EP0668374A1 - Vorrichtung zur Galvanisierung dünner, ein- oder beidseits mit einer Leitfähigen Beschichtung versehener Kunststoffolien - Google Patents

Vorrichtung zur Galvanisierung dünner, ein- oder beidseits mit einer Leitfähigen Beschichtung versehener Kunststoffolien Download PDF

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EP0668374A1
EP0668374A1 EP94102542A EP94102542A EP0668374A1 EP 0668374 A1 EP0668374 A1 EP 0668374A1 EP 94102542 A EP94102542 A EP 94102542A EP 94102542 A EP94102542 A EP 94102542A EP 0668374 A1 EP0668374 A1 EP 0668374A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyte
plastic film
electroplating
anode
movement
Prior art date
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Ceased
Application number
EP94102542A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Abraham Dr. C/O Adv.Plating Technologies Holtzmann
Rainer Haas
Bernd Dr. Hartmann
Werner Renz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hans Hollmueller Maschinenbau & Co GmbH
Original Assignee
Hans Hollmueller Maschinenbau & Co GmbH
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Filing date
Publication date
Priority to DE4229403A priority Critical patent/DE4229403C2/de
Application filed by Hans Hollmueller Maschinenbau & Co GmbH filed Critical Hans Hollmueller Maschinenbau & Co GmbH
Priority to EP94102542A priority patent/EP0668374A1/de
Priority to US08/205,485 priority patent/US5425862A/en
Publication of EP0668374A1 publication Critical patent/EP0668374A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06—Wires; Strips; Foils
    • C25D7/0614—Strips or foils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/54—Electroplating of non-metallic surfaces
    • C25D5/56—Electroplating of non-metallic surfaces of plastics

Definitions

  • circuit boards are discrete workpieces that may have a specific circuit diagram on both sides on a rigid support.
  • the circuit diagrams on the opposite pages can be electrically via
  • Through holes must be connected to each other, the lateral surfaces of which have been provided with a metallic coating by galvanic means.
  • the so-called multilayer inner layers have a similar structure.
  • These are also discrete objects, which, however, comprise a flexible carrier and, stacked one above the other, are connected to one another to form a three-dimensional circuit.
  • a development is emerging to replace these discrete circuit boards or multilayer inner layers with thin plastic films, into which the necessary through holes are made by means of special dry plasma etching processes. Not only are these methods significantly less expensive than mechanical drilling; they also allow through holes to be made with diameters as small as could not be achieved mechanically.
  • the through holes obtained also have an extremely favorable aspect ratio, that is to say the ratio of the length to the diameter of the through hole.
  • the handling of the (coherent) plastic film is much easier than that of the discrete circuit boards. This applies even more to discreet pieces of film that are extremely difficult to process.
  • the plastic films are provided with a conductive coating on the surfaces to be galvanized.
  • this conductive coating generally consists of metal, while the outer surfaces of any through holes that are present are often made conductive with a suitable polymer layer.
  • plastic film the coated plastic film is always simply meant.
  • the object of the present invention is to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that its mechanical structure is simpler, without requiring larger dimensions and without adversely affecting the plating process itself.
  • the plastic film in the electrolyte bath is therefore kept only horizontally during the electrolysis process.
  • the path lengthening carried out in known devices by serpentine up and down is omitted without replacement.
  • With the same dimensions of the device according to the invention in the direction of movement of the plastic film its path of movement in the electrolyte is considerably shorter than in the known device; however, this is compensated for by the fact that the geometrical conditions in the inventive guiding of the plastic film are considerably more favorable.
  • the flow of electrolyte onto the plastic film can be designed so that there are no depletion and concentration effects.
  • the contacting device should be arranged outside the chamber that can be charged with electrolyte be nice. This is another advantage of the endless plastic film over the discrete circuit boards: the contacting does not have to take place in the electrolyte itself, where metal would also deposit on the contacting device. This is a considerable problem in the known devices for producing discrete printed circuit boards.
  • the chamber filled with electrolyte is subdivided into a plurality of galvanizing chambers arranged one behind the other as seen in the direction of movement of the plastic film. This is particularly important if - as mentioned above - the contacting is to take place outside the electrolyte. However, the distance between two contacting devices that follow one another in the direction of movement of the plastic film must not be too great, so that voltage drops within the plastic film do not lead to uneven galvanization.
  • the contacting devices are arranged in front of, between and behind the electroplating chambers.
  • the length of the individual electroplating chambers then depends on the permissible voltage drop within the plastic film.
  • At least one pair of squeeze rollers is arranged at the inlet and at the outlet of each electroplating chamber, which pair also serves as the sole conveying device.
  • sole conveyor is understood to mean that no further conveyor devices, in particular, for example, no transport rollers, are provided between the pairs of squeeze rollers at the inlet and at the outlet.
  • the plastic film rather spans the entire electroplating chamber freely between the pair of squeeze rollers at the inlet and the pair of squeeze rollers at the outlet. This design is particularly inexpensive. In addition, the risk of warping of the plastic film when passing through the overall device decreases, the less the number of places at which the plastic film is held.
  • the plastic film inside the electroplating chamber must not bend so far that one of the neighboring anodes is touched.
  • the electroplating chambers (as long as the above-mentioned aspect of the voltage drop does not yet apply) can be kept the longer, the better the plastic film is tightened.
  • two pairs of nip rollers can be arranged at the inlet and outlet of each electroplating chamber in such a way that they converge towards one another in the direction of movement of the plastic film and enclose an obtuse angle. When these pinch roller pairs are driven, they not only pull the plastic film in the desired conveying direction, but at the same time perpendicularly to the outside, which causes a cross-tightening.
  • the obtuse angle can be between 120 and 190 °, preferably around 150 ° .
  • the contacting device is formed by lateral contact roller pairs, a similar effect can also be achieved in that the axes of opposite contact roller pairs on both sides of the plastic film converge towards one another in the direction of movement of the plastic film and enclose an obtuse angle.
  • the plastic film can be tightened in the direction of movement by increasing the peripheral speed of the nip roller pairs in the direction of movement of the plastic film.
  • the squeeze roller pairs following in the direction of movement therefore always try to pull the plastic film away a little faster than it is supplied by the upstream squeeze roller pairs. In this way, there is always some slip, which in the simplest case takes place between the pairs of squeeze rollers and the plastic film itself.
  • the increasing peripheral speed of the squeeze roller pairs can be achieved in various ways: In terms of drive technology, the variant in which the diameter of the squeeze roller pairs increases in the direction of movement of the plastic film is favorable. Then the speed of rotation of all the nip roller pairs in the device can be the same; all nip roller pairs can be rotated from the same drive shaft with the same gear ratio.
  • the sensitive plastic film or the metal layer deposited thereon must not be mechanically damaged by the pinch roller pairs. This could be the case if the slip becomes too great due to different circumferential speeds. It is therefore recommended that a slip clutch is provided for each squeeze roller, which limits the torque transmitted to the outer surface of the squeeze rollers to a maximum value. The device is then preferably operated so that the slip clutches are constantly in operation, the slip in the slip clutch and not between the outer surface of the squeeze roller and the surface of the plastic film takes place.
  • the plastic foam is permeable to the electrolyte, so it does not hinder electrolysis.
  • the tampon gives the plastic film a certain stability, so that sporadic dodging or bulging is made more difficult.
  • the stationary parts are expediently two anodes.
  • the aim of the measure is that the bores through which the electrolyte enters the chamber which can be charged with electrostatic are configured symmetrically on both sides of the plastic film. Then the compressive forces exerted by the inflowing electrolyte on the plastic film largely compensate, so that bending or bulging in one direction is again avoided.
  • the holes can be formed in the anodes.
  • the distance between adjacent contacting devices in the direction of movement of the plastic film is essentially determined by the internal voltage drops in the plastic film.
  • the conductivity of the plastic film increases during the electroplating process. Therefore, in one embodiment of the invention, the length of the electroplating chambers can increase in the direction of movement of the plastic film.
  • the respective longitudinal dimensions of the electroplating chambers can be matched to the progressive layer structure so that - with the same external voltage - essentially the same current density is used everywhere.
  • this goal is not always desirable. It can often also be advantageous if the initial build-up of the metallic layer during electrolysis is initially carried out with lower current densities; the further strengthening of the metal layer in the course of the electrolysis can then take place with increasing current density. According to one embodiment of the invention, this can be achieved simply in that all the electroplating chambers in the device have the same length. Since the metallization has already progressed further in the second electroplating chamber and therefore the conductivity of the plastic film has increased, the current density is inevitably greater here than in the first electroplating chamber and so on.
  • the potential at the anodes of the various electroplating chambers can also be at least partially different. This is also an advantage of dividing the chamber that can be charged with electrolyte into individual plating chambers located one behind the other.
  • the basic idea of the device according to the invention presupposes that the plastic film is sufficiently galvanized despite the short residence time in the electrolyte.
  • the electroplating current source comprises at least one adjustable pulse generator, the output signals of which are applied to the anode and the contacting device and are square-wave pulses with a selectable repetition frequency, clock ratio, amplitude and polarity, the anode compared to the contacting device over time is positive.
  • the plating speed can be increased many times if instead of a constant DC voltage at the electrodes of the electrolysis, ie at the anode on the one hand and the plastic film to be galvanized on the other hand, a pulsating DC voltage is present.
  • the currentless times that lie between the individual pulses are compensated for by increasing the amplitude of the pulses accordingly.
  • the deposition rate in a device according to the invention and thus the current yield is considerably higher than in the prior art.
  • the physical processes on which this is based have not yet been researched in detail.
  • concentration and polarization effects in the area of the anodes and the plastic films to be plated play a role here, which are favorably influenced during pulsed operation.
  • the higher voltages that can be used in the method according to the invention should favor the penetration of the metal ions through the charge double layer in the region of the plastic films to be plated, so that the deposition of metal is facilitated.
  • the exact para Meters of the output signals generated by the pulse generator in particular the repetition frequency, the clock ratio and the amplitude, can be optimized by experiments and thus adapted to the given geometric conditions as well as to the electrolyte present. Different electrolytes, in particular different types of metal ions and different additives, may require different looking impulses.
  • the electroplating current source comprises at least two pulse generators operated independently of one another, the added output signals of which are applied to the anode or the contacting device and the relative phase phase of which is adjustable.
  • the repetition frequency of the output signals of the pulse generator can be between 0.1 and 10,000 Hz.
  • the preferred or exclusive galvanization of the lateral surfaces of the through holes is desired.
  • metal is preferably deposited on the lateral surfaces of the through bores when the electrolyte is cooled.
  • the electrolyte temperature By dividing the total cooling effect between a main and an auxiliary cooler, it is possible to control the electrolyte temperature particularly precisely and quickly "on site", i.e. in the vicinity of the plastic films to be plated.
  • the "main cooling" to the first preselectable temperature is carried out by a relatively large unit in the sump. This first preselectable temperature is only slightly above the temperature that the electrolyte is to reach "on site”.
  • the final, second temperature which is below the first temperature value, is then brought about by the fast-working auxiliary cooler of lower power, which only influences the electrolyte on its way to the anode.
  • the plastic films are clad on both sides. An electrode therefore extends on both sides of the path of movement of the plastic film.
