WO2003060201A1 - Anordnung und verfahren für elektrochemisch zu behandelndes gut - Google Patents

Anordnung und verfahren für elektrochemisch zu behandelndes gut Download PDF

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WO2003060201A1
WO2003060201A1 PCT/DE2001/004937 DE0104937W WO03060201A1 WO 2003060201 A1 WO2003060201 A1 WO 2003060201A1 DE 0104937 W DE0104937 W DE 0104937W WO 03060201 A1 WO03060201 A1 WO 03060201A1
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contact
goods
contact electrode
electrolyte
electrolytic
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PCT/DE2001/004937
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English (en)
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Inventor
Egon Hübel
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Huebel Egon
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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
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/16—Apparatus for electrolytic coating of small objects in bulk
    • C25D17/28—Apparatus for electrolytic coating of small objects in bulk with means for moving the objects individually through the apparatus during treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form
    • 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
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating

Definitions

  • the invention relates to the electrochemical metallization, etching, oxidation and reduction of flat and of spatially formed material, which consists at least on the surface of an electrically conductive material.
  • the application of the invention is particularly advantageous if the material consists of a non-conductive material which is to be partially electrochemically treated on the surface. Examples of applications for this are the electroplating of molded plastic parts, plastic plates and plastic foils as well as the electrolytic treatment of hollow goods, rods, printed circuit boards, conductive foils, hybrids, SmartCards and other substrates.
  • the arrangement and the method are also suitable for electrochemical machining of blind holes and through holes in printed circuit boards.
  • the invention is suitable for use in immersion bath systems, continuous systems, belt systems and clocked machines.
  • the surface of the areas of the goods to be treated must be electrically conductive and connected to a pole of a bath current source.
  • the other pole of the bath current source is electrically conductively connected to an electrode opposite the material, the so-called counter electrode.
  • the electrical conductivity is applied to the surface in the form of a conductive base layer, for example by chemical metallization or by sputtering. These are costly processes. That is why an attempt is made to get by with as thin as possible electrically conductive base layers. Because of the necessary high current densities and for quality reasons with regard to the layer thickness distribution, minimum layer thicknesses are required due to the preceding metallization processes.
  • the high electrolytic currents in the case of thin base layers for example in the galvanizing of SBU printed circuit boards (sequential build up), lead to large differences in layer thicknesses on the surfaces up to the melting of the base layer.
  • the different thicknesses of the material have a disadvantageous effect.
  • the distance between the brushes and the partition is dependent on the thickness, at least at the top of the goods.
  • the stationary brushes will grind and wear more or less because of the difference in height on the sharp edges of the circuit boards.
  • the partition walls which are also stationary, cannot fulfill their function of electrically insulating the brushes and the counterelectrode. The remaining gap is too big.
  • the separation is inadequate because of the greater distance to the partition wall in comparison to thicker goods.
  • miniaturization of the brush arrangement necessary for fine conductor technology is not structurally possible.
  • a further electrolytic method for the surface treatment of electrically insulated and conductive regions of printed circuit boards is described in US Pat. No. 5,114,558.
  • the brush and the counter electrode are in one roller-shaped or flat arrangement separated by means of a porous separator.
  • Metal fibers run from the side of the arrangement facing the goods, which touch the areas of the goods to be treated in the passage. Because of the spatial proximity of the brush and the counter electrode, the electrochemical process will take place within the arrangement in the separator. A current flow over the brush fibers to the surface of the goods and back from there in the same way does not seem possible. There is therefore no electrolytic treatment of the goods.
  • the object of the invention is to describe an arrangement and a method which is suitable for the electrolytic treatment of flat and spatially formed material and which does not have the deficiencies of the inventions described above.
  • the invention should be suitable for the electrolytic precision machining of structures and solid surfaces in the field of printed circuit board technology, wafer technology and hybrid technology.
  • the arrangement essentially consists of at least one device, consisting of at least one, but usually many contact strips with interposed counter electrodes.
  • This device forms a structural unit, which is referred to below as a contact electrode. Details of the contact electrode are described in the simultaneously filed patent application DE 100 43 816.4.
  • the surface of the material contacted by the contact strip and the counter electrode form an electrolytic cell, which is referred to below as an electrolytic small cell.
  • the contacted surface of the product forms the cathode and the counter electrode the anode of the small cell.
  • the surface of the material forms the anode and the counter electrode the cathode.
  • the invention is fundamentally suitable for soluble counter electrodes and insoluble ones in the electrolyte. If the counter electrodes are operated as anodes, insoluble anodes are preferably used.
  • the contact strips are electrically insulated laterally on their surface up to the actual contact surface.
  • the contact strips of the contact electrode are connected in parallel with one another and connected to the first pole of a bath current source.
  • the counter electrodes are also connected electrically in parallel and are electrically connected to the other pole of the bath current source.
  • Direct current, unipolar pulse current and bipolar pulse current are suitable as bath currents. In the following, these pulse currents are also generally referred to as bath currents.
  • the surface of the contact electrode i.e. the side that sits on the material to be treated, even.
  • the active surface of the contact electrode is adapted to the shape of the goods. Hollow bodies also belong to the spatially formed good.
  • the contact electrode is correspondingly partially equipped with contact strips and counter electrodes for flat and shaped material.
  • the contact electrode is generally as long as the width of the goods transverse to the transport direction of the goods. In the case of different widths of the goods, the contact electrode width can be adapted by switching contact electrode groups on and off or by masking the width of the goods.
