar die vertikale Bewegung nur beim Absenken der Werkstücke in die Behandlungslösung sowie die horizontale Bewegung bei in die Behandlungslösung abgesenkten Werkstücken. Daraus ergeben sich für die Oberflächenbehandlung von mit kleinen Öffnungen versehenen plat­ tenförmigen Werkstücken wie bsp. Leiterplatten für gedruckte Schaltungen schwerwiegende Nachteile, die eine Anwendbarkeit dieses bekannten Verfahrens für derartige Werkstücke praktisch ausschließen.

Leiterplatten für gedruckte Schaltungen sind zum Zwecke des Leiterbahnaufbaus auf den verschiedenen Ebenen mit diese verbindenden Bohrlochungen versehen, die sehr geringe Durchmesser im Bereich von bsp. 0.8-1.2 mm aufweisen. Für eine einwandfreie Durchkontaktierung dieser Bohrlochungen ist es erforderlich, daß die Bohrlochwandungen einen ununterbrochenen metallischen Überzug gleicher Stärke erhalten, der absolut porenfrei ist. Voraussetzung dafür ist, daß in die Bohr­ lochungen ausreichend Elektrolytflüssigkeit gelangt, damit an den Bohrlochwan­ dungen ein ständiger Elektrolytaustausch stattfinden kann. Diese Voraussetzung ist bei dem bekannten Verfahren jedoch nicht erfüllt.

Bei einem aus JP 56-62 998 A bekannten Verfahren zur Oberflächenbehandlung wird das Behandlungsgut einer Schwingungsbewegung im Frequenzbereich von 1-9 Hz und mit einer Amplitude von 6-100 mm ausgesetzt. Dieses bekannte Ver­ fahren hat sich zur Oberflächenbehandlung von mit kleinen Öffnungen versehenen plattenförmigen Werkstücken wie bsp. Leiterplatten für gedruckte Schaltungen als unzureichend erwiesen. Gleiches gilt im wesentlichen auch für das aus FR 14 65 665 bekannte Verfahren.

Schließlich sind aus DE 31 05 313 A1 und US 47 26 884 Verfahren zur Ober­ flächenbehandlung von Leiterplatten für gedruckte Schaltungen bekannt. Bei bei­ den bekannten Verfahren findet nur eine Schwingungsbewegung statt, die für eine einwandfreie Durchflutung der kleinquerschnittigen Bohrlochungen nicht ausreicht, wobei im Fall des aus US 47 26 884 bekannten Verfahrens noch hinzukommt, daß die Richtung der Schwingungsbewegung im wesentlichen in der Plattenebene ver­ läuft, so daß es an einer Zwangsdurchflutung der Bohrlochungen fehlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einen intensiven Elektrolytaus­ tausch direkt an den Grenzflächen von Werkstücken, insbesondere in engen Ver­ tiefungen bzw. Bohrlochungen derselben, eine wesentlich gesteigerte Stromdichte zur Erzielung porenfreier Metallniederschläge zu ermöglichen und somit die in diesem Zusammenhang bekannten Mängel nach dem Stand der Technik weitgehend auszuschließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Schwingungs­ bewegung rechtwinklig zur Fläche des Werkstücks verläuft und die zweite Schwin­ gungsbewegung in etwa derselben Richtung wie die erste Schwingungsbewegung und gleichzeitig mit dieser erfolgt, wobei die Frequenz der ersten Schwingungsbe­ wegung wesentlich niedriger als die der zweiten Schwingungsbewegung, die eine in rascher Folge heftig pulsierende Vibrationsschwingung darstellt, und die Ampli­ tude der ersten Schwingungsbewegung wesentlich größer als die der zweiten Schwingungsbewegung gewählt wird.