  • two auxiliary coolers which can be operated independently of one another are provided, the electrolyte flowing through the first auxiliary cooler the plastic film on the side facing the anode and the electrolyte flowing through the other auxiliary cooler the plastic film on the other anode facing side is supplied.
  • each auxiliary cooler is assigned a temperature sensor which is arranged in the vicinity of the plastic film on the side facing the corresponding anode and which monitors the local temperature of the electrolyte there and then controls the associated auxiliary cooler. If there are several anodes, it may be expedient to select the local temperature of the electrolyte differently in order to even out the application on the opposite sides of the plastic film to be galvanized, in order to be able to take into account different geometrical relationships, including in the flow movement of the electrolyte .
  • the anode is expediently an inert, dimensionally stable electrode; then a separate device is provided with which the metal ions removed during the galvanization can be fed back to the electrolyte.
  • the known devices mentioned at the beginning use consumable anodes, i.e. Anode baskets filled with the metal to be electroplated. This metal then passes into the electrolyte during the electrolysis and thus replaces those metal ions which, according to the electrolyte, are lost due to the deposition on the objects to be electroplated.
  • Inert electrodes as proposed according to the invention lead to more reproducible conditions and thus enable more favorable results when plating on. The downtimes required for service are also reduced.
  • the inert anodes can consist, for example, of platinized expanded metal or material coated with conductive oxide or carbon.
  • Metallic copper cannot be dissolved in the commonly used sulfuric acid copper sulfate solutions. This changes when the electrolyte is additionally enriched with oxygen.
  • the metered oxygen enrichment can therefore be used to chemically dissolve a very specific amount of metallic copper, which is chosen so that the concentration of copper ions in the electrolyte remains essentially constant.
  • a pump can be provided in this connection, which takes electrolyte from the sump and feeds the supply of metallic copper via one or more air injectors.
  • the oxygen required to dissolve the metallic copper is taken from the ambient air and admixed with the electrolyte as the air injectors pass through.
  • FIG. 1 shows a vertical section through a device with which thin plastic films, which preferably consist of polyimide and have previously been provided with through holes in a plasma dry etching process, are galvanized on their upper and lower surfaces and on the lateral surfaces of the through holes.
  • the plastic film 1 is drawn off from a supply reel 2 and is guided through the device, which is provided overall with the reference number 3, to a second supply reel 4, on which the treated plastic film is rewound.
  • the storage shells 2 and 4 need not be assigned to the electroplating device 3 directly adjacent to one another; Rather, further treatment stations can be provided between the reels 2 and 4 and the electroplating device 3, so that overall a production line is created which is constructed in a modular manner and through which the plastic film 1 between the reels 2 and 4 is continuously passed in a horizontal pass.
  • Other modules of this type include, for example, paper modules, rinsing modules, resist strip modules, drying modules, buffers, preparation stations, etc. The exact structure of these additional modules is of no interest in the present context.
  • the electroplating device 3 shown in FIG. 1 comprises a machine housing 5, in which three electroplating chambers 6, 7, 8 are arranged one behind the other in the direction of movement of the plastic film 1.
  • the plating of the plastic film with metal, in particular with copper, nickel, gold, tin or lead tin, takes place in these electroplating chambers 6, 7, 8.
  • the exact structure of these electroplating chambers 6, 7, 8 is explained below with reference to FIG. 2.
  • each electroplating chamber 6, 7, 8 there is a contacting device 9, 10, 11, which makes electrical contact with the upward-facing surface of the plastic film 1, and further contacting devices 13, 14 , 15, 16, which make electrical contact with the downwardly facing surface Make the surface of the plastic film 1.
  • they are designed as brushes.
  • the contacting devices 9 to 16 are electrically connected to one another and to the lines 17, 18 in the manner shown in dashed lines, which leads to the negative pole of a circuit arrangement which generates the electroplating voltage. This circuit arrangement is explained in more detail below with reference to FIG. 5.
  • the plastic film 1 is brought to cathode potential via the lines 17, 18 and the contacting devices 9 to 16, so that the metal is electrolytically deposited in the desired manner in the electroplating chambers 6, 7, 8 on the plastic film 1 can separate.
  • the contacting devices 9 to 16 are located outside the electrolyte used for the electroplating, which is essentially only inside the electroplating chambers 6, 7, 8 and in the lower region of the machine housing 5, which serves as a sump. Because of this and due to the fact that the contacting devices 9 to 16 are also not in the area of the anodes of the electrolysis, that is to say not within an electrical field, metal is also prevented from being deposited on them. This has been a major problem with the known electroplating devices used to plate discrete circuit boards.
  • the distance between adjacent contacting devices 9 to 16 (seen in the direction of movement of the plastic film 1) is chosen to be so short that the voltage drops within the plastic film 1 on the way between adjacent contacting devices 9 to 16 are not significant, that is, not yet for inhomogeneous galvanizing or for development considerable Joule heat. This is one of two aspects that determine the length of the individual electroplating chambers 6, 7, 8 (the second aspect is discussed below).
  • FIG. 1 shows, on an enlarged scale, a section from FIG. 1 in the area of the first electroplating chamber 6.
  • This has a housing 19, the inlet of which is formed by pairs of squeeze rollers 20, 21 and the outlet of which is formed by pairs of squeeze rollers 22, 23.
  • Above and below the plastic film 1 extend, at a parallel distance from it, an upper anode 24 and a lower anode 25.
  • all the anodes 24 and 25 of the electroplating device 3 are connected to one another and to a line 17 which leads to the one in FIG 5 shown and described below lead to the generation of the electroplating voltage.
  • a distribution space 26 and 27 for the electrolyte is formed between the anodes 24 and 25 and the housing 19 of the electroplating chamber 6, a distribution space 26 and 27 for the electrolyte is formed.
  • the electrolyte is supplied to the distribution spaces 26 and 27 via pipes 28, 29, which are connected to the device for treating the electrolyte shown in FIG. 4 and explained below.
  • the anodes 24 and 25 are provided with a multiplicity of through bores 30 which are positioned obliquely against the direction of movement of the plastic film 1 in such a way that they converge towards one another in the direction of movement.
  • the arrangement is obviously such that the electrolyte supplied to the distribution spaces 26 and 27 via the lines 28 and 29, respectively, into the space between the anodes 24 and 25 and the plastic film 1 occurs with a movement component which is parallel to the direction of movement of the plastic film 1.
  • This causes two things: On the one hand, very strong one-sided pressure impulses on the plastic film 1 are avoided, which could result in a bending of the plastic film 1 and / or an uneven running.
  • a defined flow of the electrolyte is effected in the space between the anodes 24 and 25 and the plastic film 1 which is filled with the electric field, so that harmful effects of concentration or depletion effects can be avoided.
  • the electrolyte passes through lateral openings 62 in the housing 19 and from there into the sump of the device 3, which is located in the lower region of the machine housing 5. From there, the electrolyte (see FIG. 1) is brought to the device via connecting pieces 63, 64 and through the line 65 shown in FIG. 4, which reprocesses the electrolyte.
  • the plastic film 1 spans the electroplating chamber 6 essentially freely between the pinch roller pairs 20, 21 and 22, 23. These serve not only to close the field and electrolyte-filled space between the anodes 24, 25 and the plastic film 1, but also as a conveyor. There are no further conveyor devices, in particular rollers, which would be arranged between the nip roller pairs 20, 21 and 22, 23. By means of special measures, which will be discussed further below, the plastic film 1 between the pinch roller pairs 20, 21 and 22, 23 is kept taut and flat. In the case of very long electroplating chambers 6 seen in the direction of movement of the plastic film 1, however, as indicated in FIG.
  • one or more tampons 66, 67 can be provided between the anodes 24 and 25 and the plastic film 1, which tampons 66, 67 consist of a very soft, open-pore plastic foam .
  • the tampons 66, 67 allow the passage of electrolytes, but at the same time stabilize the plastic film 1 on its way between the nip roller pairs 20, 21 and 22, 23.
  • the plastic film 1 is tightened both in the direction of the movement and perpendicularly thereto.
  • the plastic film 1 is always kept in tension in the direction of movement in that the peripheral speed of the nip roller pairs 20 to 23 increases progressively in the direction of movement of the plastic film 1. Specifically, this means that the squeeze roller pairs 22, 23 are operated at a slightly greater peripheral speed than the squeeze roller pairs 20, 21. This continues in the downstream electroplating chambers: the input squeeze roller pairs of the electroplating chamber 7 (FIG. 1) run somewhat faster than that Output nip roller pairs 22, 23 of the first electroplating chamber 6 shown in FIG. 2.
  • the higher peripheral speed of the nip roller pairs can be achieved in two ways:
  • the simplest way is to allow the diameter of the squeeze roller pairs 20 to 23 to increase slightly in the direction of movement of the plastic film 1, but to keep the speed of the squeeze roller 20 to 23 constant over the entire extent of the device 3.
  • This has the advantage that all pinch roller pairs 20 to 23 can be operated from a single drive source, for example via a continuous shaft which extends along a longitudinal side of the device 3 and is coupled to the axes of the pinch roller pairs 20 to 23 via bevel gear pairs.
  • the second, somewhat more complex method is to increase the number of revolutions of the nip roller pairs 20 to 23 in the direction of movement of the plastic film 1, but this requires higher design effort.
  • the nip roller pairs that are to run at different speeds must either be assigned to different drive sources or be coupled to the common drive shaft via individual gear ratios.
  • a slip clutch is provided to avoid overstressing the plastic film 1. This can be achieved, for example, simply by rotating the jacket of the pairs of squeeze rollers 20 to 23 relative to the coaxial drive shaft and coupling it to it by a defined friction. However, it is better to have an adjustable friction clutch inserted into the drive path, which comprises, for example, two plates that can be pressed against each other. The circumferential speeds of the various pairs of squeeze rollers 20 to 23 are then each set so that the friction clutches respond, that is to say the plastic film 1 is subjected to a maximum train which is predetermined and limited by the friction clutches.
  • the nip roller pairs 20, 21 and 22, 23 are divided into two, as is shown schematically in FIG. 3. So they actually consist of two pairs of squeeze rollers 20 ', 20 “, 21', 21", 22 ', 22 ", 23', 23", which are adjusted to the direction of movement of the plastic film 1 such that they converge in the direction of movement and thereby one Include obtuse angle. Angles in the range between 120 and 190 ° can be used here preferably at about 150 °.
  • the nip roller pairs 20, 21, 22, 23 at the inlet or outlet of each electroplating chamber 6, 7, 8 are in one piece and are perpendicular to the direction of movement of the plastic film 1.
  • the tightening in the lateral direction Effect on the plastic film 1 is then generated by correspondingly inclined contacting rollers which are used instead of the brush-like contacting devices 9 to 15 shown in FIG. Possibly. it is also possible to arrange both the pinch roller pairs and the contacting rollers just mentioned at an appropriate angle.
  • the nip roller pairs 20, 21, 22, 23 are used as the only drive source, since in particular no lateral drive rollers are used, it is possible to process plastic films 1 of different widths with the galvanizing device shown in FIG. 1 without the machine would therefore have to be readjusted. At most, it may be necessary to cover those anode areas within the electroplating chambers 6, 7, 8 that protrude laterally beyond the plastic film 1 in order to eliminate field distortions in the area of the lateral edge of the plastic film 1.
