WO1992010923A1 - Verfahren zum durchfluten von bohrungen bei plattenförmigen werkstücken, und die vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum durchfluten von bohrungen bei plattenförmigen werkstücken, und die vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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    • H05K2203/08—Treatments involving gases
    • H05K2203/082—Suction, e.g. for holding solder balls or components

Definitions

  • the invention relates to a method for flooding holes in plate-shaped objects (e.g. printed circuit boards) and the device for carrying out the method.
  • plate-shaped objects e.g. printed circuit boards
  • Printed circuit boards are manufactured in a large number of steps, with rinsing and cleaning processes having a large proportion.
  • a safe through-connection i.e. Covering the borehole wall with metal, preferably copper, the targeted and intensive flooding of the boreholes is of essential importance.
  • Increasing the aspect ratio with the plate thickness remaining the same results in an increased ratio of the borehole wall surface to the volume of the bores.
  • more and more holes are being accommodated per unit area, and the plate thickness is also increasing steadily.
  • the unused part of the pumped volume flow increases absolutely and relative to the volume flow used.
  • the disadvantages are obvious.
  • the pump output increases, the energy consumption increases in proportion to the volume flow and the required pressure difference and is ultimately dissipated, which is not always desirable.
  • the pipe cross sections must be enlarged.
  • the minimum template volume increases. The system dimensions and connected load increase accordingly.
  • the invention has for its object to realize an improved flooding of holes in plate-shaped objects, wherein the method can be carried out in a more compact system.
  • a counter-pressure roller which is opposite the nozzle roller.
  • the counter-pressure roller also has a structured elastic surface, which enables the fluid to drain freely. It is advantageous if the nozzle and counter-pressure rollers have an identically structured surface and are connected to one another in a form-fitting manner, so that openings of the same size lie opposite each other. At least two such roller pairs lie one behind the other for a full-area flooding of the plate in the plate transport direction.
  • the method according to the invention is characterized in that such roller systems can be combined with the devices for uniplate borehole flooding.
  • the limiting factors for the maximum permissible flow velocity in the boreholes are primarily determined by the strength properties of the plates.
  • the compact design means that smaller pumps and reduced pipeline diameters can be used and that a large range of boreholes can be covered with the same type of pump, while preventing undesired heating due to the dissipation energy.
  • FIG 1 shows the principle of operation of two successive pairs of rollers
  • Figure 2 shows the section A-A, roller pair arrangement
  • FIG. 3 shows the detail Z, valve seat
  • the device consists of:
  • FIG. 1 shows two pairs of rollers, one behind the other, consisting of the nozzle roller 1 and the counter-pressure roller 2.
  • the fluid 3 enters the roller body 1 concentrically through a hollow shaft 4 and its nozzle openings 5.
  • the inlet cross-section is large compared to the sum of the cross-sections of the holes 6 of the plate 7 through which flow flows simultaneously.
  • the holes 6 are then flowed through, and not all areas of the plate 7 can be detected.
  • the areas which have not been detected are detected by the next pairs of rollers lying in the transport direction 8.
  • the fluid 3 leaves the plate bores 6 and enters the counter-pressure roller 2.
  • This has inlet openings 16 and in its covers 18 lateral outlet openings 17 through which the fluid 3 drains.
  • the nozzle roller 1 and the counter-pressure roller 2 are coupled to one another by a positive connection, not shown here.
  • FIGS 2 and 3 represent the special roller pair arrangement with its details.
  • the fluid 3 enters the nozzle roller body 1 through a hollow shaft 4 and is distributed through the nozzle openings 5 in the cylindrical cavity of the roller body 1.
  • the necessary bearings and an implementation are not shown.
  • Valves 10 are located in the outlet openings 9 of the nozzle roller 1 and are firmly connected to a fluid-permeable jacket body 11. This jacket body 11 has the property of being deformable in the direction of the nozzle roller center line.
  • a layer 12 of permanently elastic material is introduced between the jacket body 11 and the nozzle roller body 1, which ensures that the valves 10 return to their starting position after the contact with the plate 7 has been removed and no more fluid 3 passes through.
  • the layer 12 also has the task of allowing a certain flattening of the nozzle roller 1 on the side of the plate contact. This has the purpose of producing a flat support of the nozzle roller 1 on the plate 7, that is to say that there is an axis distance smaller than the sum of the radii of the rollers. If the valve 10 is now lifted out of its valve seat 13, the fluid 3 flows through the released annular gap and is distributed in the cutouts 14, which are at least as large as the valve seats 13, of the jacket body 11, which at the same time seals off the valve exercise takes over.
  • the fluid 3 now flows through the bores 6 of the plate 7 into the cutout 15 of the counter-roller body 2.
  • This has inlet openings 16 through which the fluid 3 enters the interior of the counter-pressure roller 2 and then exits the outlet openings 17 of the cover 18. From here the fluid 3 gets back into the pump circuit.
  • the cutouts 14 and 15 are always exactly opposite one another, the nozzle roller 1 and the counter-pressure roller 2 are preferably positively connected via a gearwheel pair 19 and continuously driven such that their peripheral speed corresponds to the plate transport speed.