  • the contact electrode is attached to a movement element that is operated by machine.
  • This movement element presses the contact electrode onto the surface of the material in such a way that the contact strips sit firmly on the surface to be treated and make electrical contact with them. It is important that during the contacting between the contact electrode and the good there is no transport-related relative movement.
  • a sufficient amount of conditioned electrolyte is introduced into the small electrolytic cells.
  • the electrolytic treatment ie a treatment step, then takes place in the relative resting state of the material and the contact electrode. After a process-related time, the movement organ opens the contact electrode, ie it is lifted off the surface of the good again.
  • a process-related, step-by-step, relative feed takes place, ie a transport of the goods or the contact electrode.
  • a transport of the goods or the contact electrode Through these transport steps, new surface areas of the goods are repeatedly covered by the contact strips and others are released again.
  • all surface areas are treated statistically for the same amount of time by constant repositioning.
  • the contact electrode By opening the contact electrode, the electrolyte in the small electrolytic cells is exchanged and the resulting gas can escape. Opening and closing the contact electrode creates a hydrodynamic pressure of the electrolyte on the material. If there are holes in the property, e.g. With printed circuit boards, there is also a forced electrolyte exchange in the holes.
  • the contact electrode is closed and opened cyclically by means of the movement element.
  • the cycle times of the treatment steps and the feed steps are specified by the respective process.
  • the electrolytic treatment can range from a few milliseconds to many minutes per cycle, for example from 10 milliseconds to an hour.
  • the feed per cycle is in the range of 0.1 mm and extends up to 3 m.
  • the feed for continuous systems and immersion bath systems is in the lower area and for belt systems in the above range.
  • a control and synchronization device coordinates the individual steps, ie the movements of the movement organ and the feed of the goods as well as the timely switching on and off of the bath flow.
  • One or more contact electrodes and movement organs are located in a working container filled with electrolyte.
  • the contact electrode is in the closed state with the material under the bathroom mirror.
  • Pumps convey the electrolyte in the circuit through the working tank and through conditioning devices such as filters, cooling, heating and dosing.
  • the conditioned electrolyte is introduced directly into the small cells by means of a pump under pressure through electrolyte inlet holes in the contact electrode. In this case, treatment above or below the bath level of the working container is possible.
  • the electrolyte is discharged from the side of the contact electrode or through further electrolyte discharge holes.
  • the electrolyte can be introduced permanently or intermittently.
  • Conveyors convey the goods to and from the work container. The conveying of the goods within the working container can also take place through these conveying devices. But it can also be done by another synchronized transport organ.
  • the different designs of the conveying devices and the feed devices are determined by the type of electrolytic system, such as a continuous system or immersion bath system.
  • the electrical contacting of the goods and thus the formation of the electrolytic small cells can take place with the bath power source switched on, as can the opening. However, it can also be contacted and / or opened without current and the bath power source is only switched on during the treatment step. Electrical or electronic switching devices switch the bath power source on and off in good time.
  • a control device takes over the synchronization with the procedural steps, such as, for example, that of the movement organ.
  • a possible process sequence provides that the contact strips contact the contact electrode when de-energized and open again when de-energized. It is advantageous to switch the bath current source with the polarity reversed when the contact electrode is open. Possible metal deposits on defects in the insulation on the contacts can be etched electrolytically. The current density can be different in both polarities.
  • the operating mode, constant voltage or constant current of the bath current source can also be the same or different for the respective polarities. Both operating modes can also be used for the actual electrolytic process. With short cycle times of the movement organ of up to a few seconds, electronic bath current sources, but at least electronic switching means and switching devices, are preferably used. With longer cycle times, electromechanical switching devices can also be used.
  • One or more devices according to the invention are located in an electrolytic system.
  • at least two contact electrodes can face each other and simultaneously treat electrolytically on both sides.
  • the treatment of printed circuit boards with small through holes proves to be particularly advantageous.
  • the electrolyte is pressed into the small cells of one contact electrode by means of a pump through the electrolyte introduction soldering device. On the other side of the goods, it is sucked out again by means of a pump through electrolyte discharge holes.
  • This surprisingly succeeds in generating the overpressure and underpressure required for hole flooding exactly where it is needed, namely directly on the surfaces to be treated.
  • this electrolytically important effect is achieved with comparatively very small amounts of electrolyte circulating.
  • the simultaneous pressing and suction of the electrolyte takes place alternately from both sides of the material with the synchronized movement steps.
  • the contact electrodes can be located above or below the bath level of the working container.
  • This forced electrolyte flow through the small cells can also be interrupted during electrolytic treatment, i.e. intermittent or permanent.
  • the contacts are made of an elastic and electrically conductive material.
  • Such materials consist, for example, of silicone, which has been mixed with an electrically conductive filler, for example with a metal powder.
  • the elastic contact strips adapt very well to the unevenness of the surfaces to be treated.
  • Elastic metal strips especially if they are feathered, ie provided with comb-shaped incisions, also bridge unevenness on the surfaces to be treated.
  • the constant exchange of electrolytes by opening and closing the contact electrode allows the dimensioning of the small electrolytic cell to be adapted to the requirements of the actual electrolytic treatment.
  • a large electrolyte supply is not required in the small cell.
  • the distances between the contact strips can be kept small compared to the size of the structures to be treated. Because the contact electrode sits on the good by means of the stable contacts during the electrolytic treatment and because there is no relative movement between the good and the surface, the distance of the counterelectrode from the surface of the good can be kept very small without it electrical short comes.