  • the contacting devices 9 to 16 are as follows: In general, the contacting devices 9 to 16 only engage on one or both edges of the plastic film 1, where it is provided with a special metal strip for this purpose. If the contact is made on both sides, when the width of the processed plastic film 1 changes, at least the contacting devices on one side must be adjusted accordingly. Is it enough, e.g. in the case of narrower plastic films 1, to be contacted only on one side, it is not necessary to readjust the contacting devices when the film width is changed: all plastic films are introduced into the device in such a way that the edge to be contacted is always in the same place.
  • FIG. 4 shows the device which is used to process the electrolyte, which is introduced into the device 3 shown in FIG. 1 via the lines 28, 29 and is removed again from the device 3 via the connecting pieces 22, 23. Since the device works with inert anodes 24, 25, the copper, which is galvanized onto the plastic film, must be supplied via the electrolyte. As will become clear later, the electrolyte also requires a certain temperature control. Both types of "preparation" take place in the device shown in FIG. 4.
  • This device comprises a container 31 serving as a sump for the electrolyte, which is filled to a certain level with electrolyte.
  • a permeable basket 32 in which copper scrap 33 is located, is immersed in this.
  • the copper scrap 33 does not dissolve due to the electrolyte itself, which essentially consists of sulfuric acid copper sulfate. Copper ions are introduced into the electrolyte as follows:
  • a pump 34 removes electrolyte from the sump 31 and supplies it to a plurality of air injectors 36 connected in parallel via a line 35.
  • the electrolyte is enriched with air-oxygen and thus directed onto the copper scrap 33 in the container 32. With the help of atmospheric oxygen, the electrolyte can now dissolve the copper scrap 33, so that additional copper ions get into the electrolyte.
  • the copper content in the electrolyte can vary within wide limits, for example between 0.5 and 60 g / l, preferably between 2.5 and 50 g / l.
  • a copper concentration of 25 g / l is particularly typical.
  • about 10g / 1 EDTA are also used as an additive.
  • a solenoid valve 37 which is controlled by a control device 38 for the copper content of the electrolyte.
  • the control device 38 is connected via a line 39 to a sensor 40 arranged in the electrolyte. This monitors the concentration of copper ions in the electrolyte, for example by determining the density of the electrolyte, or in a photometric manner. If the copper ion concentration in the electrolyte drops below a certain value, the control device 38 opens the solenoid valve 37. Now the electrolyte enriched with atmospheric oxygen can hit the copper scrap 33 via the air injectors 36 and release copper ions from it until the copper ions are released by the sensor 40 monitored copper ion concentration has reached the desired value again. Then the control device 38 closes the solenoid valve 37.
  • the temperature control of the electrolyte can influence where the copper preferentially deposits on the plastic film 1 during the electrolysis in the device 3 from FIG. It has been found that cooling the electrolyte results in the metal being deposited preferably on the lateral surfaces of the through bores. Be A temperature range between 10 and 30 ° C., preferably between 18 and 24 ° C., is particularly suitable. For this reason, the electrolyte is additionally cooled by the device shown in FIG. For this purpose, a main cooling device 41 is initially provided, which supplies a cooling coil 42 arranged in the sump 31 with coolant. The electrolyte in the sump 31 is kept at a certain basic temperature by the cooling coil 42.
  • a pump 43 takes precooled electrolyte from the sump 31 and feeds it via line 29 to the device 3 shown in FIG.
  • line 29 there is an auxiliary cooler 44, the cooling coil 45 of which is supplied by an auxiliary cooling device 46.
  • the auxiliary cooling device 46 is connected via an electrical line 47 to a temperature sensor 48 which is arranged in the region of the plastic film 1 to be galvanized on the side facing the upper inert anode 424 (FIG. 2).
  • the temperature sensor 47 measures the local temperature of the electrolyte there. If this rises above a certain value, the auxiliary cooling device 46 ensures by charging the cooling coil 45 in the auxiliary cooler 44 that the temperature in the area of the sensor 48 drops again in a corresponding manner.
  • a further pump 49 takes electrolytes from the sump 31 of the device in FIG. 4 and feeds them via line 28 to the device 3 shown in FIG.
  • a further auxiliary cooler 50 is located in line 28, the cooling coil 51 of which is supplied by the auxiliary cooling device 46 independently of the cooling coil 45.
  • the auxiliary cooling device 46 is connected via an electrical line 52 to a temperature sensor 53 which is arranged in the region of the plastic film 1 to be galvanized on the side facing the lower anode 25 and measures the local temperature there. With the help of the temperature sensor 53, the auxiliary cooling device 46 and the auxiliary cooler 50, this local temperature of the electrolyte is kept below a certain value, which may well differ from the target value of the temperature on the other side of the plastic film 1 to be galvanized.
  • the output of the auxiliary cooling device 46 need not be designed to be very large.
  • the temperature of the electrolyte in the sump 31 is already quite close to the target values of the temperatures in the area of the upper and lower anode 24, 25, so that the auxiliary coolers 44 and 50 can regulate these target values very quickly and with slight control fluctuations.
  • the electroplating power source for the device of Figure 1 is shown in Figure 5. It comprises a schematically illustrated transformer 54, which is connected on the primary side to the mains voltage and on the secondary side to two pulse generators 55, 56.
  • the pulse generators 55 and 56 can each generate square-wave pulses independently of one another, the frequency, clock ratio, amplitude, polarity and relative phase position of which are essentially freely selectable.
  • the output signals of the two pulse generators 55 and 56 are superimposed and fed via lines 17 and 18 to the electrodes of the device 3 of FIG. 1.
  • a pulsed DC voltage is thus present on the electrodes (anodes 24, 25, contacting devices 9 to 16 and thus ultimately the plastic film 1 itself).
  • the device 3 Corresponding to the function of the device 3, there is predominantly a positive voltage on the anodes 24, 25 on average over time; during certain periods of time, however, a polarity reversal can take place such that the anodes 24, 25 are negative with respect to the contacting devices 9 to 16 and thus with respect to the plastic film 1. During these time phases, the copper layer deposited on the plastic film 1 is briefly removed again. In addition, polarization and concentration effects in the vicinity of the electrodes of the device 3 in FIG. 1 are largely eliminated.
  • the pulses emitted by the two pulse generators 55 and 56 are optimized for the particular application and adapted to the given geometry of the device 3 and the chemical composition and temperature of the electrolyte.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Galvanisierung dünner, ein- oder beidseits mit einer leitfähigen Beschichtung versehener Kunststoffolien (1), die ggfs. mit Durchgangsbohrungen versehen sein können, umfaßt eine Fördereinrichtung (20 bis 23), welche die Kunststoffolie (1) im Bereich der mit Elektrolyt gefüllten Kammer (6) horizontal bewegt. Die Kontaktiereinrichtungen (9 bis 16), welche die Kunststoffolie (1) auf kathodisches Potential bringt, befinden sich außerhalb der Kammer (6) im "Trockenen". <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Galvanisierung dünner, ein- oder beidseitig mit einer leitfähigen Beschichtung versehener Kunststoffolien, mit
    • a) mindestens einer zugeordneten Vorratshaspel für die zu galvanisierende Kunststoffolie;
    • b) mindestens einer zugeordneten Vorratshaspel für die galvanisierte Kunststoffolie;
    • c) einer Fördereinrichtung, welche die Kunststoffolie kontinuierlich von der einen zu der anderen Vorratshaspel befördert;
    • d) mindestens einer zwischen den Vorratshaspeln liegenden, mit Elektrolyt beschickbaren Kammer, in der sich in der Nähe des Bewegungsweges der Kunststoffolie mindestens eine Anode befindet, welche elektrisch mit dem einen Pol einer Galvanisier-Stromquelle verbunden ist;
    • e) mindestens einer Kontaktiereinrichtung, welche elektrisch mit dem anderen Pol der Galvanisier-Stromquelle verbunden ist und Kontakt zu der sich bewegenden Kunststoffolie herstellt.
  • Herkömmliche gedruckte Leiterplatten sind diskrete Werkstücke, die auf einem starren Träger ggf. beidseitig ein bestimmtes Schaltungsbild tragen. Die Schaltungsbilder auf den gegenüberliegenden Seiten können elektrisch über
  • Durchgangsbohrungen miteinander verbunden sein, deren Mantelflächen auf galvanischem Wege mit einem metallischen Überzug versehen worden sind. Ähnlich aufgebaut sind die sogenannten Multilayer-Innenschichten. Dies sind ebenfalls diskrete Gegenstände, die jedoch einen flexiblen Träger umfassen und, übereinandergestapelt, zu einer dreidimensionalen Schaltung miteinander verbunden werden. Es zeichnet sich eine Entwicklung ab, diese diskreten Leiterplatten bzw. Multilayer-Innenschichten durch dünne Kunststoffolien zu ersetzen, in welche die erforderlichen Durchgangsbohrungen durch spezielle trockene Plasmaätzverfahren eingebracht werden. Diese Verfahren sind nicht nur erheblich kostengünstiger als das mechanische Bohren; sie gestatten darüber hinaus die Herstellung von Durchgangsbohrungen mit so kleinen Durchmessern, wie sie auf mechanischem Wege nicht erreichbar waren. Die erhaltenen Durchgangsbohrungen haben zudem ein außerordentlich günstiges Aspektverhältnis, das heißt, Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Durchgangsbohrung. Auch die Handhabung der (zusammenhängenden) Kunststoffolie ist in vielem einfacher als diejenige der diskreten Leiterplatten. Dies gilt noch für mehr im Vergleich zu diskreten Folienstücken, die äußerst schwierig zu bearbeiten sind.
  • Die Kunststoffolien sind an den zu galvanisierenden Flächen mit einer leitfähigen Beschichtung versehen. An den ebenen "Hauptflächen" besteht diese leitfähge Beschichtung im allgemeinen aus Metall, während die Mantelflächen eventuell vorhandener Durchgangsbohrungen häufig mit einer geeigneten Polymerschicht leitfähig gemacht sind. Wenn nachfolgend von "Kunststoffolie" die Rede ist, so ist damit vereinfachend immer die beschichtete Kunststoffolie gemeint.
  • Bekannte Vorrichtungen zur Galvanisierung derartiger dünner Kunststoffolien, die im allgemeinen aus Polyimid hergestellt werden, arbeiten so, daß sie die Kunststoffolie im Elektrolyt mehrfach schlangenlinienartig zwischen unteren und oberen Umlenkwalzen auf und ab führen. Hierdurch wird versucht, die Abmessung der Galvanisiervorrichtung kleinzuhalten, obwohl der Bewegungsweg der Kunststoffolie im Bad verhältnismäßig groß ist. Solche Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwendig in der Bauweise; die mehrfache Umlenkung um die oberen und unteren Umlenkwalzen kann die sich gerade bildenden Metallschichten mechanisch beeinträchtigen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß sie im mechanischen Aufbau einfacher ist, ohne größere Abmessungen zu benötigen und ohne den Plattiervorgang selbst zu beeinträchtigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • f) die Fördereinrichtung so eingerichtet ist, daß die Kunststoffolie im gesamten Bereich der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer horizontal verläuft.