Bei dieser Ausgestaltung wird der langhubigen niederfrequenten Schwingungsbewe­ gung nach dem Stand der Technik eine gleichgerichtete kurzhubige Vibrations­ schwingung überlagert. Das Werkstück wandert also unter der kombinierten Wir­ kung beider Bewegungssysteme durch die Elektrolytflüssigkeit, wobei sich die re­ sultierende Relativgeschwindigkeit auf ein Vielfaches der bei den bekannten Ver­ fahren zur Anwendung kommenden Durchlaufgeschwindigkeiten erhöht. Diese hohe Relativgeschwindigkeit in Verbindung mit der raschen Aufeinanderfolge der Rich­ tungsumkehr der pulsierenden Bewegung bewirkt eine Zwangsdurchflutung selbst kleinster Bohrlochungen. Trotz der außerordentlichen Steigerung der Relativge­ schwindigkeit ist keine verlängerte Bewegungsbahn erforderlich; die kombinierte, sich überlagernde Hin- und Herbewegung findet zwischen den beiden Umkehrpunk­ ten der langhubigen, niederfrequenten Schwingungsbewegung statt.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Frequenz der ersten Schwingungsbewe­ gung auf einen Wert < 1 Hz und die der zweiten Schwingungsbewegung auf einen Wert < 1 Hz einzustellen, wobei es von Vorteil ist, wenn als Frequenz der zwei­ ten Schwingungsbewegung ein ganzzahliges Vielfaches von 1 Hz gewählt wird. Weiter hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Amplitude der ersten Schwin­ gungsbewegung auf einen Wert < 15 mm und die der zweiten Schwingungsbewe­ gung auf einen Wert < 15 mm eingestellt wird.

Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten, aus einer eine Behandlungslösung aufnehmenden Wanne, sich darüber erstreckenden Trägern zur Halterung der Werkstücke sowie je einem Antrieb zur Erzeugung der beiden Schwingungsbewegungen bestehenden ersten Vorrichtung, bei welcher der eine Antrieb den Trägern zur Halterung der Werkstücke zugeordnet ist, ist er­ findungsgemäß vorgesehen, daß der Antrieb zur Erzeugung der ersten Schwin­ gungsbewegung auf einem die Wanne umfassenden, in der Schwingungsebene be­ wegbaren und mit den Trägern zur Halterung der Werkstücke bewegungsfest ge­ kuppelten Rahmen aufsitzt und der Antrieb zur Erzeugung der zweiten Schwin­ gungsbewegung an jedem Träger befestigt ist. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut für die Nachrüstung bereits bestehender Anlagen.

Bei einer zweiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimm­ ten Vorrichtung sitzt der Antrieb zur Erzeugung der ersten Schwingungsbewegung auf einem die Wanne umfassenden, in der Schwingungsebene bewegbaren ersten Rahmen auf, der über Schwingungsdämpfer mit einem dazu parallelen, ebenfalls die Wanne umfassenden und in der Schwingungsebene bewegbaren, mit den Trä­ gern zur Halterung der Werkstücke gekuppelten zweiten Rahmen verbunden ist, auf dem der Antrieb zur Erzeugung der zweiten Schwingungsbewegung aufsitzt. Diese Ausführungsform empfiehlt sich vor allem für neu zu erstellende Anlagen.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind an einem einzi­ gen Träger mindestens zwei mit geringem Abstand parallel zueinander angeordne­ te Werkstücke als Paket befestigt. Auf diese Weise läßt sich ein erhöhter Durch­ satz erzielen; die Vibrationsschwingung der zweiten Schwingungsbewegung sorgt trotz der abschirmenden Wirkung der benachbarten Leiterplatten für eine ausrei­ chende Zwangsdurchflutung der Bohrlochungen.

Der Antrieb zur Erzeugung der zweiten Schwingungsbewegung ist erfindungsgemäß ein Unwuchtvibrator, dessen kreisförmige Schwingungsbahnen in einer Ebene ver­ laufen, die rechtwinklig zur Fläche des Werkstücks gerichtet ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielshalber erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgerüstete Anlage im Längsschnitt,

Fig. 1a und 1b Einzelheiten dieser Anlage,

Fig. 2 eine Rückansicht der Anlage gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Funktionsskizze des Unwuchtvibrators.

