DE4106333C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Galvanisieren von mit Lochungen versehenen plattenförmigen Werkstücken, insbesondere von Leiterplatten, wobei das zu behan­ delnde Werkstück sich zwischen einer ersten und einer zwei­ ten Anode befindet. Bisher war es bei galvanotechnischer Anwendung üblich, daß die beiden Anoden zusammen an eine gegenüber dem Werkstück (Kathode) positive Spannung gelegt wurden und somit gleich­ zeitig von beiden Seiten das Werkstück behandelten. Die Praxis hat gezeigt, daß die auf den Innenwandungen der Lochungen entstehende Schicht dünner ist als die Schicht auf den beidseitigen, außen gelegenen Flächen der Platte. Die­ ses, in der Praxis möglichst zu vermeidende Mißverhältnis wurde mit zunehmender Größe der Verhältniszahl "Plattendicke geteilt durch Lochungsdurchmesser" immer stärker. Letztend­ lich besteht die Gefahr, daß die Lochungsinnenwandung völlig ungenügend mit einer Schicht versehen wird. Um dies zu vermeiden, hat man schon besondere Maßnahmen angewendet, um den Flüssigkeitsaustausch durch die Lochungen hindurch zu verbessern, d. h. um eine möglichst große Menge der Flüssig­ keit des Galvanisierbades durch die Lochungen hindurchtreten zu lassen und dadurch den Auftrag an Schicht zu stärken. Diese Technik hat sich zwar bewährt und hat außerdem dafür gesorgt, daß in den Lochungen hängengebliebene kleine Luft­ bläschen, welche das Aufbringen einer Schicht verhindern können, aus den Lochungen entfernt werden.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der vorliegenden Erfin­ dung besteht zunächst, ausgehend vom eingangs genannten Oberbegriff des Anspruches 1, darin, das Verhältnis Dicke des Materialauftrages oder Schicht auf den Plattenaußenflä­ chen zur Dicke der Schicht an den Innenwänden der Lochungen günstiger zu gestalten, d. h. in Richtung zum Wert 1:1 hin.

Die Lösung dieser Aufgabe wird zunächst darin gesehen, das Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 so zu gestal­ ten, daß alternierend die erste Anode und die zweite Anode an positive Spannung gelegt werden, während das die Kathode bildende und zu behandelnde Werkstück stets an einer gegen­ über der aktiven Anode negativen Spannung anliegt.

Dabei ist mit "aktiver Anode" dieje­ nige Anode gemeint, die jeweils an positive Spannung gelegt ist. Bei dieser Verfahrensweise wird die Schicht an den Lo­ chungsinnenwänden stets an dem Lochungsende am stärksten aufgetragen werden, dem die aktive, d. h. an positiver Span­ nung gelegte Anode gegenüber liegt. Diese Schicht wird sich dann unter Verringerung ihrer Dicke bis etwa zum anderen Lochungsende hin erstrecken, welches sich gegenüber der in diesem Verfahrensabschnitt unaktiven Anode befindet. Wird nun die positive Spannung an die letztgenannte Anode gelegt, so wird der Lochungsbereich, der sich auf der Seite dieser Anode befindet, entsprechend stärker mit einer Schicht versehen, während der Lochungsbereich gegenüber der anderen, jetzt unaktiven Anode weniger an Niederschlag des Schichtma­ terials erhält. Das alternierende Aufbringen von Schichtma­ terial von der einen und dann wieder von der anderen Seite des Werkstückes her schafft im Endergebnis, wie Versuche gezeigt haben, eine Dicke des Schichtmaterials in den Lo­ chungen, die wesentlich näher an die Dicke der Schichten auf den beidseitigen, außengelegenen Flächen der Platte heran­ kommt, als bisher erreichbar war. Außerdem ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Dicke der Schicht in den Lochungen wesentlich weniger zu deren Mittenbereich hin abnimmt (auch der letztgenannte Nachteil war bei Anwendung der bisherigen Verfahrensweisen gegeben).

Die Merkmale des Anspruches 2 beinhalten einen beispielswei­ sen Bereich der periodischen Expositionsdauer, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt ist.