  • Erfindungsgemäß wird also die Kunststoffolie im Elektrolytbad während des Elektrolysevorganges ausschließlich horizontal gehalten. Die bei bekannten Vorrichtungen vorgenommene Wegverlängerung durch schlangenlinienförmiges Auf- und Abführen wird ersatzlos weggelassen. Bei gleicher Abmessung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie ist zwar deren Bewegungsweg im Elektrolyten erheblich kürzer als bei der bekannten Vorrichtung; dies wird jedoch dadurch kompensiert, daß die geometrischen Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Führung der Kunststofffolie erheblich günstiger sind. Insbesondere kann die Anströmung der Kunststoffolie mit Elektrolyt so gestaltet werden, daß sich keine Verarmungs- und Konzentrationseffekte ergeben.
  • Dabei ist es an und für sich aus der DE-OS 36 24 481 bzw. der DE-OS 32 36 545 bekannt, diskrete Leiterplatten herkömmlicher Art im horizontalen Durchlauf zu galvanisieren. Bei diesen diskreten Leiterplatten gibt es jedoch die Möglichkeit einer schlangenlinienförmigen Auf- und Abwärtsbewegung im Elektrolytbad mit einigermaßen vernünftigem konstruktivem Aufwand nicht.
  • Die Kontaktiereinrichtung sollte dabei außerhalb der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer angeordnet sein. Dies ist ein weiterer Vorteil der endlosen Kunststoffolie gegenüber den diskreten Leiterplatten: Die Kontaktierung muß nicht im Elektrolyten selbst geschehen, wo sich an der Kontaktiereinrichtung ebenfalls Metall abscheiden würde. Dies stellt bei den bekannten Vorrichtungen zur Herstellung diskreter Leiterplatten ein erhebliches Problem dar.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die mit Elektrolyt gefüllte Kammer in eine Mehrzahl in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie gesehen hintereinander angeordneter Galvanisierkammern unterteilt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn - wie oben erwähnt - die Kontaktierung außerhalb des Elektrolyten erfolgen soll. Der Abstand zweier in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie hintereinander folgender Kontaktiereinrichtungen darf jedoch nicht zu groß werden, damit nicht Spannungsabfälle innerhalb der Kunststoffolie zu ungleichmäßiger Galvanisierung führen.
  • Es empfiehlt sich daher, wenn die Kontaktiereinrichtungen vor, zwischen und hinter den Galvanisierkammern angeordnet sind. Die Länge der einzelnen Galvanisierkammern richtet sich dann nach dem zulässigen Spannungsabfall innerhalb der Kunststoffolie.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Einlaß und am Auslaß jeder Galvanisierkammer mindestens ein Quetschwalzenpaar angeordnet, das gleichzeitig als alleinige Fördereinrichtung dient. Unter "alleiniger Fördereinrichtung" wird verstanden, daß Zwischen den Quetschwalzenpaaren am Einlaß und am Auslaß keine weiteren Fördereinrichtungen, insbesondere also beispielsweise keine Transportrollen, vorgesehen sind. Die Kunststoffolie durchspannt vielmehr die gesamte Galvanisierkammer frei zwischen dem Quetschwalzenpaar am Einlaß und dem Quetschwalzenpaar am Auslaß. Diese Bauweise ist besonders kostengünstig. Außerdem sinkt die Gefahr von Verwerfungen der Kunststoffolie beim Durchgang durch die Gesamtvorrichtung umso mehr je geringer die Anzahl der Stellen ist, an der die Kunststofffolie festgehalten wird.
  • Selbstverständlich darf sich die Kunststoffolie innerhalb der Galvanisierkammer nicht so weit durchbiegen, daß eine der benachbarten Anoden berührt wird. Generell können die Galvanisierkammern (solange der oben erwähnte Gesichtspunkt des Spannungsabfalles noch nicht greift) umso länger gehalten werden, umso besser die Kunststoffolie gestrafft ist. Hierzu bieten sich verschiedene Möglichkeiten an: So können beispielsweise am Einlaß und am Auslaß jeder Galvanisierkammer jeweils zwei Quetschwalzenpaare derart angeordnet sein, daß sie in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie aufeinander zu konvergieren und einen stumpfen Winkel einschließen. Wenn diese Quetschwalzenpaare angetrieben werden, ziehen sie die Kunststoffolie nicht nur in der gewünschten Förderrichtung sondern gleichzeitig senkrecht zu dieser nach außen, was eine Querstraffung bewirkt.
  • Der stumpfe Winkel kann zwischen 120 und 190°, vorzugsweise bei etwa 150 ° liegen.
  • Wenn - wie dies bei diskreten Leiterplatten häufig geschieht - die Kontaktiereinrichtung von seitlichen Kontaktrollenpaaren gebildet wird, kann ein ähnlicher Effekt auch dadurch erzielt werden, daß die Achsen beidseits der Kunststoffolie einander gegenüberliegender Kontaktrollenpaare in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie aufeinander zu konvergieren und einen stumpfen Winkel einschließen.
  • Eine Straffung der Kunststoffolie in Bewegungsrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Quetschwalzenpaare in Bewegungsrichtung der Kunststofffolie zunimmt. Die in Bewegungsrichtung nachfolgenden Quetschwalzenpaare suchen also die Kunststoffolie immer etwas schneller wegzuziehen als sie von den vorgeschalteten Quetschwalzenpaaren nachgeliefert wird. Auf diese Weise ergibt sich ständig etwas Schlupf, der im einfachsten Falle zwischen den Quetschwalzenpaaren und der Kunststofffolie selbst stattfindet.
  • Die wachsende Umfangsgeschwindigkeit der Quetschwalzenpaare läßt sich wieder auf verschiedene Weise erreichen: Im Blick auf die Antriebstechnik günstig ist diejenige Variante, bei welcher der Durchmesser der Quetschwalzenpaare in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie wächst. Dann kann die Drehzahl aller Quetschwalzenpaare in der Vorrichtung die gleiche sein; alle Quetschwalzenpaare können von derselben Antriebswelle aus mit demselben Übersetzungsverhältnis in Drehung versetzt werden.
  • Alternativ gibt es aber auch diejenige Variante, bei welcher die Drehzahl der Quetschwalzenpaare in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie wächst. Dann kann der Durchmesser aller Quetschwalzenpaare in der Vorrichtung konstant sein. Dies erleichtert die Lagerhaltung.
  • Selbstverständlich darf die empfindliche Kunststoffolie bzw. die hierauf abgeschiedene Metallschicht mechanisch durch die Quetschwalzenpaare nicht beschädigt werden. Dies könnte dann der Fall sein, wenn aufgrund zu unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit der Schlupf zu groß wird. Deshalb empfiehlt sich, daß für jede Quetschwalze eine Rutschkupplung vorgesehen ist, welche das auf die Mantelfläche der Quetschwalzen übertragene Drehmoment auf einen Maximalwert begrenzt. Die Vorrichtung wird dann vorzugsweise so betrieben, daß die Rutschkupplungen ständig im Betrieb sind, wobei der Schlupf in der Rutschkupplung und nicht zwischen der Mantelfläche der Quetschwalze und der Oberfläche der Kunststoffolie stattfindet.
  • Die "Spannweite", also die Länge der Galvanisierkammer, die von der Kunststoffolie frei überspannt werden kann, läßt sich ggf. dadurch verlängern, daß innerhalb der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer beidseits zwischen der Kunststoffolie und einem stationären Teil ein Tampon aus weichem, offenporigem Kunststoffschaum vorgesehen ist. Der Kunststoffschaum ist durchlässig für den Elektrolyten, behindert also die Elektrolyse nicht. Trotz der Weichheit des Materials verleiht der Tampon jedoch der Kunststofffolie eine gewisse Stabilität, so daß insbesondere ein sporadisches Ausweichen oder -beulen erschwert wird.
  • Zweckmäßigerweise sind die stationären Teile zwei Anoden.
  • In gleicher Richtung zielt diejenige Maßnahme, daß die Bohrungen, über welche der Elektrolyt in die mit Elektroyt beschickbare Kammer eintritt, beidseits der Kunststoffolie symmetrisch ausgestaltet sind. Dann kompensieren sich die von dem zuströmenden Elektrolyt auf die Kunststofffolie ausgeübten Druckkräfte weitgehend, so daß wiederum ein Ausbiegen oder -beulen in einer Richtung vermieden wird.
  • Dabei erweist sich wiederum diejenige Ausgestaltung als besonders günstig, bei welcher die Bohrungen derart schräggestellt sind, daß sie in Bewegungsrichtung der Kunststofffolie aufeinander zu konvergieren. Entsprechend schräg wird also auch der Elektrolyt in den felderfüllten Raum der Elektrolyse eingeleitet. Er hat dabei eine Bewegungskomponente, die parallel zum Bewegungsweg der Folie und damit zu den Folienoberflächen selbst gerichtet ist. Aufgrund des günstigen Aspektverhältnisses der Durchgangsbohrungen in der Kunststoffolie werden deren Mantelflächen gleichwohl vollständig galvanisiert.
  • Die Bohrungen können in den Anoden ausgebildet sein.
  • Wie oben bereits erwähnt, ist der Abstand benachbarter Kontaktiereinrichtungen in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie im wesentlichen durch die inneren Spannungsabfälle in der Kunststoffolie bestimmt. Nun nimmt die Leitfähigkeit der Kunststoffolie während des Galvanisiervorganges zu. Daher kann bei einer Ausführungsform der Erfindung die Länge der Galvanisierkammern in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie zunehmen. Die jeweiligen Längsabmessungen der Galvanisierkammern können so auf den progressiven Schichtaufbau abgestimmt werden, daß - bei gleicher äußerer Spannung - im wesentlichen überall mit derselben Stromdichte gearbeitet wird.
  • Dieses Ziel ist aber nicht in allen Fällen erstrebenswert. Häufig kann es auch günstig sein, wenn der anfängliche Aufbau der metallischen Schicht bei der Elektrolyse zunächst mit geringeren Stromdichten erfolgt; die weitere Verstärkung der Metallschicht im Laufe der Elektrolyse kann dann mit zunehmender Stromdichte geschehen. Dies läßt sich nach einer Ausgestaltung der Erfindung einfach dadurch erzielen, daß alle Galvanisierkammern in der Vorrichtung dieselbe Länge aufweisen. Da in der zweiten Galvanisierkammer die Metallisierung bereits weiter fortgeschritten und daher die Leitfähigkeit der Kunststoffolie erhöht ist, ist hier die Stromdichte zwangsläufig größer als in der ersten Galvanisierkammer und so fort.
  • Soll ganz präzise und ggf. auch in Anpassung an die jeweils bearbeitete Kunststoffolie die Stromdichte eingestellt werden, kann auch das an den Anoden der verschiedenen Galvanisierkammern liegende Potential zumindest teilweise unterschiedlich sein. Auch dies ist ein Vorteil der Aufteilung der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer in einzelne, hintereinander liegende Galvanisierkammern.