  • a miniaturization of the contacts and the counter electrodes has almost no design and manufacturing limits. The minimum distances and dimensions can be chosen less than 1 mm.
  • the small distance between the contact strips means that even conductor runs that run in the feed direction are treated electrolytically for almost the same length of time as the conductor runs running transversely thereto or punctiform surfaces.
  • the small distance between the counterelectrode and the surface of the material means that very small surfaces to be treated, which are surrounded by a large insulating area, do not represent peaks and are therefore not treated electrolytically to a disproportionate extent.
  • the accuracy of the electrolytic treatment in particular when galvanizing structures, holes and blind holes, is further increased if a bipolar pulse current is used instead of a direct current as the bath current. This precision is necessary, among other things, for the electrolytic manufacture of structures with controlled impedance.
  • the small dimensions of the contact strips from one another are also advantageous in the electrolytic treatment of extremely thin layers, such as occur in plastic metallization.
  • diffusive mass transfer is preferably used because the mass transfer by convection leads to greater local differences in the deposition rate, particularly at edges.
  • electrolyte convection is almost non-existent during the electrolytic treatment. The material is transported by diffusion. This leads to good electroplating results when electrolytically filling micro blind holes in printed circuit boards. The same applies to the precise manufacture of conductor tracks with controlled impedance.
  • Diffusion-controlled treatment is also supported by the fact that in this case the direct, sharp radiation of electrolyte onto the surface of the goods, as is done according to the prior art, can be dispensed with. This leaves a thicker laminar underlayer on the surface of the material, which the ions have to overcome by diffusion. Structures and holes are treated more evenly. Further features of the invention are explained in more detail with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows in cross section a section of a contact electrode with the basic structure of the small electrolytic cell.
  • Fig. 2 shows the arrangement according to the invention, consisting of the contact electrode shown in the detail and the associated devices that are used to carry out the method.
  • Fig. 3 shows a small section of the contact electrode in side view and in six steps the basic process.
  • FIG. 4 shows a very simplified illustration of the contact electrode according to FIG. 1, including the associated devices according to FIG. 2, which is used as a clear symbol in the following FIGS. 5 to 10.
  • 5 shows an electrolytic system for the treatment of preferably disc-shaped material, such as hybrids, and the associated rotation / time diagram.
  • Fig. 1 shows in cross section a section of a contact electrode with the basic structure of the small electrolytic cell.
  • Fig. 2 shows the arrangement according to the invention, consisting of the contact electrode shown in the detail and the associated devices that are used to carry out the method.
  • Fig. 3 shows a small section of the contact electrode in side view and in
  • 6 shows an electrolytic system for the treatment of strip-like material in a discontinuous pass from roll to roll and the associated path / time diagram.
  • 7 shows an electrolytic system for the treatment of strip-like material in a continuous pass through the contact electrodes and the associated path / time diagram.
  • Fig. 8 shows an electrolytic plant for the treatment of plate-shaped material in the side view with horizontal transport of the material and the associated path / time diagram.
  • Fig. 9 shows an electrolytic system for the treatment of plate-shaped material in cross section in the vertical passage of the material through the system and the associated path / time diagram.
  • 10 shows an electrolytic system for the treatment of plate-like material in immersion bath systems and the associated movement / time diagram.
  • 11 shows a cross section of a contact electrode that is spatially matched to the material.
  • 12a shows a detail from a contact electrode using metal strips or metal brushes which are resilient and which are inserted in an insulating lining.
  • 12b shows a section of a contact electrode using spring-loaded metal contacts.
  • 12c shows a section of a contact electrode using an elastic and electrically conductive contact material with an elastic insulating lining.
  • 12d shows a section of a contact electrode using a rigid contact material and a rigid insulating material.
  • 13 shows a contact electrode with inclined elastic contact strips for bridging larger bumps on the surface of the material to be treated.
  • 14 shows the connection of the bath current source to the contact electrode with the three switching options: on, off, reversed polarity on.
  • FIG. 15 shows a sectional view of a contact electrode with an electrolyte feed into the small cells and a discharge of the electrolyte from the small cells and further details of the contact electrode.
  • FIG. 1 shows the good 1 to be treated, which has at least on the surface an electrically conductive layer 2 which is to be treated electrochemically.
  • This layer can be full-surface. It can also be structured and consist of electrically insulated islands. There may be blind holes and / or through holes in the estate.
  • the surface 2 to be treated electrolytically is contacted electrically by at least one contact strip 3.
  • This contact strip 3 extends vertically into the plane of the drawing. It consists of the contact 4 and the contact insulation 5 located on both sides thereof.
  • the contact insulation 5 completely covers the contact 4, with the exception of the actual contact surface, which is seated on the electrically conductive layer 2.
  • the contact strips 3 are attached to the base body 6.
  • An electrically conductive counter electrode 7 is located between each two contact strips 3.
  • a large number of contact strips 3 and counter electrodes 7, for example 200 pieces each, are generally arranged on a base body 6. These contacts 4 and counter electrodes 7 are each connected to one another by means of electrical conductors 8 on the base body 6 insulated here. All contacts 4 are connected to one pole of the bath current source 12. The other pole is connected to the counter electrodes 7.
  • the polarity shown in Figure 1 shows the application in electroplating and electrochemical reduction of the good.
