DE4016236C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten und/oder Behandeln in ein Medium eingetauchter Leiterplatten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten und/oder Behandeln in ein Medium eingetauchter Leiterplatten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung und/ oder Behandlung in ein Medium eingetauchter Leiterplatten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung hierfür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Bei industriellen Verfahren zum Bearbeiten und/oder Behandeln in ein Medium eingetauchter Leiterplatten ist es häufig erforderlich, zur Intensivierung des Verfahrens eine Relativbewegung zwischen dem Medium und den Leiterplatten zu erzeugen. Diese Relativbewegung hat den Zweck, den Kontakt zwischen miteinander reagierenden oder aufeinander einwirkenden Elementen zu verbessern.
So sollen bei der Herstellung von Leiterplatten während der naßchemischen Prozesse sowie bei thermischen Behandlungen die jeweiligen Lösungen oder Schmelzungen gezielt auf die Leiterplattenoberfläche sowie durch die Bohrungen in den Leiterplatten gefördert werden. Zu diesem Zweck werden beispielsweise die Leiterplatten in den jeweiligen Medien mechanisch durch Exzenter, Vibratoren oder Rüttler bewegt. Bei anderen bekannten Verfahren wird das jeweilige Medium durch Pumpen- und Düsensysteme auf die Leiterplattenoberfläche aufgebracht und durch die Bohrungen in der Leiterplatte hindurchgeführt.
Beispielsweise sind aus der FR-PS 1 465 665 ein Verfahren und eine Vorrichtung für die elektrolytische Behandlung von Gegenständen in einem Bad bekannt. Bei diesem Verfahren werden während des Elektrolyseprozesses die zu behandelnden Gegenstände selbst zu Schwingungen angeregt. Darüber hinaus kann in dem Bad ein zusätzliches Schwingungselement vorgesehen sein, um Schwingungen in dem Bad zu erzeugen.
Insofern bei diesem Verfahren die zu behandelnden Objekte in Schwingungen versetzt werden, hat das Verfahren den Nachteil, daß die Schwingungen in dem Bad nicht gezielt auf die zu behandelnden Objekte ausgerichtet werden können, sondern von diesen selbst ausgehen. Insofern bei diesem Verfahren Schwingungen in dem Bad durch ein zusätzliches Schwingungselement erzeugt werden, ist nachteilig, daß die Intensität dieser Schwingungen an den einzelnen zu behandelnden Gegenständen sehr unterschiedlich ist, je nachdem wie weit diese von dem zusätzlichen Schwingungselement entfernt sind. Außerdem werden die dem zusätzlichen Schwingungselement zugewandten Seiten der zu behandelnden Gegenstände und deren dem zusätzlichen Schwingungselement abgewandte Seiten unterschiedlich behandelt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 31 05 313 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Leiterplatten mit Säuren oder Laugen oder galvanischen Prozessen bekannt. Dabei werden die Leiterplatten während der Behandlung zum Abtrennen von Gasbläschen von deren Oberfläche mit relativ hoher Frequenz gerüttelt. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nicht geeignet ist, in dem Medium gezielte, auf den zu behandelnden Körper gerichtete Bewegungs- und/oder Strömungsimpulse zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen eine gezielte und sehr wirksame Inkontaktbringung der miteinander reagierenden Elemente erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Leiterplatte in dem Medium zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden flächigen Bauelementen angeordnet, denen jeweils eine schwingungsfähige Halterung zugeordnet ist. Die beiden Halterungen werden zum Schwingen angeregt und übertragen ihre Schwingungen auf die flächigen Bauelemente. Bei diesen flächigen Bauelementen kann es sich beispielsweise um Membranen handeln. Sie werden jedoch nicht durch die Leiterplatten selbst gebildet.
Durch die Kopplung der flächigen Bauelemente mit dem Medium werden in dem Medium Schwingungen erzeugt, die auf beiden Seiten einer zwischen zwei flächigen Bauelementen angeordneten Leiterplatte eine Transport- und/oder Strömungsbewegung in Richtung auf die Leiterplatte hervorrufen.
Die flächigen Bauelemente werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zu Schwingungen im Tonfrequenzbereich, insbesondere im unteren Tonfrequenzbereich, angeregt. Dies geschieht mit besonderem Vorteil durch periodisch auf die flächigen Bauelemente einwirkenden Kräfte.
Um gleichbleibende Bedingungen bei der Behandlung der Leiterplatten sicherzustellen, wird das Medium im Bereich der Leiterplatte umgewälzt.
Zur Durchführung elektrochemischer Prozesse wird in dem Medium ein elektrisches Feld bzw. ein elektrischer Strom erzeugt, und die mindestens eine Leiterplatte wird als Elektrode geschaltet.