  • Wie oben schon erwähnt, setzt der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Vorrichtung voraus, daß die Kunststoffolie trotz kurzer Verweildauer im Elektrolyten ausreichend galvanisiert wird. Dieses Ziel läßt sich zusätzlich dadurch fördern, daß die Galvanisier-Stromquelle mindestens einen einstellbaren Impulsgenerator umfaßt, dessen Ausgangssignale an die Anode und die Kontaktiereinrichtung gelegt und Rechteckimpulse mit wählbarer Wiederholfrequenz, Taktverhältnis, Amplitude und Polarität sind, wobei im zeitlichen Mittelwert die Anode gegenüber der Kontaktiereinrichtung positiv ist.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Plattiergeschwindigkeit um ein Vielfaches dann erhöht werden kann, wenn statt einer konstanten Gleichspannung an den Elektroden der Elektrolyse, d.h., an der Anode einerseits und der zu galvanisierenden Kunststoffolie andererseits, eine pulsierende Gleichspannung anliegt. Die stromlosen Zeiten, die zwischen den einzelnen Impulsen liegen, werden dadurch kompensiert, daß die Amplitude der Impulse entsprechend erhöht wird. Mit gleichem Stromverbrauch ist die Abscheidungsrate bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit die Stromausbeute erheblich höher als beim Stande der Technik. Die physikalischen Vorgänge, auf denen dies beruht, sind im einzelnen noch nicht erforscht. Es scheint jedoch festzustehen, daß hierbei Konzentrations- und Polarisationseffekte im Bereich der Anoden und der zu plattierenden Kunststoffolien eine Rolle spielen, welche bei gepulstem Betrieb günstig beeinflußt werden. Insbesondere dürfte durch die höheren Spannungen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, das Durchdringen der Metallionen durch die Ladungs-Doppelschicht im Bereich der zu plattierenden Kunststoffolien begünstigt zu werden, so daß die Abscheidung von Metall erleichtert wird. Die genauen Parameter der von dem Impulsgenerator erzeugten Ausgangssignale, insbesondere also die Wiederholfrequenz, das Taktverhältnis und die Amplitude, können durch Versuche optimiert und so den gegebenen geometrischen Verhältnissen ebenso wie dem jeweils vorhandenen Elektrolyten angepaßt werden. Unterschiedliche Elektrolyte, also insbesondere unterschiedliche Arten von Metallionen und unterschiedliche Additive, können anders aussehende Impulse erforderlich machen.
  • Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Galvanisier-Stromquelle mindestens zwei unabhängig voneinander betriebene Impulsgeneratoren, deren addierte Ausgangssignale an die Anode bzw. die Kontaktiereinrichtung gelegt sind und deren relative Phasenlase einstellbar ist. Durch die Überlagerung der mehreren, insbesondere zwei, von den unabhängigen Impulsgeneratoren erzeugten Rechteckimpulse, deren charakteristische Parameter unabhängig voneinander wählbar sind, lassen sich sehr differenzierte Gesamtimpulse zusammensetzen, die zu günstigen Resultaten führen.
  • Besonders schnelle Galvanisierungsgeschwindigkeiten werden mit einer Ausführungsform der Erfindung erzielt, bei welcher der oder die Impulsgeneratoren solche Ausgangssignale erzeugen, daß die effektiv an der Anode bzw. der Kontaktiereinrichtung liegende Spannung während eines Teiles der Zeit die umgekehrte Polarität aufweist, bei welcher die Anode gegenüber der Kontaktiereinrichtung negativ ist. Diese zeitweilige Umkehrung der Polarität der Betriebsspannung scheint insbesondere nachteilige Konzentrationseffekte auszuschließen. Möglicherweise geht dabei auch jeweils wieder ein kleiner Teil der zuvor bereits aufplattierten Schicht wieder in Lösung, was die Oberfläche von anhaftenden Verunreinigungen befreit. Insbesondere wird dadurch auch die Wasserstoffversprödung der abgeschiedenen Schicht vermieden.
  • Die Wiederholfrequenz der Ausgangssignale des Impulsgenerators kann zwischen 0,1 und 10.000 Hz liegen.
  • In vielen Fällen ist die bevorzugte oder ausschließliche Galvanisierung der Mantelflächen der Durchgangsbohrungen erwünscht. Überraschenderweise hat sich bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen herausgestellt, daß eine bevorzugte Abscheidung von Metall an den Mantelflächen der Durchgangsbohrungen erfolgt, wenn der Elektrolyt gekühlt wird. Besonders brauchbar ist ein Temperaturbereich zwischen 10 und 30 °C, vorzugsweise zwischen 18 und 24°C. Deshalb ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher der Elektrolyt kühlbar ist.
  • Eine günstige Ausgestaltung sieht so aus, daß ein Sumpf für den Elektrolyten vorgesehen ist, aus welchem der Elektrolyt kontinuierlich in die mit Elektrolyt beschickbare Kammer gebracht und in welchen der Elektrolyt von dort wieder zurückgebracht wird, und daß die Kühleinrichtung umfaßt:
    • a) einen Hauptkühler, mit welchem der in dem Sumpf befindliche Elektrolyt unterhalb einer ersten vorwählbaren Temperatur gehalten wird;
    • b) mindestens einen Hilfskühler, mit welchem der dem Sumpf entnommene Elektrolyt auf dem Wege zu der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer kühlbar ist und der diesen Elektrolyten auf einer zweiten vorwahlbaren Temperatur hält, die niedriger als die erste ist.
  • Durch die Aufteilung der gesamten Kühlwirkung auf einen Haupt- und einen Hilfskühler läßt sich eine besonders präzise und rasche Regelung der Elektrolyttemperatur "vor Ort", d.h. in der Nähe der zu plattierenden Kunststoffolien, bewerkstelligen. Die "Hauptkühlung" auf die erste vorwählbare Temperatur erfolgt durch ein verhältnismäßig großes Aggregat bereits im Sumpf. Diese erste vorwählbare Temperatur liegt nur wenig über derjenigen Temperatur, die der Elektrolyt "vor Ort" erreichen soll. Die endgültige, zweite Temperatur, die unter dem ersten Temperaturwert liegt, wird dann von dem schnell arbeitenden Hilfskühler geringerer Leistung bewirkt, welcher auf den Elektrolyten erst auf dessen Weg zu der Anode Einfluß nimmt.
  • In den meisten Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden die Kunststoffolien auf beiden Seiten plattiert. Daher erstreckt sich beidseits zum Bewegungsweg der Kunststoffolie jeweils eine Elektrode. Bei derartigen Vorrichtungen ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßigerweisen vorgesehen, daß zwei unabhängig voneinander betreibbare Hilfskühler vorgesehen sind, wobei der den ersten Hilfskühler durchströmende Elektrolyt die Kunststoffolie auf der der einen Anode zugewandten Seite und der den anderen Hilfskühler durchströmende Elektrolyt die Kunststoffolie auf der der anderen Anode zugewandten Seite zugeführt wird.
  • Bei einer Ausgestaltung dieser Art der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedem Hilfskühler ein in der Nähe der Kunststoffolie auf der der entsprechenden Anode zugewandten Seite angeordneter Temperatursensor zugeordnet, welcher die dortige lokale Temperatur des Elektrolyten überwacht und danach den zugeordneten Hilfskühler steuert. Sind mehrere Anoden vorhanden, so kann es durchaus zweckmäßig sein, zur Vergleichmäßigung des Auftrages auf den gegenüberliegenden Seiten der zu galvanisierenden Kunststoffolie die lokale Temperatur des Elektrolyten unterschiedlich zu wählen, um so unterschiedlichen geometrischen Verhältnissen, auch in der Strömungsbewegung des Elektrolyten, Rechnung tragen zu können.
  • Zweckmäßigerweise ist die Anode eine inerte dimensionsstabile Elektrode; dann ist eine gesonderte Einrichtung vorgesehen, mit welcher dem Elektrolyten die bei der Galvanisierung entzogenen Metallionen wieder zuführbar sind. Die bekannten, eingangs erwähnten Vorrichtungen verwenden sich verbrauchende Anoden, d.h. Anodenkörbe, die mit dem Metall angefüllt sind, welches aufgalvanisiert werden soll. Dieses Metall geht dann während der Elektrolyse in den Elektrolyten über und ersetzt so diejenigen Metallionen, die gem Elektrolyten durch die Abscheidung an den zu galvanisierenden Gegenständen verloren gehen. Inerte Elektroden, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, führen jedoch zu besser reproduzierbaren Bedingungen und ermöglichen so günstigere Resultate bei der Aufplattierung. Außerdem werden die für den Service erforderlichen Stillstandszeiten verkürzt.
  • Die inerten Anoden können beispielsweise aus platiniertem Streckmetall oder mit leitfähigem Oxid überzogenem Material oder Kohlenstoff bestehen.
  • Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kupfergalvanisierung eingesetzt, kann die Einrichtung, mit welcher dem Elektrolyten die bei der Galvanisierung entzogenen Kupferionen wieder zuführbar sind, umfassen:
    • a) einen Vorrat an metallischem Kupfer;
    • b) eine Einrichtung, mit welcher ein Teil des Elektrolyten mit Sauerstoff anreicherbar und dem metallischen Kupfer zuführbar ist.
  • Metallisches Kupfer ist in den üblicherweise verwendeten, schwefelsauren Kupfersulfatlösungen nicht lösbar. Dies ändert sich, wenn der Elektrolyt zusätzlich mit Sauerstoff angereichert wird. Die dosierte Sauerstoffanreicherung kann also dazu eingesetzt werden, eine ganz bestimmte Menge metallischen Kupfers chemisch aufzulösen, die so gewählt wird, daß die Konzentration der Kupferionen im Elektrolyten im wesentlichen konstant bleibt.
  • Insbesondere kann in diesem Zusammenhang eine Pumpe vorgesehen sein, welche dem Sumpf Elektrolyt entnimmt und über einen oder mehrere Luftinjektoren dem Vorrat an metallischem Kupfer zuführt. In diesem Falle wird der Sauerstoff, der zum Lösen des metallischen Kupfers erforderlich ist, der Umgebungsluft entnommen und bei der Passage der Luftinjektoren dem Elektrolyten beigemischt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
    • Figur 1: einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung zur Galvanisierung dünner Kunststoffolien, welche eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen enthalten;
    • Figur 2: in größerem Maßstab eine der Galvanisierkammern, welche die Vorrichtung von Figur 1 enthält;
    • Figur 3: in der Draufsicht schematisch die Orientierung der Quetschwalzen, die bei der Vorrichtung von Figur 1 verwendet werden;
    • Figur 4: schematisch die Einrichtung zur Aufbereitung des Elektrolyten, der in der Vorrichtung von Figur 1 verwendet wird;
    • Figur 5: ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung, mit welcher die Galvanisierspannung für die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung erzeugt wird.
  • Figur 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung, mit welcher dünne Kunststoffolien, die vorzugsweise aus Polyimid bestehen und zuvor in einem Plasma-Trockenätzverfahren mit Durchgangsbohrungen versehen worden sind, auf ihrer oberen und unteren Fläche sowie auf den Mantelflächen der Durchgangsbohrungen galvanisiert werden. Die Kunststoffolie 1 wird von einer Vorratshaspel 2 abgezogen und durch die Vorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist, zu einer zweiten Vorratshaspel 4 geführt, auf welcher die behandelte Kunststofffolie wieder aufgewickelt wird. Die Vorratshapseln 2 und 4 brauchen der Galvanisiervorrichtung 3 nicht unmittelbar räumlich benachbart zugeordnet zu sein; zwischen den Haspeln 2 und 4 und der Galvanisiervorrichtung 3 können vielmehr weitere Behandlungsstationen vorgesehen sein, so daß insgesamt eine Fertigungslinie entsteht, die modulartig aufgebaut ist und durch welche die Kunststoffolie 1 zwischen den Haspeln 2 und 4 kontinuierlich im horizontalen Durchlauf hindurchgeführt wird. Als weitere derartige Module kommen beispielsweise Dekapier-, Spül-, Resist-Strip-, Trockenmoduln, Zwischenspeicher, Ansetzstationen usw. in Frage. Der genaue Aufbau dieser weiteren Moduln ist im vorliegenden Zusammenhang ohne Interesse.