  • the electrically conductive layer 2 and the counter electrode 7 form the the counter electrode 7 form the electrolytic small cell 9. Additional electrolyte can be introduced into this small cell 9 through electrolyte introduction soldering holes 10, which flows along the contact strips 3 and counter electrodes 7 and laterally escapes from the small cells 9 again. This introduced electrolyte can also be discharged from the small cell through electrolyte discharge holes 11 to increase the flow.
  • the base body 6, the contact strips 3 attached to it and the counter electrodes 7 form the contact electrode 30.
  • the contact electrode 30 is integrated in an arrangement which is shown schematically in FIG. 2.
  • the contact electrode 30 is carried by a movement member 16. This organ can lift the contact electrode 30 from the good 1, approach it again and press it on. Together with the contact electrode in the raised state, it can also perform a movement step in or against the direction of the direction of advance arrow 17.
  • the contact electrode can be lifted off and approached from the material by a linear and / or pivoting movement of the contact electrode. Swiveling increases the electrolyte exchange.
  • the contact electrode 30 presses the good 1 and this against a stationary body that is flat for flat goods and absorbs the counterforce. This body is called the force body 18.
  • a further contact electrode 30 takes the place of the force body 18 if the material 1 is to be treated on both sides at the same time.
  • the material 1 is conveyed step by step in the working container 20 by means of a feed device 19. Outside of the working container 20, one or more transport devices 21 can be arranged, which ensure the supply and discharge of the goods 1 into the working container 20.
  • a vibrator 22 acts on the base body 6 to generate pressure surges in the electrolyte, in particular when treating material with small holes.
  • the contacts 4 and the counter electrodes 7 are connected to the bath current source 12 in order to supply power to the small electrolytic cells 9.
  • a control unit 23 coordinates and controls all movement sequences of the entire arrangement, which is indicated by the dashed lines.
  • the electrolyte is conveyed through the working container 20 in the circuit 24.
  • the following are inserted into this circuit: a pump 25, a filter 26 and a metering unit 27 for conditioning the electrolyte.
  • the level of the electrolyte 28 in The working container 20 lies over the contact electrode 30.
  • the electrolyte can, however, also be pumped directly into the small cells 9, which is not shown in FIG. 2.
  • the empty working container 20 serves only as an electrolyte collecting container.
  • the openings in the working container 20 through which the material 1 gets into and out of it This can be done, for example, by a handling device over the edge of the container. Likewise, in continuous systems, it can be done through slots in the container wall. The slots are sealed using known sealing rollers. All of the electrical switching and polarity reversal devices according to the invention should also be contained in the symbolically represented bath current source 12.
  • Figure 3 shows a very small section of a contact electrode 30 in cross section.
  • the representations A to F show the individual method steps of the invention.
  • the contact electrode 30 is located in step A without a good in a work container, not shown.
  • step B the material 1 to be treated was positioned in front of the contact electrode 30.
  • step C the contact electrode 30 and the material 1 are brought closer together.
  • the material 1 can approach the contact electrode 30 by means of a drive. This is indicated by the dashed arrow.
  • the contact electrode 30 and the material 1 can also be moved towards one another at the same time. However, the contact electrode 30 is preferably moved in the direction of the solid arrow to the good 1 by means of a movement element.
  • step D the contact electrode 30 is seated on the good 1. The contact surfaces of the contacts 4 are pressed firmly onto the electrically conductive layer 2 of the good 1 and are thus electrically contacted. Electro-lytic, strip-shaped small cells 9 are formed under each counter electrode 7. Step D is the actual electrolytic treatment step.
  • step E the contact electrode 30 and the material 1 move away from each other again.
  • the electrolyte exchange also begins in front of the contact electrode 30.
  • step F the material 1 is transported a feed step in the direction of the arrow.
  • step C These movement and treatment steps of the contact electrode 30 are repeated continuously until the goods are finished. Then it is removed from the working container or it moves out of it again during the gradual passage.
  • the process steps namely the relative approach of the contact electrode 30 and the good, placement of the contact strips 3 on the surface of the good to be treated, the same remaining on the surface for the electrolytic treatment, with no relative transport movement taking place between the good and the contact electrode 30,
  • FIG. 3 Lifting off the surface and mutual removal of contact electrode 30 and good 1, as well as repositioning the position of the good in relation to contact electrode 30, are shown in FIG. 3 for one-sided treatment of a flat good. With two opposite contact electrodes 30, treatment on both sides can take place simultaneously. The process steps then run simultaneously and / or out of phase on both sides of the goods.
  • FIG. 4 shows a symbol at the top, which is used for clear presentation in the other figures.
  • the rectangle represents a simplified contact electrode 30 with all control devices.
  • the bath current source not shown, is connected to the electrical connections labeled + and -.
  • the dashed line symbolizes the contact strips 3 and the counter electrodes 7.
  • Figure 5 shows an arrangement for the electrolytic treatment of disc-shaped material.
  • the material 1 is clamped to the force element 18 by means of a cylindrical clamp 31.
  • the inside of the clamp 31 forms the working space 32, which is filled with electrolyte.
  • the outer container serves as a collecting container 33 for the entire arrangement.
  • a motor 34 performs a step-wise rotating movement of the good 1 with respect to the contact electrode 30 and only when the contact electrode 30 does not contact the good 1. These angular steps can also be overlaid by a step-by-step linear movement.
  • the linear movements take place alternately in both directions.
  • the diagram in FIG. 5 shows the switch-on and switch-off times of the motor 34.
  • the electrolytic treatment takes place between two switch-on phases.