Erfolgen während des Galvanisierens Unterbrechungen des Galvanisierstromes, und zwar auch nur kurzzeitige Unterbre­ chungen, so bilden sich durch Rücklösung Kristalle, die im Querschnittsschliff eines aufgetragenen Belages als relativ dünne Schicht erscheinen. In der Fachwelt wird teilweise die Auffassung vertreten, daß eine solche Schicht die Qualität des Endproduktes verschlechtert. Um dies zu vermeiden ist es bekannt, während eines Galvanisiervorganges, bei dem solche Unterbrechungen auftreten können, ständig einen sogenannten Haltestrom von der oder den Anoden zu dem zu galvanisieren­ den Werkstück fließen zu lassen. Die Stromstärken dieser Halteströme sind wesentlich geringer als die Stromstärken der Galvanisierströme. Die Halteströme genügen aber, um im Falle kurzzeitiger Unterbrechungen der Galvanisierströme die o. g. Kristallbildung zu vermeiden, d. h. sie halten eine Galvanisierung aufrecht. Die Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens kann, je nach der hierzu vorgesehenen Schaltungsanordnung, kurzzeitige Unterbrechungen des Galva­ nisierstromes implizieren. Um in solchen Fällen die eingangs erläuterten Qualitätsbedenken zu beheben, ist vorgesehen, daß die Verfahrensmaßnahme nach Anspruch 1, oder nach An­ spruch 1 und 2, durch die Verfahrensmaßnahme nach Anspruch 3 ergänzt wird.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, Anordnungen zur Durchführung eines oder mehrerer der vorstehend erläu­ terten Verfahrensmaßnahmen zu schaffen, und zwar mit einem einwandfreien Funktionsablauf, jedoch mit möglichst geringem Herstellungsaufwand.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist zunächst die Anordnung gemäß Anspruch 4 vorgesehen. Hiermit werden nur ein einziger Galvanisiergleichrichter und der zugehörige Umschalter benötigt. Falls die Aufbringung eines Haltestromes gewünscht wird, um die vorstehend erläuterten Bedenken der Unterbre­ chung des Galvanisierstromes beim Umschalten der positiven Spannung des Gleichrichters auf die erste oder die zweite Anode zu beheben, kann eine Anordnung gemäß Anspruch 5 mit einem Haltestromgleichrichter und zwei Sperrdioden vorgese­ hen sein. Hiermit ist die Stärke des Haltestromes über den Haltegleichrichter einstellbar. Die Sperrdioden bewirken, daß der Galvanisierstrom des Galvanisiergleichrichters stets nur zu der aktiven Anode, nicht aber zu der jeweils inakti­ ven Anode gelangt.

Die Anordnung nach Anspruch 4 kann auch durch die Merkmale des Anspruches 6 mit einem Haltestrom versorgt werden. Auch hier wird nur ein Galvanisiergleichrichter benötigt. Ein Haltestromgleichrichter entfällt. Die Herstellungskosten sind also minimal. Die zusätzlichen Verlustleistungen in den Widerständen der Haltestromkreise halten sich in vertretba­ ren Grenzen.

Die Anordnung nach Anspruch 7 ist zwar für sich bekannt, jedoch nicht zur Durchführung eines oder mehrerer der vorge­ nannten Verfahren. Sie bietet eine Alternative zu den Anord­ nungen nach den Ansprüchen 4 bis 6. Auch ist die Aufrechter­ haltung von Halteströmen möglich, wie es die hierzu vorteil­ hafte Lösung nach Anspruch 8 zeigt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nach­ stehenden Beschreibung und den zugehörigen, im wesentlichen schematischen Zeichnungen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung mit Verwendung nur eines Galva­ nisiergleichrichters und Schaffung eines Halte­ stromes,

Fig. 2 eine weitere Anordnung der Erfindung, mit nur einem Galvanisiergleichrichter und einer gegen­ über Fig. 1 anderen Form der Schaffung eines Haltestromes,

Fig. 3 eine Anordnung nach der Erfindung mit zwei Galvanisiergleichrichtern, wobei ebenfalls Halteströme geschaffen werden können.

Soweit in den nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen die Bauteile einander gleich sind, haben sie auch die glei­ chen Bezugsziffern erhalten.

Fig. 1 zeigt ein plattenförmiges Werkstück 1, insbesondere eine Leiterplatte, mit Lochungen, z. B. Bohrungen 2. Aus zeichnerischen Gründen ist hier nur eine von mehreren Lo­ chungen dargestellt. Außerdem ist ebenfalls aus zeichneri­ schen Gründen der Durchmesser der Lochung 2 im Verhältnis zur Dicke der Platte 1 zu groß dargestellt. In Wirklichkeit liegt z. B. bei Leiterplatten das Verhältnis der Dicke der Leiterplatte zum Durchmesser der Lochung in der Größenord­ nung von 8:1 oder noch höher. Auch aus Gründen der zeich­ nerischen Darstellung sind die durch das Galvanisieren auf den Außenflächen des Werkstückes 1 und an den Innenwänden der Lochungen 2 aufgetragenen Schichten nicht dargestellt.