  • Die in Figur 1 dargestellte Galvanisiervorrichtung 3 umfaßt ein Maschinengehäuse 5, in welchem, in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 hintereinanderliegend, drei Galvanisierkammern 6, 7, 8 angeordnet sind. In diesen Galvanisierkammern 6, 7, 8 findet die Plattierung der Kunststoffolie mit Metall, insbesondere mit Kupfer, Nickel, Gold, Zinn oder Bleizinn, statt. Der genaue Aufbau dieser Galvanisierkammern 6, 7, 8 wird weiter unten anhand der Figur 2 erläutert.
  • Unmittelbar vor und nach jeder Galvanisierkammer 6, 7, 8 (in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 gesehen) befindet sich jeweils eine Kontaktiereinrichtung 9, 10, 11, welche einen elektrischen Kontakt zur nach oben weisenden Fläche der Kunststoffolie 1 herstellt, sowie weitere Kontaktiereinrichtungen 13, 14, 15, 16, welche einen elektrischen Kontakt zu der nach unten weisenden Fläche der Kunststoffolie 1 herstellen. Sie sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Bürsten gestaltet. Die Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 sind in der gestrichelt gezeichneten Weise elektrisch miteinander und mit den Leitungen 17, 18 verbunden, welche zum negativen Pol einer Schaltungsanordnung führt, welche die Galvanisierspannung erzeugt. Diese Schaltungsanordnung wird weiter unten anhand der Figur 5 näher erläutert. Für den Augenblick genügt zu wissen, daß über die Leitungen 17, 18 und die Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 die Kunststoffolie 1 auf Kathodenpotential gebracht wird, so daß sich in den Galvanisierkammern 6, 7, 8 auf der Kunststoffolie 1 in der gewünschten Weise das Metall elektrolytisch abscheiden kann.
  • Die Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 befinden sich außerhalb des zur Galvanisierung verwendeten Elektrolyten, der sich im wesentlichen nur innerhalb der Galvanisierkammern 6, 7, 8 sowie im unteren Bereich des Maschinengehäuses 5, der als Sumpf dient, befindet. Deswegen und aufgrund der Tatsache, daß die Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 auch nicht im Bereich der Anoden der Elektrolyse, also nicht innerhalb eines elektrischen Feldes sind, wird verhindert, daß sich auch ihnen selbst Metall abscheidet. Dies stellte ein großes Problem bei den bekannten Galvanisiervorrichtungen dar, mit denen diskrete Leiterplatten plattiert werden.
  • Der Abstand benachbarter Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 (in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 gesehen) wird so kurz gewählt, daß die Spannungsabfälle innerhalb der Kunststoffolie 1 auf dem Wege zwischen benachbarten Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 nicht ins Gewicht fallen, also noch nicht zu inhomogener Galvanisierung oder zur Entwicklung beträchtlicher Joule'scher Wärme führt. Dies ist einer von zwei Gesichtspunkten, welche die Länge der einzelnen Galvanisierkammern 6, 7, 8 bestimmen (auf den zweiten Gesichtspunkt wird weiter unten eingegangen). In der Praxis bewährt hat sich ein Abstand benachbarter Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16, der zwischen 40 und 80 cm, vorzugsweise bei etwa 50 cm liegt.
  • Beim Durchgang der Kunststoffolie 1 durch die hintereinander liegenden Galvanisierkammern 6, 7, 8 erhöht sich die Leitfähigkeit aufgrund der zunehmend aufgebrachten Metallschicht. Daher wäre es grundsätzlich möglich, den Abstand benachbarter Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 und damit die Länge der Galvanisierkammern 6, 7, 8 in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 zunehmen zu lassen. Die Elektrolyse könnte auf diese Weise über die gesamte Erstreckung der Galvanisiervorrichtung 3 hinweg mit konstanter Stromdichte erfolgen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch alle Galvanisierkammern 6, 7, 8 - bis auf einen kleinen, unten erwähnten Unterschied - identisch ausgestaltet, haben also insbesondere auch identische Länge. Dies hat zur Folge, daß die Stromdichte der Elektrolyse in den Galvanisierkammern 6, 7, 8 in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 anwächst. Dies kann ein durchaus erwünschter Effekt sein: Zu Beginn des Plattiervorganges, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Galvanisierkammer 6 erfolgt, ist die Stromdichte noch verhältnismäßig gering; der Plattiervorgang fängt sehr vorsichtig und schonend an, was die Haftung und Homogenität der zuallererst aufgebrachten Metallschicht verbessert. Mit dicker werdender Metallschicht kann dann das Aufgalvanisieren rascher erfolgen, ohne dabei die Qualität zu gefährden.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, auf die Stromdichte in den einzelnen Galvanisierkammern 6, 7, 8 dadurch Einfluß zu nehmen, daß die dort jeweils angelegte Anodenspannung unterschiedlich ist (das Kathodenpotential ist aufgrund der Tatsache, daß die Kunststoffolie 1 durch alle Galvanisierkammern 6, 7, 8 hindurchläuft, im wesentlichen zwangsläufig identisch, da zwischen den Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 über die Kunststoffolie 1 laufende Ströme nach Möglichkeit vermieden werden sollen).
  • Zur näheren Erläuterung des Aufbaues der einzelnen Galvanisierkammern 6, 7, 8 wird nunmehr auf die Figur 2 Bezug genommen. Diese zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Figur 1 im Bereich der ersten Galvanisierkammer 6. Diese weist ein Gehäuse 19 auf, dessen Einlaß von Quetschwalzenpaaren 20, 21 und dessen Auslaß von Quetschwalzenpaaren 22, 23 gebildet wird. Oberhalb und unterhalb der Kunststofffolie 1 erstrecken sich, in parallelem Abstand zu dieser, eine obere Anode 24 und eine untere Anode 25. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Anoden 24 und 25 der Galvanisiervorrichtung 3 untereinander sowie mit einer Leitung 17 verbunden, die zu der in Figur 5 dargestellten und unten beschriebenen Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Galvanisierspannung führen. Zwischen den Anoden 24 und 25 und dem Gehäuse 19 der Galvanisierkammer 6 ist jeweils ein Verteilerraum 26 bzw. 27 für den Elektrolyten ausgebildet. Der Elektrolyt wird den Verteilerräumen 26 und 27 über Rohrleitungen 28, 29 zugeführt, die mit der in Figur 4 dargestellten und weiter unten erläuterten Einrichtung zur Aufbereitung des Elektrolyten verbunden sind. Die Anoden 24 und 25 sind mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen 30 versehen, die schräg gegen die Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 angestellt sind, derart, daß sie in Bewegungsrichtung aufeinander zu konvergieren. Die Anordnung ist offensichtlich so, daß der über die Leitungen 28 bzw. 29 den Verteilerräumen 26 und 27 zugeführte Elektrolyt in den Raum zwischen den Anoden 24 und 25 und der Kunststoffolie 1 mit einer Bewegungskomponente eintritt, welche parallel zur Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 ist. Hierdurch wird zweierlei bewirkt: Zum einen werden sehr starke einseitige Druckimpulse auf die Kunststoffolie 1 vermieden, welche eine Ausbiegung der Kunststoffolie 1 und/oder einen unruhigen Lauf zur Folge haben könnten. Zum anderen wird eine definierte Strömung des Elektrolyten in dem vom elektrischen Feld erfüllten Raum zwischen den Anoden 24 und 25 und der Kunststoffolie 1 bewirkt, so daß schädliche Folgen von Konzentrations- bzw. Verarmungseffekten vermieden werden können. Der Elektrolyt tritt bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel über seitliche Öffnungen 62 im Gehäuse 19 und von dort in den Sumpf der Vorrichtung 3, der sich im unteren Bereich des Maschinengehäuses 5 befindet. Von dort wird der Elektrolyt (vergl. Figur 1) über Anschlußstutzen 63, 64 und durch die in Figur 4 dargestellte Leitung 65 zur Einrichtung gebracht, welche den Elektrolyten wieder aufarbeitet.
  • Die Kunststoffolie 1 durchspannt die Galvanisierkammer 6 im wesentlichen frei zwischen den Quetschwalzenpaaren 20, 21 und 22, 23. Diese dienen nicht nur zum Abschluß des feld- und elektrolytgefüllten Raumes zwischen den Anoden 24, 25 und der Kunststoffolie 1 sondern gleichzeitig als Fördereinrichtung. Weitere Fördereinrichtungen, insbesondere Rollen, welche zwischen den Quetschwalzenpaaren 20, 21 und 22, 23 angeordnet wären, sind nicht vorgesehen. Durch besondere Maßnahmen, auf die weiter unten eingegangen wird, wird die Kunststoffolie 1 zwischen den Quetschwalzenpaaren 20, 21 und 22, 23 straff und flach gehalten. Bei in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 gesehen sehr langen Galvanisierkammern 6 können jedoch, wie in Figur 2 angedeutet, zwischen den Anoden 24 und 25 und der Kunststoffolie 1 noch ein oder mehrere Tampons 66, 67 vorgesehen werden, die aus einem sehr weichen, offenporigen Kunststoffschaum bestehen. Die Tampons 66, 67 ermöglichen den Durchtritt von Elektrolyten, stabilisieren dabei aber gleichzeitig die Kunststoffolie 1 auf ihrem Weg zwischen den Quetschwalzenpaaren 20, 21 und 22, 23.
  • Eine Straffung der Kunststoffolie 1 erfolgt sowohl in Richtung der Bewegung als auch senkrecht hierzu.
  • Die Kunststoffolie 1 wird in Bewegungsrichtung stets dadurch auf Zug gehalten, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Quetschwalzenpaare 20 bis 23 in Bewegungsrichtung der Kunststofffolie 1 progressiv zunimmt. Konkret bedeutet dies, daß die Quetschwalzenpaare 22, 23 mit einer geringfügig größeren Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden als die Quetschwalzenpaare 20, 21. Dies setzt sich in den nachgeschalteten Galvanisierkammern fort: So laufen die Eingangs-Quetschwalzenpaare der Galvanisierkammer 7 (Figur 1) etwas schneller als die Ausgangs-Quetschwalzenpaare 22, 23 der ersten, in Figur 2 dargestellten Galvanisierkammer 6.
  • Die höhere Umfangsgeschwindigkeit der Quetschwalzenpaare kann auf zweierlei Art bewerkstelligt werden:
  • Am einfachsten ist es, den Durchmesser der Quetschwalzenpaare 20 bis 23 in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 leicht anwachsen zu lassen, die Drehzahl der Quetschwalzen-20 bis 23 aber über die gesamte Erstreckung der Vorrichtung 3 hinweg konstant zu lassen. Dies hat den Vorteil, daß alle Quetschwalzenpaare 20 bis 23 von einer einzigen Antriebsquelle aus betrieben werden können, beispielsweise über eine durchgehende Welle, die sich entlang einer Längsseite der Vorrichtung 3 erstreckt und über Kegelradpaare an die Achsen der Quetschwalzenpaare 20 bis 23 angekoppelt ist.
