DE4301742C2 - Vorrichtung zum Galvanisieren plattenförmiger Gegenstände, insbesondere von elektronischen Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren plattenförmiger Gegenstände, insbesondere von elektroni­ schen Leiterplatten, mit

• a) einer mit einem Elektrolyt befüllbaren Elektrolyse­ kammer;
• b) einer Fördereinrichtung, welche die plattenförmigen Gegenstände kontinuierlich durch die Elektrolysekammer hindurch befördert;
• c) mindestens einer in der Elektrolysekammer angeordneten Anode, die mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden ist;
• d) einer Vielzahl drehbarer Kontaktrollen, die an minde­ stens einem Rand der plattenförmigen Gegenstände anliegen und denen jeweils zugeordnet sind:
  • a) eine sich mitdrehende Welle;
  • b) eine erste, sich mit der Welle drehende Kontakt­ fläche;
  • c) ein unverdrehbares Bürstenteil, welches mit einer zweiten Kontaktfläche elastisch an die erste Kontaktfläche angedrückt wird und mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-OS 32 36 545 beschrieben. Als erste, sich mit der Welle der Kontakt­ rollen mitdrehende Kontaktfläche wird hier die Mantel­ fläche der Welle selbst bzw. eines im Durchmesser ver­ größerten Wellenbereiches eingesetzt. Diese Kontaktfläche ist also nicht eben sondern zylindrisch; die Mantellinien verlaufen achsparallel. Die Bürstenteile werden in radialer Richtung auf die erste, zylindrische Kontaktfläche zu gedrückt, wobei sich ihre Stirnflächen zu komplementären Zylinderflächen-Abschnitten abschleifen. Versucht man, diese Anordnung auch bei höheren Strömen einzusetzen, um so höhere Abscheidungsleistungen in der Elektrolysekammer zu erzielen, so stößt man an Grenzen. An der Stromübergangs­ stelle zwischen dem Bürstenteil und der ersten Kontakt­ fläche der Wellen liegt ein Übergangswiderstand, der zu einer unzulässigen Erhitzung der ganzen Bürsteneinrich­ tung mit den angeschlossenen Zuleitungen führen kann, zumal die einander berührenden Kontaktflächen verhältnis­ mäßig klein sind. Die seitlichen Bereiche der zylindrischen zweiten Kontaktflächen an den Bürstenteilen sind mechanisch geschwächt und können leicht abbrechen. Insbesondere dann, wenn an der Oberseite der zu galvanisierenden platten­ förmigen Gegenstände ebenfalls Kontaktrollen angreifen, die zur Kompensation unterschiedlicher Plattendicken mit ihren Wellen verschwenkbar sind, kommt es sogar zur Funkenbildung. Bei einer Veränderung des Neigungs­ winkels der oberen Kontaktrollen liegen die erste und die zweite Kontaktfläche zumindest zeitweise auch nicht mehr flächig aneinander, was die geschilderten Schwierig­ keiten noch verstärkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß höhere Ströme auf die plattenförmigen Gegenstände über­ tragen werden können, ohne daß es zu einer übermäßigen Erwärmung im Bereich der Kontaktflächen und zu deren übermäßiger Abnutzung kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) die erste und die zweite Kontaktfläche bezogen auf die Welle radial verlaufen;
• b) das Bürstenteil bezogen auf die Welle in axialer Richtung elastisch auf die erste Kontaktfläche gedrückt wird.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die beiden Kontaktflächen, die aneinander anliegen, gegenüber der Achse der Welle radial gestellt werden, wird zweierlei gewonnen: Erstens handelt es sich dann um ebene Flächen, die problemlos so gestaltet werden können, daß sie dauerhaft eng und flächig aneinander anliegen. Zum anderen können die so gestellten Kontaktflächen größer gehalten werden als dies bei den bekannten zylindrischen achsparallelen Kontaktflächen der Fall war. Durch den besseren, flächi­ gen Kontakt der beiden Kontaktflächen werden eingeschnürte Strompfade, die zu lokal hohen Stromdichten und entspre­ chenden Erhitzungserscheingungen führen, vermieden. Aufgrund der Größe der Kontaktflächen kann der Gesamt­ strom, der zu den Kontaktrollen geleitet wird, groß­ flächig verteilt werden, was zu entsprechend niedrigen Stromdichten und geringer lokaler Wärmeentwicklung führt.