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Abstract

Verfahren zum Durchkontaktieren von Bohrungen bei plattenförmigen Werkstücken, insbesondere Leiterplatten und Vorrichtung hierfür. Aufgabe der Erfindung ist es, die Durchströmung kleinster Bohrungen in Durchlaufanlagen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß fließt dabei ein Fluid konzentrisch einer angetriebenen Walze zu, die Ventile besitzt, die nur während des Plattenkontaktes Öffnungen freigeben. Eine zweite Walze dient als Gegenlager. Durch diese Vorrichtung lassen sich Spaltverluste minimieren und somit eine gezielte Bohrlochdurchflutung erreichen, wodurch die zu erbringenden Pumpenleistungen erheblich verringert werden können.

Description

Verfahren zum Durchfluten von Bohrungen bei plattenföπαigen Werkstücken, und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchfluten von Bohrun¬ gen bei plattenförmigen Gegenständen (z.B. Leiterplatten) und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Leiterplatten werden in einer Vielzahl von Schritten herge¬ stellt, wobei Spül- und Reinigungsprozesse einen großen Anteil haben. Für eine sichere Durchkontaktierung, d.h. Belegung der Bohrlochwand mit Metall, vorzugsweise Kupfer, ist die gezielte und intensive Durchflutung der Bohrungen von essentieller Bedeu¬ tung. Durch Vergrößerung des Aspektverhältnisses bei gleichblei¬ bender Plattenstärke ergibt sich ein vergrößertes Verhältnis von Bohrlochwandoberflache zum Volumen der Bohrungen. Andererseits werden immer mehr Bohrungen pro Flächeneinheit untergebracht, außerdem nimmt die Plattenstärke stetig zu.
Diese Entwicklung hat zwei Konsequenzen. Zum einen erfordert der wachsende Anteil der Bohrlochwandfläche einen verbesserten Stofftransport, der durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit realisiert wird und zum anderen verhält sich die erforderliche Druckdifferenz bei gegebenem Volumenstrom zwischen Bohrlochein- und -ausgang umgekehrt proportional zur 4. Potenz des Durchmes¬ sers bzw. Aspektverhältnis und proportional zur Bohrlochlänge.
Einrichtungen zur Bohrlochdurchflutung sind an sich bekannt und werden beispielsweise in den Schriften DE 30 11 061 AI und DE 35 28 575 AI beschrieben. Bei den gängigen Düsen und dem Schwall¬ system wird die Flüssigkeit an die Leiterplattenoberfläche transportiert, ein Teil durchströmt die Bohrungen, der andere Teil fließt über die Spalte zwischen Flüssigkeitszuführung und Leiterplatte ab, ohne die Bohrungen zu durchströmen. Desweiteren ist aus der EP 03 29 808 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Leiterplatten bekannt, bei dem ein Fluid gegen
Ersatzblatf 92/10923 - 2 - ihre Oberfläche gerichtet ist, welches auf der gegenüberliegen¬ den Seite abgesaugt wird. In der DE 39 16 694 AI ist ebenfalls die chemische Reinigung von mit Bohrungen versehenenen Leiter¬ platten beschrieben. Auch hierbei handelt es sich um Zuführung und Absaugung der Reinigungsflüssigkeit.
So werden auch weiterhin Lösungen in den Schriften EP 02 12 253 AI und in DE 33 05 564 AI diskutiert, die die Düsen und Sσhwall- systeme zur Durchflutung von Bohrungen bei Leiterplatten betref¬ fen. Diese bekannten Düsen und Schwallsysteme zur Durchflutung haben aber alle den Nachteil, daß die Spaltgröße toleranzbedingt nicht beliebig verringert werden kann. Dies hat aufgrund der be¬ schriebenen Zusammenhänge zur Folge, daß der erforderliche Volu¬ menstrom, der den Schwall- oder Spritzeinrichtungen zugeführt werden muß, sich mit größer werdendem Aspektverhältnis überpro¬ portional vergrößert.