Das die Kathode bildende Werkstück 1 befindet sich zusammen mit einer ersten Anode 3 und einer zweiten Anode 4 innerhalb eines nur strichpunktiert angedeuteten Badbehälters 5 zum Galvanisieren oder dergleichen. Die Badoberfläche ist mit der gestrichelten Linie 5′ angedeutet.

Außerhalb des Bades ist ein Galvanisiergleichrichter 6 vorgesehen, dessen negative Seite 7 an das Werkstück (Katho­ de) 1 angeschlossen ist, während seine positive Seite 8 an der Eingangsseite 9 eines Umschalters 10 anliegt. Der Um­ schalter 10 wird über die jeweils gewünschte periodische Expositionsdauer entweder an den Anschluß 11 einer zur ersten Anode 3 führenden Leitung 12, oder an den Anschluß 13 einer zur zweiten Anode 4 führenden Leitung 14 gelegt. Dabei wird unter der periodischen Expositionsdauer die Zeit ver­ standen, über die eine der Anoden an positive Spannung gelegt wird. Dagegen ist die Gesamtexpositionsdauer gleich der Zeit der gesamten Behandlung eines Werkstückes.

In der Stellung des Umschalters gemäß Fig. 1 hat somit die zweite Anode 4 eine positive Spannung gegenüber dem Werk­ stück (Kathode) 1, während die Spannung der ersten Anode (3) ohne Haltestromgleichrichter 15 gegenüber dem Werkstück (Kathode) 0 V beträgt. Es stellt sich also ein Galvanisier­ strom von der zweiten Anode 4 zum Werkstück 1 ein. Wird der Umschalter 10 zur Anlage an den Kontakt 11 gebracht, so ergibt sich eine Umkehrung der Spannungs- und Stromverhält­ nisse derart, daß nun die erste Anode 3 gegenüber dem Werk­ stück 1 positiv ist und die zweite Anode 4 ohne Haltestrom­ gleichrichter 15 gegenüber dem Werkstück (Kathode) die Spannung 0 V hat. Der Galvanisierstrom verläuft von der ersten Anode 3 zum Werkstück 1. Die periodische Expositions­ dauer jeder Anode kann beispielsweise ca. 1 min. betragen.

Ferner kann ein Haltestromgleichrichter 15 vorgesehen sein, der minusseitig ebenfalls an das Werkstück 1 (Kathode) angeschlossen ist und plusseitig zu einer Leitung 18 führt, die jeweils mit den Eingangsseiten von Sperrdioden 17 und 18 elektrisch verbunden ist.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Der Umschalter 10, der entweder ein elektronisches oder ein elektromechanisches Schaltmittel sein kann, wird über die gewünschte Gesamtexpo­ sitionsdauer alternierend mit den periodischen Expositions­ dauern an die Kontakte 11 und 13 gelegt, wodurch der Seiten­ wechsel der Galvanisierströme bewirkt wird. Da die Spannung des Haltestromgleichrichters 15 kleiner ist, z. B. 2 V, als die z. B. 3 V betragende Spannung des Galvanisiergleichrich­ ters 8, kann der Haltestrom immer nur über die Sperrdiode (Entkopplungsdiode) 17 bzw. 18 fließen, deren Ausgangsseite 17′ bzw. 18′ nicht an der Spannung des Galvanisiergleich­ richters 6 liegt. Dies bedeutet, daß in der Schaltlage gemäß Fig. 1 der Haltestrom über die Sperrdiode 17 zur ersten Anode 3 und von dieser zum Werkstück 1 fließt. Liegt dagegen der Umschalter 10 am Kontakt 11 an, so fließt dann der Haltestrom über die andere Sperrdiode 18 zur zweiten Anode 4 und von dieser zum Werkstück 1. Auch während des Zeitraumes des Umschaltens des Schalters 10 von Punkt 13 zu Punkt 11 bzw. umgekehrt fließt ein Haltestrom zumindest über die bisher vom Haltestrom durchflossene Anode, gegebenenfalls auch während dieses relativ kurzen Zeitraumes über beide Anoden.

Es empfiehlt sich, daß die Sperrdioden von einer Bauart sind, die sehr schnell, zumindest im Mikrosekundenbereich, vom sperrenden in den leitenden Zustand übergehen. Die Stärke des Haltestromes kann durch entsprechende Einstellung des Haltestromgleichrichters verändert werden.