Zweckmäßigerweise ist die erste Kontaktfläche an einem Kontaktring vorgesehen, der fest mit der Welle verbunden ist. Die erste Kontaktfläche ist dann eine ringför­ mige Stirnfläche dieses Kontaktringes.

Der Kontaktring kann mit der Welle einstückig sein; er kann aber auch auf die Welle aufgeschrumpft oder auf die Welle aufgeschraubt sein.

Wenn der Kontaktring aus Titan besteht, so ist er gegen­ über praktisch allen gebräuchlichen Elektrolyten, die bei derartigen Vorrichtungen Einsatz finden, chemisch beständig.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das Bürstenteil ein Bürstenring, der axial auf der Welle verschiebbar ist. Auch die zweite Kontaktfläche ist dann eine ringförmige Stirnfläche; sie wird zweck­ mäßigerweise dimensionsmäßig an die erste Kontaktfläche angepaßt.

Zwischen dem Bürstenring und einer am Ende der Welle befestigten Scheibe kann eine Druckfeder angeordnet sein. Diese bewirkt dann auf konstruktiv einfache Weise die elastische Beaufschlagung des Bürstenringes in Rich­ tung auf die erste, sich mit der Welle mitdrehende Kontakt­ fläche.

Für die meisten Einsatzzwecke, bei denen der Elektrolyt ohnehin Kupfer enthält, empfiehlt es sich, wenn das Bürstenteil aus Kupfer besteht. Dann bereitet der Abrieb des Bürstenteiles, der möglicherweise in den Elektrolyten gelangen kann, keine chemischen Probleme.

Wie bereits oben erwähnt, gibt es Vorrichtungen der eingangs genannten Art, bei welchen jeweils ein Satz von Kontaktrollen an der Ober- und an der Unterseite der plattenförmigen Gegenstände angreift, wobei der obere Satz von Kontaktrollen mit den zugehörigen Wellen in einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung um einen gewissen Winkel verschwenkbar ist. In diesem Falle zeichnet sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, daß jeweils ein einer oberen Kontaktrolle zugeordnetes Bürstenteil mit einem einer unteren Kontakt­ rolle zugeordneten Bürstenteil über eine Feder verbunden ist, welche die beiden Bürstenteile auseinanderdrückt und gleichzeitig deren Verdrehung verhindert.

Jedes Bürstenteil kann über eine ummantelte Kupferlitze mit einer Stromschiene verbunden sein, die sich entlang der Vorrichtung in Förderrichtung erstreckt. Der Einsatz von Kupfer ist wegen dessen hoher Leitfähigkeit zur Bewältigung der großen Ströme von Vorteil; die Ummante­ lung der Kupferlitze schützt dieses vor evtl. Spritzern des aggressiven Elektrolyten.

Aus ähnlichen Gründen ist es zweckmäßig, wenn die Strom­ schiene einen Kern aus Kupfer und einen Mantel aus elektro­ lyt-beständigem Material, vorzugsweise Titan, umfaßt.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind die erste und die zweite Kontaktfläche innerhalb eines Abschirmkastens angeordnet, in welchen die äußeren Enden der Wellen hineinragen. Auch dieser Abschirmkasten dient dem Schutz der empfindlichen Stromübergangsstelle zwischen dem Bürstenteil und der Welle vor Spritzern des Elektrolyten, die andernfalls zu Korrosionserschei­ nungen und erhöhten elektrischen Übergangswiderständen führen könnten.

Aus dem gleichen Grunde empfiehlt sich, daß an den Ein­ trittsstellen der Wellen in den Abschirmkasten und an den Austrittsstellen der Welle aus dem Maschinenrahmen Dichtungen vorgesehen sind.

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

Fig. 1: einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung zur Galvanisierung elektronischer Leiterplatten senkrecht zu deren Förderrichtung im Bereich der linken Kontaktrollen;

Fig. 2: eine schematische Draufsicht auf die Vorrich­ tung von Fig. 1 gesehen in Richtung des Pfei­ les II bei abgenommener Verkleidung.

In Fig. 1 ist ein kleiner Teil eines Schnittes durch eine Vorrichtung zur Galvanisierung elektronischer Leiter­ platten dargestellt. Wie dieser Schnitt gelegt ist, wird aus den nachfolgenden Ausführungen noch deutlich. Eine derartige Leiterplatte ist in Fig. 1, ebenfalls im Schnitt, teilweise gezeigt und mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Diese Leiterplatte 1 wird senkrecht zur Zeichenebene nach hinten kontinuierlich durch eine Elek­ trolysekammer 2 bewegt, die innerhalb eines Maschinen­ rahmens 3 ausgebildet ist. In der Elektrolysekammer 2 befindet sich ein Elektrolyt, der Metallionen von demjenigen Metall enthält, das auf der Leiterplatte 1 abgeschieden werden soll. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Kupfer.