Der ungenutzt abfließende Anteil des umgepumpten Volumenstromes steigt absolut und relativ zum genutzten Volumenstrom. Die Nach¬ teile sind offensichtlich. Die Pumpenleistung steigt, der Ener¬ gieverbrauch steigt proportional zum Volumenstrom und zur erfor¬ derlichen Druckdifferenz und wird letztlich dissipiert, was nicht immer erwünscht ist. Die Rohrleitungsquerschnitte müssen vergrößert werden. Das Mindestvorlagevolumen vergrößert sich. Die Anlagenabmessungen und -anschlußleistungen steigen demzu¬ folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Durchflutung von Bohrungen in plattenförmigen Gegenständen zu realisisieren, wobei das Verfahren in einer kompakteren Anlage durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre der Patentansprüche gelöst.Im einzelnen dadurch, daß Spaltverluste auf ein Minimum reduziert werden und die Flüssigkeit einer Düsenwalze zugeführt wird. Die Düsenwalze besitzt Austrittsöffnungen, die nur an der Kontakt¬ stelle zwischen Walze und Platte mit Bohrungen freigegeben wer¬ den. Wird der Plattenkontakt aufgehoben, schließen sich die Aus¬ trittsöffnungen wieder. UΛ.XS *τctx_e oesitzt eine elastische Oberfläche, die für eine Ab¬ dichtung zwischen Austrittsöffnungen und Plattenoberfläche sorgt, eine mechanische Beschädigung der Plattenoberfläche ver¬ hindert und es ermöglicht, die Düεenwalze gleichzeitig als Transportwalze zunutzen. Die Oberfläche der Walze wird entspre¬ chend den Plattenabmessungen und den Erfordernissen des Her- εtellprozesses strukturiert.
Um den erforderlichen Anpreßdruck der Walze aufbringen zu kön¬ nen, ohne die Platte unzulässig zu beanspruchen, ist die Anord¬ nung einer Gegendruckwalze vorteilhaft, die der Düsenwalze ge¬ genüberliegt. Die Gegendruckwalze besitzt ebenfalls eine struk¬ turierte elastische Oberfläche, die einen ungehinderten Ablauf des Fluids ermöglicht. Es ist vorteilhaft, wenn Düsen- und Ge¬ gendruckwalze eine gleich strukturierte Oberfläche aufweisen und formschlüssig miteinander verbunden sind, so daß sich jeweils gleich große Öffnungen gegenüberliegen. Mindestens zwei solcher Walzenpaare liegen für eine ganzflächige Durchflutung der Platte in Plattentransportrichtung hintereinander.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man solche Walzensysteme mit den Einrichtungen zur uniplaten Bohrlochdurchflutung kombinieren kann. Die begrenzenden Faktoren für die maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit in den Bohr¬ löchern werden in erster Linie von den Festigkeitseigenschaften der Platten vorgegeben.
Weitere Vorteile bestehen darin, daß durch die kompakte Bauart kleinere Pumpen und verringerte Rohrleitungsdurchmesser einsetz¬ bar sind und ein großes Bohrlochspektrum mit demselben Pumpen¬ typ, bei Verhinderung der unerwünschten Erwärmung durch die Dis- sipationsenergie, abgedeckt werden kann. 92/10923 - -
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des gekenn¬ zeichneten Verfahrens ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt.
Hierbei zeigt
Figur 1 das Funktionsprinzip zweier hintereinander liegender Walzenpaare
Figur 2 den Schnitt A-A, Walzenpaaranordnung
Figur 3 die Einzelheit Z, Ventilsitz
ie Vorrichtung besteht aus:
Figure imgf000006_0001
Figur 1 zeigt zwei hintereinanderliegende Walzenpaare, bestehend aus der Düsenwalze 1 und der Gegendruckwalze 2 . Das Fluid 3 tritt durch eine Hohlwelle 4 und ihre Düsenöffnungen 5 vorzugs¬ weise konzentrisch in den Walzenkörper 1 ein. Der Eintrittsquer¬ schnitt ist gegenüber der Summe der Querschnitte der gleichzei¬ tig durchströmten Bohrungen 6 der Platte 7 groß. Anschließend werden die Bohrungen 6 durchströmt, wobei nicht alle Bereiche der Platte 7 erfaßt werden können. Die nicht erfaßten Bereiche werden von den nächsten in Transportrichtung 8 liegenden Walzen¬ paaren erfaßt. Das Fluid 3 verläßt die Plattenbohrungen 6 und tritt in die Gegendruckwalze 2 ein. Diese besitzt Eintrittsöff¬ nungen 16 und in ihren Deckeln 18 seitliche Auslauföffnungen 17 durch die das Fluid 3 abläuft. Die Düsen- 1 und Gegendruckwalze 2 sind durch eine hier nicht dargestellte formschlüssige Verbin¬ dung miteinander gekoppelt.
Die Figuren 2 und 3 stellen die besondere Walzenpaaranordnung mit ihren Einzelheiten dar.
Das Fluid 3 tritt durch eine Hohlwelle 4 in den Düsenwalzenkör- per 1 ein und wird durch die Düsenöffnungen 5 im zylindrischen Hohlraum des Walzenkörpers 1 verteilt. Die notwendigen Lager so¬ wie eine Durchführung sind nicht dargestellt. In den Austritts¬ öffnungen 9 der Düsenwalze 1 sitzen Ventile 10, die mit einem fluid-durchlässigen Mantelkörper 11 fest verbunden sind. Dieser Mantelkörper 11 besitzt die Eigenschaft, in Richtung der Düsen¬ walzenmittellinie verformbar zu sein.