  • Figure 6 shows an arrangement for double-sided electrolytic treatment of tapes.
  • the goods 1 are transported step by step in the direction of the arrow from roll to roll.
  • the feed steps represented by the interrupted arrow are shown in the path / time diagram of FIG. 6.
  • the movement members 16 lift the upper and lower contact electrodes 30 from the good 1 to carry out the feed steps. After feeding, they are put back on and the treatment is continued.
  • FIG. 7 also shows a belt system, but with continuous transport of the goods 1.
  • These movement members 16 perform vertical opening and closing movements towards the goods 1 and, in addition, parallel to the goods, feed movements in the transport direction thereof and against the transport direction.
  • the 4 arrows next to the organs of movement indicate this.
  • the closed contact electrodes 30 fly along with the electrolytic treatment along a small transport path with the good 1, similar to the known flying saw without doing a relative movement between the good 1 and the contact electrodes 30.
  • the movement members 16 lift the contact electrodes 30 from the good 1 and jump back against the transport movement of the good in order to be pressed against the good again and to be treated with it. This process is repeated cyclically. All movement speeds are coordinated and synchronized with each other.
  • the width of the contact electrodes preferably corresponds to the width of the band to be treated. If the material is narrower than the contact electrode, an electrically insulating, flat screen can cover the unused areas of the contact electrode. This stopping down applies equally to all other applications of the invention.
  • the length of the contact electrodes in the transport direction is determined by the transport speed and the required exposure time.
  • a very long contact electrode 30 with many contact strips is used, for example with a length of one meter.
  • the number of contact strips required for this depends on the size of the isolated structures.
  • fine conductor technology such as occurs with SmartCards, distances of the small cells of, for example, 1 mm in the direction of transport are advantageous.
  • many contact electrodes 30 can be in the direction of transport of the good can be used to increase performance. They are synchronized with one another in such a way that good, statistically distributed electrolytic treatment of the surfaces takes place.
  • FIGS. 6 and 7 are outstandingly suitable for the electrolytic treatment of endless plastic films with insulated, electrically conductive structures, such as e.g. Conductor foils or smart cards.
  • Figure 8 shows in simplified form a horizontal continuous system for plate-like material 1, such as Printed circuit boards in side view. Movement elements 16 open and close the contact electrodes 30. Drives, not shown, move the material 1 by means of rollers after each treatment step. The transport steps are shown in the diagram in FIG. 8. The same FIG. 8 represents a vertical continuous system if the entire arrangement, with the exception of the working container 20, is rotated by 90 °. In this case, the drawing shows the top view.
  • FIG. 9 Another vertical continuous system is shown in FIG. 9 with the associated path / time diagram.
  • Motor-driven rollers convey the plate-like material 1 step by step into the plane of the drawing.
  • Upper and / or lower driven transport rollers 44 with profile, according to the detailed illustration, can also be used.
  • FIG. 10 shows an arrangement in an immersion bath system with the working container 20.
  • the plate-like material 1 is fastened to a goods carrier 36 by means of clips 35.
  • the clamps 35 and the goods carrier 36 can be made of electrically non-conductive materials and can therefore be produced inexpensively. This leads to simple and small transport trolleys and overall to significantly smaller and more cost-effective systems with comparable system performance.
  • Movement elements 16 actuate the contact electrodes 30 as already described.
  • a switchable goods movement in the direction of the arrow ensures a statistically distributed placement of the contact electrodes 30 on the goods in each step.
  • guide elements (not shown) can hold the goods with the contact open. keep the electrode at a distance from it.
  • FIG. 10 again shows the associated motion diagram. The goods are treated between the movements shown.
  • FIG. 11 shows a spatially shaped contact electrode 30 in detail and in cross section. It is precisely adapted to the external shape of the good 1. This avoids the peak effect that otherwise occurs with large electrolytic treatment differences.
  • the shaped bodies can also be inner hollow bodies.
  • the contact electrodes can be designed with only partially equipped contact strips on the appropriately designed surface areas. An example of this are printed circuit boards with contact fingers that can only be gold-plated on the edge.
  • FIG. 12 shows four possible embodiments of contact strips which are attached to base bodies. They are shown in cross-section and they extend into the plane of the drawing. The elasticity or the mobility of the strips is to be shown on the respective contact strip 3, which is shown on the right without good 1.
  • the contact strips 3 in FIG. 12a are particularly suitable for their manufacture by means of precision engineering. Elongated grooves 37 are milled into the metallic base body 6, which also forms the counter electrodes 7 between two contact strips 3. In the grooves 37 there are insulating strips 38 e.g. inserted from plastic. Likewise, a rigid, elastic and / or feathered contact band 39 is inserted into each insulated groove. The contact strip is gripped in the groove with a u-shaped metallic bracket 40. The brackets 40 are electrically connected to one another on the face of the base body 6, e.g. by soldering. When the contact strips 39 are pressed onto the good 1, the insulating strips 38 are also placed on the surface of the good for the purpose of contact insulation.
  • rigid wedge-shaped contacts 41 are inserted into the insulating strips 38. These are under spring force by means of an elastic material 42.
  • the material 42 is at the same time electrically conductive and also establishes the front electrical connection of all contacts 41.
  • the wedge-shaped contact can consist of many very short, ie thinly constructed and stacked, wedge-shaped plates, which are made of conductive, elastic Material to be contacted. This compensates for differences in height on the surface to be treated very well.