In bestimmten Fällen kann es dabei vorteilhaft sein, daß zumindest ein flächiges Bauelement als Elektrode geschaltet wird.
Wie weiter unten detailliert dargelegt werden wird, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich bei verschiedenen Arten der elektrolytischen und/oder elektrophoretischen Behandlung von Leiterplatten vorteilhaft einsetzen.
Zur Durchführung eines kontinuierlichen Verfahrens wird die mindestens eine Leiterplatte während der Behandlung und/ oder Bearbeitung zwischen den parallel zur Transportrichtung der Leiterplatte angeordneten flächigen Bauelementen hindurchbefördert.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist charakterisiert durch einen Behälter, in dem sich ein zur Bearbeitung und/oder Behandlung mindestens einer Leiterplatte vorgesehenes Medium befindet, und durch mindestens zwei in dem Medium parallel zueinander verlaufende flächige Bauelemente, zwischen denen die mindestens eine Leiterplatte angeordnet ist und die jeweils über eine schwingungsfähige Halterung in Antriebsverbindung mit einem Antrieb stehen, wobei die Halterungen Schwingungen auf die flächigen Bauelemente übertragen können. Dabei besteht eine derartige Kopplung zwischen den flächigen Bauelementen und dem Medium, daß die flächigen Bauelemente in dem Medium auf die Leiterplatte gerichtete Bewegungs- und/oder Strömungsimpulse erzeugen können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eines der flächigen Bauelemente als starres, elastisch oder verschwenkbar gelagertes Bauelement ausgebildet, das in Antriebsverbindung mit einem periodischen Antrieb steht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eines der flächigen Bauelemente als elastisches, an einer Stelle eingespanntes Bauelement ausgebildet, das in Antriebsverbindung mit einem periodischen Antrieb steht.
Mit besonderem Vorteil sind die Flächennormalen der Bauelemente auf die eingetauchte Leiterplatte gerichtet. Mit einem derartigen Bauelement werden ebene Wellen erzeugt, die zu einer optimalen Kontaktierung des Mediums mit der Leiterplatte wesentlich beitragen.
Die flächigen Bauelemente können z. B. aus Metall, Kunststoff oder einem Naturprodukt bestehen und sind bevorzugt als permeable oder semipermeable Bauelemente ausgebildet.
Mit besonderem Vorteil sind die flächigen Bauelemente als Membranen ausgebildet.
Zum Antrieb der flächigen Bauelemente kann ein Elektromagnet vorgesehen sein, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.
Ferner kann der Antrieb mittels eines Exzenters, mittels Nocken aber auch mittels eines Unwuchtvibrators oder Rüttlers erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine günstige Angleichung der Strömungsverhältnisse dadurch, daß als Bauelemente Flachbänder, Profilbänder, Profildrähte, Rundstäbe oder Profilstäbe verwendet werden.
Als Rüttler können elektrisch oder pneumatisch betriebene Unwuchtvibratoren verwendet werden.
Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen naßchemischen elektrolytischen und elektrophoretischen Prozeßschritten in der Leiterplattenfertigung genutzt werden, wie z. B.:
  • - Etch-back (Rückätzen)
  • - Smear-removal (Smear-Entfernen)
  • - Quellen
  • - Reduzieren
  • - Reinigen (sauer, alkalisch, neutral)
  • - Konditionieren
  • - Ätzreinigen
  • - Aktivieren
  • - Reduzieren
  • - Katalysieren
  • - Accellieren
  • - chemisch verkupfern
  • - chemisch vernickeln
  • - Resistentwickeln
  • - Resistentfernen
  • - Metallentfernen
  • - Ätzen
  • - Schwarzoxydieren
  • - Braunoxidieren
  • - Rotoxydieren
  • - Umschmelzen in Öl oder Glykolen u. ä.
  • - elektrolytische Metallabscheidung
  • - elektrophoretische Abscheidung von nichtleitenden Schichten
  • - Aufbringen von Zinn oder Zinn-Blei, Zinn-Wismut in den Schmelzen der genannten Metalle
  • - Hot-oil-levelling in heißem Öl oder Glykolen
  • - Anätzen von Leiterplatten aus Keramik in Salzschmelzen
  • - Auftragen von Dispersionen aus leitfähigen Partikeln, vorzugsweise Kohlenstoff, auf Leiterplatten und in die Bohrungen in Leiterplatten
  • - Auftragen von Dispersionen oder Lacken aus lösungsmittelhaltigen und lösungsmittelfreien Zusammensetzungen auf Leiterplatten und in die Bohrungen in Leiterplatten
  • - Auftragen von leitfähigen Partikeln, vorzugsweise Metallpulver, auf Leiterplatten und in Bohrungen von Leiterplatten, wobei das Metallpulver in organischen, wäßrigen Lösungen oder lösungsmittelfrei vorhanden ist.