In den Fig. 1 und 2 sind Leiterplatten 1 mit Bohrlochungen 2 in eine Wanne 3 einer Anlage für die elektrolytische Oberflächenbehandlung eingehängt. Jede Lei­ terplatte 1 befindet sich zwischen zwei feststehend angeordneten Anodenreihen 4; an ihrem oberen Ende ist sie an einem Träger 5 befestigt, der sich quer über die Wanne 3 erstreckt. An den beiden Enden des Trägers 5 ist je ein vertikaler Arm 6 und 7 vorgesehen, von denen der Arm 6 an seinem oberen Ende T-förmig gegabelt ist, um eine Dreipunkt-Aufnahme für den Laufwagen der automatischen Trans­ portvorrichtung zu schaffen, der die Träger 5 samt Leiterplatte 1 von einer Behandlungsstation (Wanne 3) zur nächsten befördert. Die Arme 6 und 7 sowie der Träger 5 sind in einem kegelförmig ausgehöhlten Würfel 8 zusammengefaßt, in den Aufnahmekegel 9 einführbar sind.

An einer Stirnwand der Wanne 3 ist ein motorischer Antrieb 10 mittels einer Konsole 11 befestigt. Eine kreisrunde Scheibe 12 ist exzentrisch auf die Welle 13 des Antriebs 10 aufgesetzt. Die Wanne 3 ist allseitig von einem rechteckigen, horizontal angeordneten ersten Rahmen 14 umfaßt, der von vier an der Wanne 3 befestigten Auflagern 15 horizontal gleitbar getragen ist. Über dem Antrieb 10 sind auf der Unterseite des Rahmens 14 zwei lotrechte und zueinander parallel angeordnete Segmente 16 angebracht, die seitlich dicht an der Exzenterscheibe 12 anliegen.

In jedem der vier Eckbereiche des Rahmens 14 ist ein Schwingungsdämpfer 17 an­ geordnet, auf denen ein zweiter rechteckiger Rahmen 18 aufruht, der die Wan­ ne 3 ebenfalls allseitig umfaßt. Auf diesem zweiten Rahmen 18 ist ein weiterer Antrieb 19 befestigt, der als Unwuchtvibrator ausgebildet ist. Fig. 3 veranschau­ licht diesen Unwuchtvibrator: ein Rotor 20 wird exzentrisch auf die Welle 21 ei­ nes Elektromotors 22 aufgesetzt. Außerdem sind auf den langen Seiten des zwei­ ten Rahmens 18 aufrechtstehend Trägerstützen 23 befestigt, deren oberes Ende die Aufnahmekegel 9 bilden.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende:

Der Antrieb 10 versetzt den unteren ersten Rahmen 14 in eine langhubig-nieder­ frequente, horizontale Schwingungsbewegung (= erste Schwingungsbewegung), die durch den Pfeil A gekennzeichnet ist. Diese erste Schwingungsbewegung wird syn­ chron über die Schwingungsdämpfer 19 auf den oberen zweiten Rahmen 18 über­ tragen. Dabei bestimmen die Drehzahl des Antriebs 10 die Frequenz der horizon­ talen Hin- und Herbewegung des ersten Rahmens 14 sowie die Exzentrizität der Scheibe 12 deren Amplitude.

Der Antrieb 19 versetzt den oberen zweiten Rahmen 18 in eine kurzhubig-hoch­ frequente, horizontale, heftig pulsierende Vibrationsschwingung (= zweite Schwin­ gungsbewegung), die durch den Pfeil B gekennzeichnet ist. Diese zweite Schwin­ gungsbewegung wird durch die bsp. aus einem Gummimaterial bestehenden Schwingungsdämpfer 17 federnd absorbiert, so daß der untere erste Rahmen 14 völlig frei von deren Einfluß gehalten wird. Die Unwuchtkräfte des Antriebs 19 sind stufenlos regelbar.

Die Übertragung der beiden Schwingungsbewegungen in Form einer resultierenden Kombinationsbewegung auf die in die Elektrolytflüssigkeit eingetauchten Leiter­ platten 1 erfolgt mittels der Trägerstützen 23 über die Kupplungseinheit 8, 9 und den Träger 5. Nachstehend soll dafür ein numerisches Beispiel angegeben werden:

Die Leiterplatte 1 wird mit einer Frequenz von 16 Schwingungen/min und einer Amplitude von 12.5 mm in horizontaler Richtung bewegt, so daß ihre mittlere Relativgeschwindigkeit gegenüber der Elektrolytflüssigkeit 13.3 mm/sec beträgt (= erste Schwingungsbewegung). Zusätzlich dazu wird die Leiterplatte 1 einer heftig pulsierenden Vibrationsschwingung mit einer Frequenz von 1800 Schwin­ gungen/min und einer Amplitude von 1.5 mm unterworfen, so daß sich ihre mitt­ lere Relativgeschwindigkeit gegenüber der Elektrolytflüssigkeit auf 180 mm/sec erhöht; das ergibt eine Intensivierung des Elektrolytaustauschs an der aktiven Phasengrenze um etwa das Fünfzehnfache.