  • the contact electrodes of FIGS. 12c and 12d are also suitable for miniaturizing the contact strips and the counterelectrodes, because the widespread chemical or physical coating processes can be used in the production. Examples of this are layer construction techniques of wafer technology, hybrid technology and printed circuit board technology as well as the processes for liquid coating.
  • grooves 37 are made in the base body 6 for receiving the contact strips by, for example, milling, etching, eroding or solid-state laser cutting.
  • the contacts 4 with the contact insulation 5 are inserted and fastened by gluing or undercut.
  • the contacts 4 consist of an elastic and electrically conductive material, which adapts to all unevenness of the material to be treated.
  • the contact insulation 5 extends up to the contact surface of the contact 4.
  • the contacts 4 are electrically connected to one another at the end face on the base body 6.
  • the contact insulations 5 and the contacts 4 can also be produced, for example, in several working steps by spraying, spraying, pouring and painting directly into the grooves, in each case with and without subsequent mechanical processing.
  • the base body 6 forms the counter electrode 7 between the contact strips 3.
  • the contact strips 3 consist of rigid, for example metallic materials, which are fastened to the base body 6.
  • This contact electrode is suitable for the treatment of flexible material which is pressed from the opposite side to the surface of the rigid contact electrode by means of an elastic intermediate layer.
  • FIG. 13 shows a contact electrode with inclined flexible contact strips 3. These feathered or uninterrupted strips lie very well against an uneven surface.
  • electrolyte inlet holes 10 are drawn symbolically for many such holes through the counter electrodes 7. In the depth of the plane of the drawing, inlet holes 10 and outlet holes 11 of a row alternate or there are only inlet holes. The same applies to all other embodiments of the contact electrode 30 with regard to the lead-in and lead-out holes.
  • FIG. 14 shows the connection of the bath current source 12 to the contact electrode 30 via electrical conductors 8. Electronic or electromechanical switches 43 are inserted into this circuit. A control unit 23 thus switches the contact electrode 30 anodically ON or cathodically ON or OFF. The respective operating mode determines the movement and treatment steps of the electrolytic process that are currently taking place.
  • FIG. 15 shows a contact electrode which enables an increased electrolyte exchange in the small cells during the treatment.
  • the electrolyte exchange can be increased by introducing electrolyte through holes 10 in the counter electrodes 7.
  • All electrolyte inlet 10 are connected to each other by electrolyte inlet channels 13 and an inlet manifold 14 on the base body 6 and connected to an electrolyte pump via flexible hoses, not shown.
  • the electrolyte outflow from the small cells takes place on the end faces of the base body 6.
  • a further increase in the electrolyte exchange and / or forced gas discharge is achieved through electrolyte discharge holes 11, likewise in the base body 6 and through the counter electrodes 7.
  • the electrolyte can escape from the small cells 9 through these holes.
  • the electrolyte discharge holes 11 can also be brought together on the base body 6 through further electrolyte discharge channels 15 and separately from the electrolyte introduction channels 13 by means of diversion collecting channels 29.
  • a suction pump (not shown), connected to the contact electrode via flexible hoses, causes an electrolyte circuit which can be adjusted in intensity and forced through the small cells 9.
  • a treatment step can be selected correspondingly longer in time.
  • the small electrolyte volume in the small cell which is possible in comparison with electrolytic systems according to the prior art, enables a largely continuous electrolyte exchange in the small cell to be achieved with comparatively very small amounts of electrolyte circulating.
  • electrolyte is therefore only exchanged where it is needed. This means that only a small amount of electrolyte has to be present in the electrolytic system.
  • Fastening elements are attached to the base body 6 which are suitable for fastening and moving the contact electrode in the electrolytic system. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut. Sie findet Anwendung bei der Behandlung von Vollflächen und von elektrisch isolierten Strukturen auch mit sehr kleinen Abmessungen, wie sie z.B. in der Leiterplattentechnik vorkommen. Die Anordnung besteht aus einer Kontaktelektrode (30), die zyklisch an das zu behandelnde Gut (1) mittels eines Bewegungsorganes (16) fest angedrückt wird. Dabei bilden sich Kleinzellen zur elektrolytischen Behandlung. Während dieser Behandlung findet keine relative Transportbewegung zwischen dem Gut (1) und des Kontaktelektrode (30) statt. Nach jedem Behandlungsschritt öffnet das Bewegungsorgan die Kontaktelektrode für den anschliessenden Transport des Gutes. Der Transport erfolgt schrittweise immer dann, wenn Kontaktelektrode nicht am Gut (1) anliegt.