  • - Behandeln mit abrasiven Partikeln aus Dispersionen auf Leiterplatten und in die Bohrungen in Leiterplatten
  • - Bearbeiten von Leiterplatten mit chemischen oder elektrolytischen Entgratungslösungen
  • - Spülen in Wasser oder Lösungsmitteln
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1-4 schematische Ansichten von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Behälter 1 dargestellt, der mit einem Medium 14, mit dem eine Behandlung durchgeführt werden soll, gefüllt ist. In dieses Medium 14 ist eine zu behandelnde Leiterplatte 7 eingetaucht. Zu beiden Seiten dieser Leiterplatte 7 ist je ein Metall- oder Kunststoffband 4 im Medium 14 angeordnet. Diese Metall- oder Kunststoffbänder sind an einem Ende in einer lösbaren Verbindung 2 am Boden des Behälters 1 befestigt und am anderen Ende in je eine Haltevorrichtung 8 eingespannt. Diese Haltevorrichtungen 8 ruhen auf bewegbaren, in der Höhe verstellbaren Lagern 3.
Die Haltevorrichtungen 8 tragen Hebelarme 5a, an deren Enden Permanentmagnete 5 angeordnet sind. Diesen Permanentmagneten 5 gegenüber befinden sich Elektromagnete 6, die an Wechselstromquellen angeschlossen sind.
Durch Verstellung der Lager 3 werden die Metall- oder Kunststoffbänder 4 gespannt.
Durch Einschalten der Elektromagnete 6 werden die Permanentmagnete 5 und dadurch die Halterungen 8 in Schwingung versetzt. Die beweglichen Lager 8 ermöglichen eine Übertragung der Schwingungen auf die gespannten Metall- oder Kunststoffbänder 4. Deren Schwingungen erzeugen im Medium 14 Druckwellen und damit Bewegungen. Durch diese Bewegungen wird das Medium gegen die Oberfläche der Leiterplatte 7 und durch deren Bohrungen hindurchgedrückt.
Besteht das Kunststoffband 4 beispielsweise aus einem gewebten Polypropylenband, so kann eine elektrolytische Abscheidung von Metallen mit löslichen oder unlöslichen Anoden auf der Leiterplatte 7 vorgenommen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind schematisch derartige Anoden bei 12 dargestellt. Durch eine entsprechende elektrische Schaltung kann eine elektrolytische Abscheidung von Metallen wie Kupfer, Zinn, Blei, Nickel, Gold, Silber, Palladium, Kobalt, Chrom, Zink, Kadmium, Wismut, Arsen, Iridium, Selen, Rhodium sowie Legierungen aus diesen Metallen mit höheren kathodischen Stromdichten, als bisher möglich, erfolgen. Durch die Verteil- und Blendwirkung des Polypropylengewebes, aus dem das Kunststofband 4 besteht, erfolgt eine gleichmäßigere Schicht-Dickenverteilung auf der Oberfläche der Leiterplatte 7 sowie in den Bohrungen dieser Leiterplatte. Dies kann durch Erhöhung oder Verminderung der Spannkraft an dem Kunststoffband 4 reguliert werden.
Da auf eine Lufteinblasung bei diesem Verfahren verzichtet werden kann, können schäumende Tenside eingesetzt werden, welche niedrigere Oberflächenspannungen in der Lösung ermöglichen.
Bei der elektrolytischen Metallabscheidung auf Leiterplatten mit unlöslichen Anoden kann das mechanisch schwingende System selbst als polarisierter Teil des Elektrolytsystems als Anode oder Kathode geschaltet werden. Bei Prozessen, welche mit Polwechsel oder kurzzeitiger Stromumkehr arbeiten oder bei denen der Strom gepulst wird, kann das mechanisch schwingende System sowohl kathodisch wie anodisch geschaltet sein.
Bei anderen elektrolytischen Prozessen können die Leiterplatten sowohl kathodisch als auch anodisch geschaltet werden. Es kann auch eine elektrophoretische Abscheidung von Flüssigresist erfolgen. Hierbei wird ein gleichmäßigerer Schichtaufbau auf der Leiterplatte sowie in den Bohrungen erzielt.
Um eine Verringerung von Konzentrationen im Medium 14 zwischen den Bändern 4 und der Leiterplatte 7 zu vermeiden, ist ein Umpumpsystem mit Zuleitungen 9, einer Pumpe 10 und Ausgangsleitungen 11 vorgesehen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leiterplatten 7 im Behälter 1 vertikal angeordnet.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung, bei der die Leiterplatten 7 horizontal durch den Behälter 1 hindurch geführt werden. Die Leiterplatten 7 werden dabei von dem übereinander angeordneten Walzenpaar 13 geführt und angetrieben.