Die Bewegung der Leiterplatten 1 in der geschilderten Weise wird von einem Fördersystem bewirkt, welches eine Vielzahl unterer Förderrollen 4 und oberer Förderrollen 5 umfaßt. Mehrere untere Förderrollen 4 sitzen, über die Breite der Elektrolysekammer 2 verteilt, auf einer gemeinsamen unteren Welle 6, die in geeigneter Weise (nicht dargestellt) angetrieben ist. In entsprechender Weise sitzen mehrere obere Förderrollen 5, über die Breite der Elektrolysekammer 2 verteilt, auf einer gemein­ samen Welle 7, die nicht unbedingt angetrieben zu sein braucht. Eine Vielzahl von unteren Wellen 6 und oberen Wellen 7 ist in verhältnismäßig kurzem Abstand in Förder­ richtung, also senkrecht zur Zeichenebene, hintereinander vorgesehen, derart, daß durch die Drehung der unteren und oberen Förderrollen 5 die Leiterplatten 1 senkrecht zur Zeichenebene nach hinten bewegt und dabei von einem Satz Förderrollen 4, 5 auf den in der Zeichenebene da­ hinter liegenden Satz Förderrollen übergeben wird. Die Leiterplatten 1 bewegen sich so mit konstanter Geschwin­ digkeit senkrecht zur Zeichenebene durch die Elektrolyse­ kammer 2. Diese Vorgänge sind an und für sich bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.

Unterhalb des Bewegungsweges der Leiterplatten 1 ist ein unterer Anodenkorb 8 angeordnet, der mit kleintei­ ligen Stücken 9, z. B. Kugeln, aus demjenigen Material angefüllt ist, welches auf den Leiterplatten 1 abge­ schieden werden soll. Die Metallkugeln 9, im allgemeinen Kupferkugeln, verbrauchen sich während der Elektrolyse und ersetzen so im Elektrolyten das Metall, welches auf den Leiterplatten 1 aufgalvanisiert wird. Auch diese Vorgänge sind für sich bekannt.

Auch oberhalb des Bewegungsweges der Leiterplatten 1 befindet sich ein Anodenkorb 10, der ebenfalls mit den Metallstücken 9 angefüllt ist.

Unterer Anodenkorb 8 und oberer Anodenkorb 10 sind mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle verbunden, was in der Zeichnung nicht eigens dargestellt ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Leiter­ platten 1 an ihrer oberen und an der unteren Fläche mit einem galvanischen Überzug versehen werden. Sie müssen hierzu während ihrer Bewegung durch die Elektrolyse­ kammer 2 auf das Potential der Kathode der Gleichstrom­ quelle geschaltet werden. Dies geschieht mit Hilfe unterer Kontaktrollen 11, welche im Randbereich der unteren Fläche der Leiterplatten 1 anliegen, und oberer Kontaktrollen 12, welche im Randbereich der oberen Fläche der Leiterplatten 1 ablaufen. Viele derartige seitliche Kontaktrollen 11, 12 sind, in Förderrichtung gesehen, hintereinander ange­ ordnet, so daß die Leiterplatten 1 während ihres Weges durch die Vorrichtung ständig in Berührung mit mehreren Kontaktrollen 11, 12 bleiben.

Sowohl die unteren Kontaktrollen 11 als auch die oberen Kontaktrollen 12 sind angetrieben. Hierzu dient eine Antriebswelle 13, die sich innerhalb des Maschinen­ rahmens 3 parallel zur Förderrichtung erstreckt. Die Drehbewegung der Antriebswelle 13 wird über Zahnräder 14, 15 auf die Wellen 16 übertragen, welche an ihrem inneren Ende die unteren Kontaktrollen 11 tragen. Die Zahnräder 15 auf den Wellen 16 kämmen außerdem mit Zahn­ rädern 17 auf den Wellen 18, welche an ihren inneren Enden die oberen Kontaktrollen 12 tragen.