Claims (8)

1. Verfahren zur chemischen oder elektrolytischen Oberflächenbehandlung von mit kleinen Öffnungen versehenen plattenförmigen Werkstücken, insbesondere von großflächigen, mit Bohrlöchern versehenen Leiterplatten für gedruckte Schal­ tungen, in wäßrigen Lösungen, wobei das Werkstück zwei selbständige, vonein­ ander unabhängige Schwingungsbewegungen ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schwingungsbewegung rechtwinklig zur Fläche des Werkstücks (1) verläuft und die zweite Schwingungsbewegung in etwa derselben Richtung wie die erste Schwingungsbewegung und gleichzeitig mit dieser erfolgt, wobei die Frequenz der ersten Schwingungsbewegung wesentlich niedriger als die der zweiten Schwingungsbewegung, die eine in rascher Folge heftig pulsierende Vi­ brationsschwingung darstellt, und die Amplitude der ersten Schwingungsbewe­ gung wesentlich größer als die der zweiten Schwingungsbewegung gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der er­ sten Schwingungsbewegung auf einen Wert < 1 Hz und die der zweiten Schwin­ gungsbewegung auf einen Wert < 1 Hz eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenz der zweiten Schwingungsbewegung ein ganzzahliges Vielfaches von 1 Hz gewählt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ampli­ tude der ersten Schwingungsbewegung auf einen Wert < 15 mm und die der zweiten Schwingungsbewegung auf einen Wert < 15 mm eingestellt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-4, be­ stehend aus einer eine Behandlungslösung aufnehmenden Wanne, sich darüber erstreckenden Trägern zur Halterung der Werkstücke sowie je einem Antrieb zur Erzeugung der beiden Schwingungsbewegungen, von denen der eine den Trä­ gern zur Halterung der Werkstücke zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (10) zur Erzeugung der ersten Schwingungsbewegung auf einem die Wanne (3) umfassenden, in der Schwingungsebene bewegbaren und mit den Trägern (5) zur Halterung der Werkstücke (1) bewegungsfest gekuppelten Rah­ men (14) aufsitzt und der Antrieb (19) zur Erzeugung der zweiten Schwingungs­ bewegung an jedem Träger (5) befestigt ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 4, be­ stehend aus einer eine Behandlungslösung aufnehmenden Wanne, sich darüber erstreckenden Trägern zur Halterung der Werkstücke sowie je einem Antrieb zur Erzeugung der beiden Schwingungsbewegungen, von denen der eine den Trä­ gern zur Halterung der Werkstücke zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (10) zur Erzeugung der ersten Schwingungsbewegung auf einem die Wanne (3) umfassenden, in der Schwingungsebene bewegbaren ersten Rah­ men (14) aufsitzt, der über Schwingungsdämpfer (17) mit einem dazu paralle­ len, ebenfalls die Wanne (3) umfassenden und in der Schwingungsebene beweg­ baren, mit den Trägern (5) zur Halterung der Werkstücke (1) gekuppelten zwei­ ten Rahmen (18) verbunden ist, auf dem der Antrieb (19) zur Erzeugung der zweiten Schwingungsbewegung aufsitzt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an ei­ nem einzigen Träger (5) mindestens zwei mit geringem Abstand parallel zuein­ ander angeordnete Werkstücke (1) als Paket befestigt sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ trieb (19) zur Erzeugung der zweiten Schwingungsbewegung ein Unwuchtvibra­ tor ist, dessen kreisförmige Schwingungsbahnen in einer Ebene verlaufen, die rechtwinklig zur Fläche des Werkstücks (1) gerichtet ist.