Es ist jeweils ein Rahmen 15 vorgesehen, welcher unterhalb und oberhalb der Leiterplatte 7 angeordnet ist. An diesem Rahmen 15 sind mechanische Schwingungssysteme 4 angeordnet. Die Erzeugung der Schwingungen erfolgt wiederum über bewegbare Lager 3, Haltevorrichtungen 8, Hebel 5a, Permanentmagnete 5 sowie Elektromagnete 6.
In Fig. 3 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, mit der Leiterplatten 7 vertikal durch einen Behandlungsbehälter 1 hindurchgeführt werden können.
In Fig. 4 ist schematisch eine Draufsicht auf eine Vorrichtung dargestellt, in der Leiterplatten ganzflächig bearbeitet werden können.
Bei partiell arbeitenden Vorrichtungen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, werden jeweils ein mechanisches System parallel zur Transportrichtung angeordnet. Die Abmessungen dieser mechanischen Systeme sollten etwas größer sein als die der auf der Leiterplatte zu bearbeitenden Flächen.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Transport durch die Führungs- und Transportrollen 13.

Claims (22)

1. Verfahren zur Bearbeitung und/oder Behandlung mindestens einer in ein Medium eingetauchten, mit Bohrungen versehenen Leiterplatte, bei dem eine Relativbewegung zwischen dem Medium und der Leiterplatte erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Leiterplatte (7) in dem Medium (14) zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden flächigen Bauelementen (4) angeordnet wird, die jeweils über eine schwingungsfähige Halterung (8) in Antriebsverbindung mit einem Antrieb stehen,
  • b) die Halterungen (8) zum Schwingen angeregt werden und ihre Schwingungen auf die flächigen Bauelemente (4) übertragen und
  • c) die flächigen Bauelemente (4) in dem Medium (14) auf die Leiterplatte (7) gerichtete Bewegungs- und/oder Strömungsimpulse erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) zu Schwingungen im Tonfrequenzbereich angeregt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) zu Schwingungen im unteren Tonfrequenzbereich angeregt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) durch periodisch einwirkende Kräfte erregt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im Medium im Bereich der Leiterplatten (7) eine Umwälzströmung erzeugt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Medium ein elektrisches Feld erzeugt wird und die mindestens eine Leiterplatte (7) als Elektrode geschaltet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein flächiges Bauelement (4) als Elektrode geschaltet wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (7) in dem Medium (14) elektrolytisch und/oder elektrophoretisch behandelt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (7) während der Behandlung und/oder Bearbeitung zwischen zwei parallel zur Transportrichtung der Leiterplatte (7) angeordneten flächigen Bauelementen (4) hindurchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (7) horizontal durch das Medium (14) hindurchgefördert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (7) senkrecht durch das Medium (14) hindurchgefördert wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
  • - einen Behälter (1), in dem sich ein zur Bearbeitung und/oder Behandlung mindestens einer Leiterplatte (7) vorgesehenes Medium (14) befindet,
  • - mindestens zwei in dem Medium (14) parallel zueinander verlaufende flächige Bauelemente (4), zwischen denen die mindestens eine Leiterplatte (7) anzuordnen ist und die jeweils über eine schwingungsfähige Halterung (8) in Antriebsverbindung mit einem Antrieb stehen, wobei die Halterungen (8) Schwingungen auf die flächigen Bauelemente (4) übertragen können, und
  • - eine derartige Kopplung zwischen den flächigen Bauelementen (4) und dem Medium (14), daß die flächigen Bauelemente (4) in dem Medium (14) auf die Leiterplatte (7) gerichtete Bewegungs- und/oder Strömungsimpulse erzeugen können.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der flächigen Bauelemente (4) als starres, elastisch oder verschwenkbar gelagertes Bauelement ausgebildet ist, das in Antriebsverbindung mit einem periodischen Antrieb steht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der flächigen Bauelemente (4) als elastisches, an einer Stelle eingespanntes Bauelement ausgebildet ist, das in Antriebsverbindung mit einem periodischen Antrieb steht.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) aus Metall bestehen.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) aus Kunststoff bestehen.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) aus einem Naturprodukt bestehen.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-17, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) als permeable oder semipermeable Bauelemente ausgebildet sind.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Bauelemente (4) als Membranen ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der flächigen Bauelemente (4) ein Elektromagnet (6) vorgesehen ist, der an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der flächigen Bauelemente (4) Exzenter oder Nocken vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12-19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der flächigen Bauelemente (4) Rüttler oder Vibratoren vorgesehen sind.
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