Description

Anordnung und Verfahren für elektrochemisch zu behandelndes Gut.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft das elektrochemische Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von flachem und von räumlich ausgebildetem Gut, das mindestens an der Oberfläche aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung, wenn das Gut aus einem nichtleiten- den Werkstoff besteht, der an der Oberfläche partiell elektrochemisch zu behandeln ist. Anwendungsbeispiele hierfür sind das Galvanisieren von Kunststoffformteilen, Kunstoffplatten und Kunststofffolien sowie die elektrolytische Behandlung von Hohlwaren, Stäben, Leiterplatten, Leiterfolien, Hybriden, SmartCards und anderen Substraten. Die Anordnung und das Verfahren eignen sich auch zur elektrochemischen Bearbeitung von Sacklöchern und Durchgangslöchern in Leiterplatten. Die Erfindung eignet sich für den Einsatz in Tauchbadanlagen, Durchlaufanlagen, Bandanlagen, und getakteten Automaten. Zur elektrolytischen Behandlung muß die Oberfläche der zu behandelnden Stel- len des Gutes elektrisch leitfähig und mit einem Pol einer Badstromquelle verbunden sein. Der andere Pol der Badstromquelle ist mit einer dem Gut gegenüberstehenden Elektrode, der so genannten Gegenelektrode elektrisch leitend verbunden. Bei Kunststoffteilen wird die elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche in Form einer leitfähigen Grundschicht z.B. durch eine chemische Metallisierung oder durch Sputtern aufgebracht. Dies sind kostenintensive Prozesse. Deshalb wird versucht, mit möglichst dünnen elektrisch leitfähigen Grundschichten auszukom- men. Wegen der notwendigen hohen Stromdichten und aus Qualitätsgründen bezüglich der Schichtdickenverteilung sind Mindestschichtdicken durch die vorgelagerten Metallisierungsverfahren erforderlich. Die hohen elektrolytischen Ströme führen bei dünnen Grundschichten, z.B. beim Galvanisieren von SBU - Leiterplatten (sequentual build up), zu großen Schichtdickenunterschieden an den Oberflächen bis hin zum Abschmelzen der Grundschicht.
Ein weiteres Problem ist das elektrolytische Behandeln von elektrisch isolierten Strukturen auf nicht leitenden Substraten. In der Praxis wird dies durch außenstromlose chemische Verfahren bearbeitet. Diese Verfahren sind prozeßtechnisch sehr aufwendig und in der Badführung kritisch. Nicht zuletzt müssen die Badbehälter wöchentlich gereinigt werden.
Deshalb wird weiter nach Verfahren gesucht, die eine elektrische Kontaktierung von elektrisch isolierten Strukturen zum Zwecke der elektrolytischen Behandlung ermöglichen. Die übliche elektrische Kontaktierung am Rand des Gutes ist hierfür nicht möglich. Ein Verfahren zur elektrolytischen Behandlung derartiger Struktu- ren wird in der Druckschrift DE 196 12 555 beschrieben. Die zu behandelnden Oberflächen des Gutes werden während des kontinuierlichen Transportes nacheinander von stationär angeordneten, feindrähtigen und elektrisch leitfähigen Kontaktbürsten berührt. Die Kontaktbürsten streichen zur elektrolytischen Behandlung nur leicht über die Oberflächen, um diese und sich selbst nicht zu be- schädigen. Sie leiten den Badstrom zu den isolierten Oberflächenbereichen. Die jeweilige Gegenelektrode ist in der Nähe der Bürsten angeordnet. Zwischen einer Bürstenreihe und der Gegenelektrode befindet sich ein Isolierstreifen, der elektrisch isolierend wirken soll. Beim Galvanisieren mit derartigen Bürsten kommt es zur bevorzugten Galvanisie- rung der Bürsten selbst. Wegen der hohen Streufähigkeit der elektrolytischen Bäder führen kleinste undichte Stellen in der Trennwand zum Durchtritt des elektrischen Feldes und damit zur unerwünschten Metallisierung der kathodi- schen Bürsten. Die Bürsten werden daher in kürzester Zeit hart und unbrauchbar. Sie müssen etwa im Minutenabstand elektrolytisch entmetallisiert werden. Die vorgeschlagene elektrische Isolation am Außenmantel jeder einzelnen Bürstenfaser erreicht in der Leiterplattenpraxis keine Standzeit. Die Isolation wird an den sehr scharfen Kanten der glasfaserverstärkten Leiterplatten sowie an den Kanten der Löcher in den Leiterplatten, die unter den Bürstenreihen entlangfahren, zerstört. Gleiches geschieht mit den feinen Bürstenfasern selbst im rauhen Produktionsbetrieb. Der dabei entstehende Abrieb verursacht zusätzliche Qualitätsprobleme. Bei der bevorzugten Anwendung in Durchlaufanlagen zur Leiterplattenbehandlung wirken sich die unterschiedlichen Dicken des Gutes nachteilig aus. Der Abstand der Bürsten und der Trennwand ist zumindest an der Oberseite des Gutes abhängig von der Dicke. Die stationären Bürsten werden mehr oder weniger wegen des Höhenunterschiedes an den scharfen Kanten der Leiterplatten schleifen und verschleißen. Die ebenfalls stationären Trennwände können ihre Funktion, die Bürsten und die Gegenelektrode elektrisch zu isolieren, nicht erfüllen. Der verbleibende Spalt ist zu groß. Insbesondere bei dünnem Gut ist die Trennung wegen der größeren Entfernung zur Trennwand im Vergleich zu dickerem Gut unzureichend. Nicht zuletzt ist eine für die Feinleitertechnik notwendige Miniaturisierung der Bürstenanordnung konstruktiv nicht möglich.
In der Schrift Patent Abstacts of Japan 63297588 vom 05-12-88 wird ein ähnliches Galvanisierverfahren beschrieben. Eine kathodisch gepolte Walze mit elektrisch leitfähigen Bürsten kontaktiert die zu behandelnden Oberflächenbereiche. Eine Anode befindet sich in der Nähe des Gutes und der Kontaktwalze. Das Gut fährt kontinuierlich durch die Walzenanordnung hindurch und wird dabei an den elektrisch kontaktierten Oberflächenbereichen galvanisiert. Zugleich wird nachteiligerweise die Kontaktwalze bevorzugt galvanisiert und somit sehr schnell unbrauchbar. Dieses Verfahren ist aus den bereits oben genannten Gründen praktisch nicht anwendbar.