Die Wellen 16 und 18 sind im Maschinenrahmen 3 gelagert und erstrecken sich von den entsprechenden Kontaktrollen 11, 12 durch den Maschinenrahmen 3 hindurch und in einen Abschirmkasten 19 hinein, der als Tropf- und Spritzschutz gegen den in der Elektrolysekammer 2 befindlichen Elektro­ lyten dient. Die Austrittsstellen der Wellen 16 und 18 aus dem Maschinenrahmen 3 und die Eintrittsstellen dieser Wellen 16 und 18 in den Abschirmkasten 19 sind zudem mit Dichtungen 20 bis 23 versehen.

Die Wellen 16 und 18 tragen an ihrem äußeren, innerhalb des Abschirmkastens 19 befindlichen Endbereich die Kon­ taktiereinrichtungen, über welche den Kontaktrollen 11, 12 und damit den Leiterplatten 1 der zur Elektrolyse erforderliche Strom zugeführt wird.

Die Kontaktiereinrichtung ist für die untere Kontaktrolle 11 im wesentlichen dieselbe wie diejenige für die obere Kontaktrolle 12, so daß die ausführliche Beschreibung zunächst nur anhand der Kontaktiereinrichtung für die untere Kontaktrolle 11 erfolgt.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist auf dem im Durchmesser verjüngten äußeren Bereich 16a der unteren Wellen 16 ein Kontaktring 24 drehschlüssig und axial unverschiebbar befestigt, beispielsweise aufgeschrumpft oder aufgeschraubt. Der Kontaktring 24 besteht aus demselben Metall, aus dem auch die Wellen 16 und die meisten metallischen, dem Elektrolyten ausgesetzten Teile der Vorrichtung bestehen; im allgemeinen handelt es sich dabei um Titan. An einer sich radial zur Welle 16 erstreckenden Kontaktfläche 25 des Kontaktringes 24 liegt eine sich ebenfalls zur Welle 16 radial erstreckende Kontaktfläche 27 eines Bürstenringes 26 an. Der Bürstenring 26 besteht aus einem gut leitfähigen Material, dessen Abrieb im Elektrolyten geduldet werden kann. Das heißt, der Bürstenring 26 besteht entweder aus inertem Material, welches mit dem Elektrolyten 2 nicht in Wechselwirkung tritt (beispielsweise Titan), oder einem Material, das in dem Elektrolyten 2 ohnehin vorkommt, beispielsweise aus demjenigen Metall, welches auf den Leiterplatten 1 abgeschieden wird. Dies bedeutet in den meisten Fällen, daß es zweckmäßig ist, den Bürsten­ ring 26 aus Kupfer herzustellen.

Im Gegensatz zum Kontaktring 24 ist der Bürstenring 26 auf dem äußeren Bereich 16a der unteren Wellen unver­ drehbar aber axial verschiebbar gehaltert. Er wird durch eine Druckfeder 28 auf den Kontaktring 24 zu gedrückt, die zwischen einer am Ende der Welle 16 angeschraubten Scheibe 29 und dem Bürstenring 26 eingespannt ist. Auf diese Weise werden die beiden Kontaktflächen 25 und 27 des Kontaktringes 24 bzw. des Bürstenringes 26 stets fest aneinandergedrückt, so daß sich ein geringer Über­ gangswiderstand ergibt. Die Stromübergabe von den statio­ nären Bürstenringen 26 auf die sich drehenden Kontaktringe 24 erfolgt über stets gleich große und stets parallele Flächen in definierter Weise mit vergleichsweise geringen Stromdichten. Unzulässig hohe Erwärmungen und Funkenbil­ dungen und damit Korrosionserscheinungen an der Bürsten­ einrichtung insgesamt werden so zuverlässig vermieden.

Der Bürstenring 26 ist über eine gut leitende, kunst­ stoffummantelte Kupferlitze 30 mit einer Stromschiene 31 verbunden, die sich parallel zur Förderrichtung der Leiterplatten 1 entlang der Außenseite des Maschinen­ rahmens 3 erstreckt. Die Stromschiene 31 umfaßt dabei einen Kern aus gut leitendem Material, insbesondere Kupfer, der von einem Mantel aus gegen den Elektrolyten restistentem Material, beispielsweise Titan, umgeben ist.

Bereits oben wurde darauf hingewiesen, daß die Kontak­ tiereinrichtung für die oberen Kontaktrollen 12 mit der Kontaktiereinrichtung für die unteren Kontaktrollen 11, die soeben beschrieben wurde, übereinstimmt. Der einzige Unterschied zwischen der oberen Kontaktrolle 12 und der unteren Kontaktrolle 11 besteht darin, daß erstere und die mit ihr verbundene Welle 18 verschwenkt werden können, um so unterschiedlichen Dicken der jeweils behandelten Leiterplatten 1 Rechnung tragen zu können. Aus diesem Grunde sind die Ränder der oberen Kontaktrollen 12 abgerundet, während die Ränder der unteren Kontaktrollen 11, deren Wellen 16 stets horizontal ausgerichtet sind, zylindrisch sind.