Er besteht vorzugsweise aus einem Sieb oder aus achsparallelen Segmenten. Zwischen Mantelkörper 11 und Düsenwalzenkörper 1 ist eine Schicht 12 aus dauerelastischem Material eingebracht, die dafür sorgt, daß die Ventile 10 nach Aufhebung des Kontaktes zur Platte 7 wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren und kein Fluid 3 mehr durchlassen. Die Schicht 12 hat ferner die Aufgabe, eine gewisse Abflachung der Düsenwalze 1 auf der Seite des Plattenkontaktes zuzulassen. Dies hat den Sinn, eine flächige Auflage der Düsenwalze 1 auf der Platte 7 zu erzeugen, d. h. daß sich ein Aσhsabstand kleiner als die Summe der Radien der Walzen ergibt. Wird nun das Ventil 10 aus seinem Ventilsitz 13 gehoben, strömt das Fluid 3 durch den freigegebenen Ringspalt und verteilt sich in den Ausschnit¬ ten 14, die mindestens so groß wie die Ventilsitze 13 sind, des Mantelkörpers 11 , welcher gleichzeitig die Abdichtung zur Umge¬ bung übernimmt.
Das Fluid 3 strömt nun durch die Bohrungen 6 der Platte 7 in den Ausschnitt 15 des Gegenwalzenkörpers 2 . Dieser besitzt Ein¬ trittsöffnungen 16 , durch die das Fluid 3 in den Innenraum der Gegendruckwalze 2 gelangt und dann aus den AuslaufÖffnungen 17 der Deckel 18 austritt. Von hier gelangt das Fluid 3 zurück in den Pumpenkreislauf. Damit sich die Ausschnitte 14 und 15 stets genau gegenüberliegen, werden die Düsen- 1 und Gegendruckwalze 2 vorzugsweise über ein Zahnradpaar 19 formschlüssig verbunden und kontinuierlich derart angetrieben, daß ihre Umfangsgeschwindig¬ keiten der Plattentransportgeschwindigkeit entspricht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Durchfluten von Bohrungen bei plattenförmigen Werkstücken, insbesondere Leiterplatten, mit Durchontaktierungs- Prozeßlösungen in Durchlaufanlagen, bei dem sich mindestens ein Flüssigkeitsstrahl gegen eine Oberfläche richtet und der Strahl auf der gegenüberliegenden Seite abgeführt wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Flüssigkeit konzentrisch einer Düsenwalze zu¬ geführt wird, durch deren Austrittsöffnungen, die im Kontakt zwischen Düsenwalze und Platte geöffnet sind, durch die Platten¬ bohrungen, eine Gegendruckwalze und deren Eintritts- und Aus¬ lauföffnungen abfließen kann.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei der Plattenseite gegen¬ über gelagerten Walzen, der Düsenwalze (1), der eine Hohlwelle (4) zugeordnet ist, aus einem ein- oder mehrschichtigen zylin¬ drischen Mantelkörper (1), der vorzugsweise aus einem Sieb oder achsparallelen Segmenten besteht, mit Ventilen (10) fest verbun¬ den und in Richtung der Walzenmittellinien beweglich ist und der Gegendruckwalze (2), die im zylindrischen Walzenkörper Ein¬ trittsöffnungen (16) und in seitlichen Deckeln (18) AuslaufÖff¬ nungen (17) aufweist, die einen Achsabstand kleiner als die Summe der Radien der Walzen zuläßt, die einander formschlüssig verbunden und kontinuierlich derart angetrieben werden, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit der Plattentransportgeschwindigkeit ent¬ spricht, besteht.
3. Voixichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (10), in den innenliegenden Mantelkörper (11) der Düsen¬ walze (1) sitzend, bei ihrem Anheben einen Ringspalt freigeben. 92 - 8 -
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß sich zwischen dem Mantelkörper (11) und der Düsenwalze (1) eine Schicht (12), die eine große Verformbarkeit aufweist und Ausschnitte (14;15) in den Bereichen der Ventile (10) be- sizt, die mindestens so groß wie die Ventilsitze (13) sind, be¬ findet, der Düsenwalze (1) eine Hohlwelle (4) zugeordnet ist.
PCT/DE1991/000985 1990-12-13 1991-12-13 Verfahren zum durchfluten von bohrungen bei plattenförmigen werkstücken, und die vorrichtung zur durchführung des verfahrens WO1992010923A1 (de)

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