Im Beispiel der Fig. 2 ist die Anordnung von Anoden, Katho­ den, Galvanisiergleichrichter und Umschalter die gleiche wie im Beispiel der Fig. 1. Insoweit kann also zu Aufbau und Funktion auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen wer­ den. Für die Aufrechterhaltung eines Haltestromes sind hier zwei Widerstände 19, 20 vorgesehen, deren Größe einstellbar oder regelbar sein kann. Die Widerstände 19, 20 sind zwi­ schen der Plusseite 8 des Galvanisiergleichrichters 6 und den Zuleitungen 12 bzw. 14 zur ersten Anode 3 bzw. zur zweiten Anode 4 geschaltet. Der Haltestrom wird somit vom Galvanisiergleichrichter 6 miterzeugt. Es entfällt also der Haltestromgleichrichter 15 der Ausführung nach Fig. 1. Aufgrund der Widerstände 19, 20 ist der Haltestrom ent­ sprechend kleiner als der jeweilige Galvanisierstrom. Die vorstehend beschriebene und in Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt, daß stets ein Haltestrom fließt. Hinzu kommt eine gewisse Entlastung des Umschalters 10 durch die Widerstände.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind zwei Galvani­ siergleichrichter 21, 22 vorgesehen, die ebenfalls mit ihren Minusseiten 23, 24 an das Werkstück 1 (Kathode) angeschlos­ sen sind, dagegen mit ihren Plusseiten 25, 26 an die erste Anode 3 bzw. die zweite Anode 4. Durch eine nicht darge­ stellte, konventionelle Steuerung wird abwechselnd der eine Galvanisiergleichrichter, z. B. 21, im Sinne des Verfahrens über die Gesamtexpositionsdauer zugeschaltet und der andere Galvanisiergleichrichter, in diesem Beispiel 22, abgeschal­ tet oder zumindest in seiner Spannung gegenüber der Spannung des Arbeitsstromgleichrichters 21 reduziert. Nach Ablauf der eingestellten Expositionsperiode wird dafür gesorgt, daß im vorliegenden Beispiel der Galvanisiergleichrichter 22 nun­ mehr die an ihn angeschlossene zweite Anode 4 mit einer positiven Spannung versorgt, d. h. daß von dieser Anode her galvanisiert wird, während der Galvanisiergleichrichter 21 heruntergefahren wird. Die Spannung der jeweils nicht akti­ ven Anode kann gegenüber der Spannung der Kathode etwas positiv in dem Sinne gehalten werden, daß von dieser Anode zum Werkstück (Kathode) ein Haltestrom fließt. Hierzu kann eine nicht gesondert dargestellte Schaltanordnung derart vorgeschaltet sein, daß sich die Einschaltzeiten der beiden Gleichrichter 21, 22 überlappen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Galvanisieren von mit Lochungen versehenen Werkstücken wie Platten, insbesondere Leiterplatten, wobei das zu behandelnde Werkstück sich zwischen einer ersten und einer zweiten Anode befindet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alternierend die erste Anode (3) und die zweite Anode (4) an positive Spannung gelegt werden, während das die Kathode bildende, zu behandelnde Werk­ stück (1) stets gegenüber der aktiven Anode an negativer Spannung liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine periodische Expositionsdauer jeder der Anoden (3, 4) von etwa 1 min.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Zuschaltung eines ständig fließenden Haltestromes.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Galvanisierstrom liefernder Galvanisiergleichrichter (6) vorgesehen und minusseitig (7) an das Werkstück (1) und plusseitig (8) an den Eingang eines Umschalters (10) angeschlossen ist, dessen Ausgang wahlweise an eine Zuleitung (12) bzw. (13) an die erste Anode (3) bzw. an die zweite Anode (4) legbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Haltestromgleichrichter (15) vorgesehen ist, der minusseitig an das Werkstück (1) und plusseitig (16) über Sperrdioden (17) bzw. (18) an die erste Anode (3) bzw. an die zweite Anode (4) angeschlossen ist, wobei die wirksame Spannung des Haltestromgleichrichters (15) kleiner ist als die Spannung des Galvanisiergleichrich­ ters (6).

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Ausgangsseite (8) des Galvanisiergleichrich­ ters (6) über je einen, in seinem Widerstandswert bevor­ zugt verstellbaren Widerstand (19, 20) an die erste Anode (3) und die zweite Anode (4) angeschlossen ist.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Galvanisiergleichrichter (21, 22) vorgesehen und jeweils minusseitig (23, 24) an das Werkstück (1) und plusseitig (25, 26) an die erste und die zweite Anode (3, 4) ange­ schlossen sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung derart, daß sich die Einschaltzeiten der beiden Galvanisiergleichrichter (21, 22) überlappen.