Die Bürstenringe 26, über welche der Strom auf die Kon­ taktringe 24 der unteren Wellen 16 übertragen werden, sind jeweils über Bügelfedern 32 (vergl. insbesondere Fig. 2) mit den Bürstenringen 26a verbunden, welche den Strom über Kontaktringe 24a auf die oberen Wellen 18 und damit auf die oberen Kontaktrollen 12 übertragen. Die Bügelfeder 32 erfüllt dabei eine doppelte Aufgabe: Zum einen drückt sie das äußere Ende der oberen Welle 18 nach oben, also die beiden äußeren Wellenenden aus­ einander und damit die oberen Kontaktrollen 12 nach unten gegen den oberen seitlichen Rand der Leiterplatten 1. Zum anderen sorgt sie dafür, daß beide Bürstenringe 26 und 26a in der zur Funktion erforderlichen Weise (vergl. oben) gegenüber den Wellen 16 bzw. 18, auf denen sie axial verschiebbar sitzen, unverdrehbar sind.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Galvanisieren plattenförmiger Gegen­ stände, insbesondere von elektronischen Leiterplatten, mit

• a) einer mit einem Elektrolyt befüllbaren Elektrolyse­ kammer;
• b) einer Fördereinrichtung, welche die plattenförmigen Gegenstände kontinuierlich durch die Elektrolysekammer hindurch befördert;
• c) mindestens einer in der Elektrolysekammer angeordneten Anode, die mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden ist;
• d) einer Vielzahl drehbarer Kontaktrollen, die an minde­ stens einem Rand der plattenförmigen Gegenstände anliegen und denen jeweils zugeordnet sind:
  • a) eine sich mitdrehende Welle;
  • b) eine erste, sich mit der Welle drehende Kontakt­ fläche;
  • c) ein unverdrehbares Bürstenteil, welches mit einer zweiten Kontaktfläche elastisch an die erste Kontaktfläche angedrückt wird und mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die erste und die zweite Kontaktfläche (25, 27) bezogen auf die Welle (16, 18) radial verlaufen;
• b) das Bürstenteil (26) bezogen auf die Welle (16, 18) in axialer Richtung elastisch auf die erste Kontakt­ fläche (25) gedrückt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktfläche (25) an einem Kontaktring (24) vorgesehen ist, der fest mit der Welle (16, 18) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) mit der Welle (16, 18) einstückig ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) auf die Welle (16, 18) aufgeschrumpft ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) auf die Welle (16, 18) aufgeschraubt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) aus Titan besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil ein Bürstenring (26) ist, der axial auf der Welle (16, 18) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bürstenring (26) und einer am Ende der Welle (16, 18) befestigten Scheibe (29) eine Druck­ feder (28) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenteil (26) aus Kupfer besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher jeweils ein Satz von Kontaktrollen an der Oberseite und an der Unterseite der plattenförmigen Gegenstände angreift, wobei der obere Satz von Kontakt­ rollen mit den zugehörigen Wellen in einer Ebene senk­ recht zur Förderrichtung um einen gewissen Winkel ver­ schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein einer oberen Kontaktrolle (12) zugeordnetes Bürsten­ teil (26a) mit einem einer unteren Kontaktrolle (11) zugeordneten Bürstenteil (26) über eine Feder (32) ver­ bunden ist, welche die beiden Bürstenteile (26a, 26) auseinanderdrückt und gleichzeitig deren Verdrehung verhindert.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bürstenteil (26) über eine ummantelte Kupferlitze (30) mit einer Strom­ schiene (31) verbunden ist, die sich entlang der Vor­ richtung in Förderrichtung erstreckt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschiene (31) einen Kern aus Kupfer und einen Mantel aus elektrolyt-beständigem Material, vorzugsweise Titan, umfaßt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kontaktfläche (25, 27) innerhalb eines Abschirmkastens (19) angeordnet sind, in welche die äußeren Enden (16a) der Wellen (16) hineinragen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eintrittsstellen der Wellen (16, 18) in den Abschirmkasten (19) und an den Austrittsstellen der Wellen (16) aus dem Maschinenrahmen (3) Dichtungen (20 bis 23) vorgesehen sind.