  • Das zweite, etwas aufwendigere Verfahren besteht darin, die Umdrehungszahl der Quetschwalzenpaare 20 bis 23 in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 ansteigen zu lassen, was aber höheren konstruktiven Aufwand erfordert. Hier müssen die Quetschwalzenpaare, die mit unterschiedlicher Drehzahl laufen sollen, entweder unterschiedlichen Antriebsquellen zugeordnet werden oder über individuelle Übersetzungsverhältnisse an die gemeinsame Antriebswelle gekoppelt werden.
  • In beiden Fällen ist zur Vermeidung einer Überbeanspruchung der Kunststoffolie 1 eine Rutschkupplung vorgesehen. Diese kann beispielsweise einfach dadurch realisiert werden, daß der Mantel der Quetschwalzenpaare 20 bis 23 gegenüber der koaxialen Antriebswelle verdrehbar und an diese durch eine definierte Reibung angekoppelt ist. Besser ist jedoch eine in den Antriebsweg eingefügte, einstellbare Reibungskupplung, die beispielsweise zwei gegeneinander preßbare Platten umfaßt. Die Umfangsgeschwindigkeiten der verschiedenen Quetschwalzenpaare 20 bis 23 werden dann jeweils so eingestellt, daß die Reibungskupplungen ansprechen, die Kunststoffolie 1 also mit einem durch die Reibungskupplungen vorgegebenen und begrenzten maximalen Zug beaufschlagt wird.
  • Zur Straffung der Kunststoffolie 1 in Querrichtung, also senkrecht zur Bewegungsrichtung, sind die Quetschwalzenpaare 20, 21 bzw. 22, 23 zweigeteilt, wie dies in Figur 3 schematisch dargestellt ist. Sie bestehen also tatsächlich aus jeweils zwei Quetschwalzenpaaren 20', 20", 21', 21", 22', 22", 23', 23", die derart zur Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1 angestellt sind, daß sie in Bewegungsrichtung konvergieren und dabei einen stumpfen Winkel einschließen. Brauchbar sind hier Winkel im Bereich zwischen 120 und 190°, vorzugsweise bei etwa 150°. Durch die Zweiteilung und winkelmäßige Anstellung der Quetschwalzenpaare 20, 21, 22, 23 wird bei der Drehung der Quetschwalzenpaare nicht nur eine Kraftkomponente erzeugt, welche die Kunststoffolie 1 in Bewegungsrichtung antreibt, sondern auch eine hierzu senkrecht stehende Kraftkomponente, welche die Kunststoffolie 1 senkrecht zur Bewegungsrichtung beaufschlagt und so strafft.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist, sind die Quetschwalzenpaare 20, 21, 22, 23 am Einlaß bzw. Auslaß jeder Galvanisierkammer 6, 7, 8 einstückig und stehen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kunststoffolie 1. Die in seitlicher Richtung straffende Wirkung auf die Kunststoffolie 1 wird dann durch entsprechend schräg angestellte Kontaktierrollen erzeugt, die anstelle der in Figur 1 dargestellten bürstenartigen Kontaktiereinrichtungen 9 bis 15 eingesetzt werden. Ggf. ist es auch möglich, sowohl die Quetschwalzenpaare als auch die soeben erwähnten Kontaktierrollen unter einem entsprechenden Winkel anzuordnen.
  • Da, wie oben geschildert, die Quetschwalzenpaare 20, 21, 22, 23 als einzige Antriebsquelle verwendet werden, da insbesondere also keine seitlichen Antriebsrollen eingesetzt werden, ist es möglich, mit der in Figur 1 dargestellten Galvanisiervorrichtung Kunststoffolien 1 unterschiedlichster Breiten zu verarbeiten, ohne daß die Maschine deshalb umjustiert werden müßte. Allenfalls kann es erforderlich werden, diejenigen Anodenbereiche innerhalb der Galvanisierkammern 6, 7, 8, die seitlich über die Kunststoffolie 1 überstehen, abzudekken, um Feldverzerrungen im Bereich der seitlichen Kante der Kunststoffolie 1 auszuschalten.
  • Mit den Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 verhält es sich in diesem Zusammenhang wie folgt: Im allgemeinen greifen die Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 nur an einem oder beiden Rändern der Kunststoffolie 1 an, wo diese mit einem speziellen Metallstreifen zu diesem Zwecke versehen ist. Erfolgt die Kontaktierung beidseitig, so müssen bei einer Veränderung der Breite der verarbeiteten Kunststoffolie 1 zumindest die Kontaktiereinrichtungen auf einer Seite entsprechend verstellt werden. Reicht es aus, z.B. bei schmäleren Kunststoffolien 1, ausschließlich einseitig zu kontaktieren, so ist eine Umjustierung der Kontaktiereinrichtungen bei einer Veränderung der Folienbreite nicht erforderlich: Alle Kunststoffolien werden in die Vorrichtung so eingeführt, daß sich der zu kontaktierende Rand immer an derselben Stelle befindet.
  • In Figur 4 ist diejenige Einrichtung dargestellt, welche der Aufbereitung des Elektrolyten dient, der über die Leitungen 28, 29 in die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 3 eingebracht und über die Anschlußstutzen 22, 23 dieser Vorrichtung 3 wieder entnommen wird. Da die Vorrichtung mit inerten Anoden 24, 25 arbeitet, muß das Kupfer, welches auf die Kunststoffolie aufgalvanisiert wird, über den Elektrolyten zugeführt werden. Der Elektrolyt bedarf zudem, wie später noch deutlich werden wird, einer bestimmten Temperierung. Beide Arten der "Aufbereitung" erfolgen in der in Figur 4 gezeigten Einrichtung.
  • Diese Einrichtung umfaßt einen als Sumpf für den Elektrolyten dienenden Behälter 31, der bis zu einem bestimmten Niveau mit Elektrolyt angefüllt ist. In diesen ist ein durchlässiger Korb 32 eingetaucht, in dem sich Kupferschrott 33 befindet. Durch den Elektrolyten selbst, der im wesentlichen aus schwefelsaurem Kupfersulfat besteht, löst sich der Kupferschrott 33 nicht. Die Einbringung von Kupferionen in den Elektrolyten geschieht wie folgt:
  • Eine Pumpe 34 entnimmt dem Sumpf 31 Elektrolyt und führt diesen über eine Leitung 35 einer Vielzahl parallel geschalteter Luft-Injektoren 36 zu. In den Luft-Injektoren 36 wird der Elektrolyt mit Luft-Sauerstoff angereichert und so auf den Kupferschrott 33 im Behälter 32 gerichtet. Mit Hilfe des Luftsauerstoffes kann der Elektrolyt nunmehr den Kupferschrott 33 auflösen, so daß zusätzliche Kupferionen in den Elektrolyten gelangen.
  • Der Kupfergehalt im Elektrolyten kann in weiten Grenzen, etwa zwischen 0,5 und 60 g/I, vorzugsweise zwischen 2,5 und 50 g/I schwanken. Besonders typisch ist eine Kupferkonzentration von 25g/I. Häufig werden außerdem etwa 10g/1 EDTA als Additiv eingesetzt.
  • In der Leitung 35 liegt ein Magnetventil 37, welches von einer Regeleinrichtung 38 für den Kupfergehalt des Elektrolyten gesteuert wird. Die Regeleinrichtung 38 ist über eine Leitung 39 mit einem im Elektrolyten angeordneten Sensor 40 verbunden. Dieser überwacht die Konzentration der Kupferionen im Elektrolyten, beispielsweise indem er die Dichte des Elektrolyten feststellt, oder auf photometrische Weise. Sinkt die Kupferionenkonzentration im Elektrolyten unter einen bestimmten Wert ab, so öffnet die Regeleinrichtung 38 das Magnetventil 37. Nunmehr kann über die Luft-Injektoren 36 mit Luftsauerstoff angereicherter Elektrolyt auf den Kupferschrott 33 treffen und aus diesem so lange Kupferionen herauslösen, bis die vom Sensor 40 überwachte Kupferionenkonzentration wieder den gewünschten Wert erreicht hat. Dann schließt die Regeleinrichtung 38 das Magnetventil 37.
  • Durch die Temperierung des Elektrolyten kann, wie bereits erwähnt, Einfluß darauf genommen werden, wo sich bevorzugt das Kupfer während der Elektrolyse in der Vorrichtung 3 von Figur 1 auf der Kunststoffolie 1 abscheidet. Es hat sich herausgestellt, daß eine Kühlung des Elektrolyten dazu führt, daß die Metallabscheidung bevorzugt an den Mantelflächen der Durchgangsbohrungen erfolgt. Besonders geeignet ist ein Temperaturbereich zwischen 10 und 30 °C, vorzugsweise zwischen 18 und 24°C. Aus diesem Grunde wird durch die in Figur 2 dargestellte Einrichtung der Elektrolyt zusätzlich gekühlt. Hierzu ist zunächst eine Haupt-Kühleinrichtung 41 vorgesehen, welche eine im Sumpf 31 angeordnete Kühlschlange 42 mit Kühlmittel versorgt. Durch die Kühlschlange 42 wird der im Sumpf 31 befindliche Elektrolyt auf einer bestimmten Grundtemperatur gehalten.
  • Eine Pumpe 43 entnimmt dem Sumpf 31 derart vorgekühlten Elektrolyt und führt diesen über die Leitung 29 der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 3 zu. In der Leitung 29 liegt ein Hilfskühler 44, dessen Kühlschlange 45 von einer Hilfs-Kühleinrichtung 46 versorgt wird. Die Hilfs-Kühleinrichtung 46 steht über eine elektrische Leitung 47 mit einem Temperatursensor 48 in Verbindung, der im Bereich der zu galvanisierenden Kunststoffolie 1 auf der der oberen inerten Anode 424 zugewandten Seite (Figur 2) angeordnet ist. Der Temperatursensor 47 mißt die dort herrschende lokale Temperatur des Elektrolyten. Steigt diese über einen bestimmten Wert an, so sorgt die Hilfs-Kühleinrichtung 46 durch Beschickung der Kühlschlange 45 im Hilfskühler 44 dafür, daß die Temperatur im Bereich des Sensors 48 wieder in entsprechender Weise absinkt.
  • Eine weitere Pumpe 49 entnimmt dem Sumpf 31 der Einrichtung von Figur 4 Elektrolyten und führt diesen über die Leitung 28 der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung 3 zu. In der Leitung 28 liegt ein weiterer Hilfskühler 50, dessen Kühlschlange 51 unabhängig von der Kühlschlange 45 von der Hilfs-Kühleinrichtung 46 versorgt wird. Hierzu ist die Hilfs-Kühleinrichtung 46 über eine elektrische Leitung 52 mit einem Temperatursensor 53 verbunden, der im Bereich der zu galvanisierenden Kunststoffolie 1 auf der der unteren Anode 25 zugewandte Seite angeordnet ist und dort die lokale Temperatur mißt. Mit Hilfe des Temperatursensors 53, der Hilfs-Kühleinrichtung 46 und des Hilfskühlers 50 wird diese lokale Temperatur des Elektrolyten unterhalb eines bestimmten Wertes gehalten, der sich durchaus von dem Sollwert der Temperatur auf der anderen Seite der zu galvanisierenden Kunststoffolie 1 unterscheiden kann. Da die Grundkühlung des Elektrolyten bereits im Sumpf durch die Haupt-Kühleinrichtung 41 bzw. deren Kühlschlange 42 besorgt wird, braucht die Leistung der Hilfs-Kühleinrichtung 46 nicht sehr groß ausgelegt zu sein. Die Temperatur des Elektrolyten im Sumpf 31 befindet sich bereits recht nahe an den Sollwerten der Temperaturen im Bereich der oberen und unteren Anode 24, 25, so daß die Einregelung auf diese Sollwerte durch die Hilfskühler 44 und 50 sehr rasch und mit geringen Regelschwankungen erfolgen kann.
  • Die Galvanisier-Stromquelle für die Vorrichtung von Figur 1 ist in Figur 5 gezeigt. Sie umfaßt einen schematisch dargestellten Transformator 54, der primärseitig mit der Netzspannung und sekundärseitig mit zwei Impulsgeneratoren 55, 56 verbunden ist. Die Impulsgeneratoren 55 und 56 können jeweils unabhängig voneinander Rechteckimpulse erzeugen, deren Frequenz, Taktverhältnis, Amplitude, Polarität und relative Phasenlage im wesentlichen frei wählbar sind. Die Ausgangssignale der beiden Impulsgeneratoren 55 und 56 werden überlagert und über die Leitungen 17 bzw. 18 den Elektroden der Vorrichtung 3 von Figur 1 zugeführt. An den Elektroden (Anoden 24, 25, Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 und damit letztendlich der Kunststoffolie 1 selbst) liegt somit eine gepulste Gleichspannung. Der Funktion der Vorrichtung 3 entsprechend liegt an den Anoden 24, 25 im zeitlichen Mittel überwiegend eine positive Spannung an; während gewisser Zeitspannen jedoch kann eine Umpolung dergestalt stattfinden, daß die Anoden 24, 25 gegenüber den Kontaktiereinrichtungen 9 bis 16 und damit gegenüber der Kunststoffolie 1 negativ sind. Während dieser Zeitphasen wird die auf der Kunststoffolie 1 abgeschiedene Kupferschicht kurzzeitig wieder etwas abgetragen. Außerdem werden Polarisations- und Konzentrationseffekte in der Nähe der Elektroden der Vorrichtung 3 von Figur 1 weitgehend eliminiert. Die von den beiden Impulsgeneratoren 55 und 56 abgegebenen Impulse werden für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert und an die gegebene Geometrie der Vorrichtung 3 sowie die chemische Zusammensetzung und Temperatur des Elektrolyten angepaßt. Bei optimaler Einstellung, die durch gezielte Versuchsserien zu ermitteln ist, lassen sich sehr hohe Abscheideraten von einigen u pro Meter bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von etwa einem Meter pro Minute der Kunststoffolie 1 erzielen. Dies bedeutet, daß in einer Vorrichtung 3, deren Gesamtlänge 5 Meter nicht übersteigt, auf einen Schritt eine Schicht mit einer Dicke von 25 u aufgalvanisiert werden kann. Die bisher bei Galvanisierungsvorgängen von Leiterplatten eingesetzte Sicherheitsschicht mit einer Dicke von 4-5 u, die gesondert aufgebracht wurde, kann weggelassen werden.

Claims (33)

1. Vorrichtung zur Galvanisierung dünner, ein-oder beidseits mit einer leitfähigen Beschichtung versehener Kunstoffolien, mit
a) mindestens einer zugeordneten Vorratshaspel für die zu galvanisierende Kunststoffolie;
b) mindestens einer zugeordneten Vorratshaspel für die galvanisierte Kunststoffolie;
c) einer Fördereinrichtung, welche die Kunststoffolie kontinuierlich von der einen zu der anderen Vorratshaspel befördert;
d) mindestens einer zwischen den Vorratshaspeln liegenden, mit Elektrolyt beschickbaren Kammer, in der sich in der Nähe des Bewegungsweges der Kunststoffolie mindestens eine Anode befindet, welche elektrisch mit dem einen Pol einer Galvanisier-Stromquelle verbunden ist;
e) mindestens einer Kontaktiereinrichtung, welche elektrisch mit dem anderen Pol der Galvanisier-Stromquelle verbunden ist und Kontakt zu der sich bewegenden Kunststoffolie herstellt,

dadurch gekennzeichnet, daß
f) die Fördereinrichtung (9 bis 16) so eingerichtet ist, daß die Kunststoffolie (1) im gesamten Bereich der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer (6, 7, 8) horizontal verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) außerhalb der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer (6, 7, 8) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Elektrolyt gefüllte Kammer in eine Mehrzahl in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) gesehen hintereinander angeordneter Galvanisierkammern (6, 7, 8) unterteilt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktiereinrichtungen (9 bis 16) vor, zwischen unter hinter den Galvanisierkammern (6, 7, 8) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaß und am Auslaß jeder Galvanisierkammer (6, 7, 8) mindestens ein Quetschwalzenpaar (20, 21, 22, 23) angeordnet ist, die gleichzeitig als alleinige Fördereinrichtung dienen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaß und Auslaß jeder Galvanisierkammer (6, 7, 8) jeweils zwei Quetschwalzenpaare (20', 20", 21', 21", 22', 22", 23', 23") derart angeordnet sind, daß sie in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) aufeinander zu konvergieren und einen stumpfen Winkel einschließen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Winkel zwischen 120* und 190° ° liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Winkel bei etwa 150 ° liegt.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kontaktiereinrichtung von seitlichen Kontaktrollenpaaren gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen beidseits der Kunststoffolie (1) einander gegenüberliegender Kontaktrollenpaare in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) aufeinander zu konvergieren und einem stumpfen Winkel einschließen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Quetschwalzenpaare (20, 21, 22, 23) in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) zunimmt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Quetschwalzenpaare (20, 21, 22, 23) in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) wächst.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Quetschwalzenpaare (20, 21, 22, 23) in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) wächst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Quetschwalze (20 21, 22, 23) eine Rutschkupplung vorgesehen ist, welche das auf die Mantelfläche der Quetschwalze (20, 21, 22, 23) übertragene Drehmoment auf einen Maximalwert begrenzt.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer (6, 7, 8) beidseits zwischen der Kunststoffolie (1) und einem stationären Teil (24, 25) ein Tampon (66, 67) aus weichem, offenporigem Kunststoffschaum vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Teile (24, 25) zwei Anoden sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (30), über welche der Elektrolyt in die mit Elektrolyt beschickbare Kammer (6, 7, 8) eintritt, beidseits der Kunststoffolie (1) symmetrisch ausgestaltet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (30) derart schräg gestellt sind, daß sie in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie (1) aufeinander zu konvergieren.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (30) in der Anode (23, 24) ausgebildet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Galvanisierkammern in Bewegungsrichtung der Kunststoffolie zunimmt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle Galvanisierkammern (6, 7, 8) in der Vorrichtung (3) dieselbe Länge aufweisen.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das an den Anoden der verschiedenen Galvanisierkammern liegende Potential zumindest teilweise unterschiedlich ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Stromquelle mindestens einen einstellbaren Impulsgenerator (55, 56) umfaßt, dessen Ausgangssignale an die Anoden (24, 25) und die Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) gelegt und Rechteckimpulse mit wählbarer Wiederholfrequenz, Taktverhältnis, Amplitude und Polarität sind, wobei im zeitlichen Mittel die Anode (24, 25) gegenüber der Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) positiv ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Stromquelle mindestens zwei unabhängig voneinander arbeitende Impulsgeneratoren (55, 56) umfaßt, deren addierte Ausgangssignale an die Anode (24, 25) bzw. die Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) gelegt sind und deren relative Phasenlage einstellbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Impulsgeneratoren (55, 56) solche Ausgangssignale erzeugen, daß die effektiv an der Anode (24, 25) bzw. der Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) liegende Spannung während eines Teils der Zeit die umgekehrte Polarität aufweist, bei welcher die Anode (24, 25) gegenüber der Kontaktiereinrichtung (9 bis 16) negativ ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholfrequenz der Ausgangssignale des Impulsgenerators (55, 56) zwischen 0,1 und 10000 Hz liegt.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet daß eine Einrichtung (42, 44, 50) vorgesehen ist, mit welcher der Elektrolyt kühlbar ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sumpf (31) für den Elektrolyten vorgesehen ist, aus welchem der Elektrolyt kontinuierlich in die mit Elektrolyt beschickbare Kammer (6, 7, 8) gebracht und in welchen der Elektrolyt von dort wieder zurückgebracht wird, und daß die Kühleinrichtung umfaßt:
a) einen Hauptkühler (42), mit welchem der in dem Sumpf (31) befindliche Elektrolyt unterhalb einer ersten vorwählbaren Temperatur gehalten wird;
b) mindestens einen Hilfskühler (44, 50), mit welchem der dem Sumpf (31) entnommene Elektrolyt auf dem Wege zu der mit Elektrolyt beschickbaren Kammer (6, 7, 8) kühlbar ist und der diesen Elektrolyt auf einer zweiten vorwählbaren Temperatur hält, die niedriger als die erste ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei welcher sich beidseits parallel zum Bewegungsweg der Kunststoffolie jeweils eine Anode erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängig voneinander betreibbare Hilfskühler (44, 50) vorgesehen sind, wobei der den ersten Hilfskühler (44) durchströmende Elektrolyt der Kunststoffolie (1) auf der der einen Anode (24) zugewandten Seite und der den anderen Hilfskühler (50) durchströmende Elektrolyt der Kunststoffolie (1) auf der der anderen Anode (25) zugewandten Seite zugeführt wird.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hilfskühler (44, 50) ein in der Nähe der Kunststoffolie (1) auf der der entsprechenden Anode (24, 25) zugewandten Seite angeordneter Temperatursensor (48, 53) zugeordnet ist, welcher die dortige Temperatur des Elektrolyten überwacht und danach den zugeordneten Hilfskühler (44, 50) steuert.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (24, 25) eine inerte dimensionsstabile Elektrode ist und eine gesonderte Einrichtung (34-40) vorgesehen ist, mit welcher dem Elektrolyt die bei der Galvanisierung entzogenen Metallionen wieder zuführbar sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (24, 25) aus platiniertem Streckmetall oder mit leitfähigem Oxid überzogenem Material oder Kohlenstoff besteht.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30 zur Kupfergalvanisierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit welcher dem Elektrolyten die bei der Galvanisierung entzogenen Kupferionen wieder zuführbar sind, umfaßt:
a) einen Vorrat (33) an metallischem Kupfer;
b) eine Einrichtung (34-40), mit welcher ein Teil des Elektrolyten mit Sauerstoff anreicherbar und dem metallischen Kupfer zuführbar ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (34) vorgesehen ist, welche dem Sumpf (31) Elektrolyt entnimmt und über einen oder mehrere Luftinjektoren (36) dem Vorrat (33) an metallischem Kupfer zuführt.
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