In der Druckschrift US 5 114 558 wird ein weiteres elektrolytisches Verfahren zur Oberflächenbehandlung von elektrisch isolierten und leitfähigen Bereichen von Leiterplatten beschrieben. Die Bürste und die Gegenelektrode werden in einer walzenförmigen oder flachen Anordnung mittels eines porösen Separators getrennt. Von der dem Gut zugewandten Seite der Anordnung verlaufen Metallfasern, die die zu behandelnden Stellen des Gutes im Durchlauf berühren. Wegen der räumlichen Nähe der Bürste und der Gegenelektrode wird der elektrochemi- sehe Prozeß innerhalb der Anordnung im Separator stattfinden. Ein Stromfluß über die Bürstenfasern zur Oberfläche des Gutes und von dort auf dem selben Weg zurück erscheint nicht möglich. Somit findet auch keine elektrolytische Behandlung des Gutes statt.
Ein Beispiel zur Anwendung der vorliegenden Erfindung beschreibt die Offenle- gungsschrift DE 43 37 988 unter Verwendung anderer Mittel, nämlich Kontaktwalzen für vollflächige Leiterplatten. An der Oberfläche oxidierte Leiterplatten werden mittels Wasserstoff, der durch Elektrolyse an der zu behandelnden Oberfläche kathodisch erzeugt wird, reduziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zu beschreiben, das zur elektrolytischen Behandlung von flachem und von räumlich ausgebildetem Gut geeignet ist und das die Mängel der oben beschriebenen Erfindungen nicht aufweist. Insbesondere soll die Erfindung zur elektrolytischen Präzisionsbe- arbeitung von Strukturen und Vollflächen im Bereich der Leiterplattentechnik , der Wafertechnik und der Hybridtechnik geeignet sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Anordnung und durch das in Patentanspruch 12 beschriebene Verfahren.
Die Anordnung besteht im wesentlichen aus mindestens einer Vorrichtung, bestehend aus mindestens einem, meist aber vielen Kontaktstreifen mit dazwischenliegenden Gegenelektroden. Diese Vorrichtung bildet eine Baueinheit, die nachfolgend als Kontaktelektrode bezeichnet wird. Einzelheiten der Kontaktelekt- rode sind in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung DE 100 43 816.4 beschrieben. Die vom Kontaktstreifen kontaktierte Oberfläche des Gutes und die Gegenelektrode bilden eine elektrolytische Zelle, die nachfolgend als elektrolytische Kleinzelle bezeichnet wird. Die kontaktierte Oberfläche des Gutes bildet in Abhängigkeit vom elektrolytischen Prozeß beim Galvanisieren und Reduzieren der Oberflä- chen die Kathode und die Gegenelektrode die Anode der Kleinzelle. Beim Ätzen und Oxidieren bildet die Oberfläche des Gutes die Anode und die Gegenelektrode die Kathode. Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für lösliche und für im Elektrolyten unlösliche Gegenelektroden. Werden die Gegenelektroden als Anoden betrieben, so werden bevorzugt unlösliche Anoden verwendet.
Die Kontaktstreifen sind seitlich an ihrer Oberfläche bis an die eigentliche Kontaktfläche heranreichend elektrisch isoliert. Die Kontaktstreifen der Kontaktelektrode sind untereinander parallel geschaltet und mit dem ersten Pol einer Badstromquelle verbunden. Die Gegenelektroden sind ebenfalls elektrisch paral- lel geschaltet und mit dem anderen Pol der Badstromquelle elektrisch verbunden. Als Badstrom eignet sich Gleichstrom, unipolarer Pulsstrom und bipolarer Pulsstrom. Nachfolgend werden auch diese Pulsströme allgemein als Badstrom bezeichnet. Bei plattenförmigem Behandlungsgut ist die Oberfläche der Kontaktelektrode, d.h. die Seite, die auf dem zu behandelnden Gut aufsetzt, eben. Bei räumlich ausgebildetem Gut wird die aktive Oberfläche der Kontaktelektrode der Form des Gutes angepaßt. Zum räumlich ausgebildeten Gut zählen auch Innenhohlkörper. Bei einer partiellen elektrolytischen Behandlung wird bei ebenem und geformtem Gut die Kontaktelektrode entsprechend partiell mit Kontaktstreifen und Gegen- elektroden ausgestattet. Die Kontaktelektrode ist quer zur Transportrichtung des Gutes im allgemeinen so lang, wie das Gut breit ist. Bei unterschiedlichen Breiten des Gutes kann die Kontaktelektrodenbreite durch Zu- und Abschaltung von Kontaktelektrodengruppen oder durch Blenden der Gutbreite angepaßt werden.
Die Kontaktelektrode ist an einem Bewegungsorgan befestigt, das maschinell betätigt wird. Dieses Bewegungsorgan drückt die Kontaktelektrode auf die Oberfläche des Gutes derart, daß die Kontaktstreifen auf die zu behandelnde Oberfläche fest aufsetzen und diese elektrisch kontaktieren. Wichtig ist, daß während der Kontaktierung zwischen der Kontaktelektrode und dem Gut keine transportbedingte relative Bewegung stattfindet. Durch das Annähern der Kontaktelektrode und Aufsetzen der Kontaktstreifen auf das Gut, also durch ein Schließen der Kontaktelektrode, wird ausreichend viel konditionierter Elektrolyt in die elektrolyti- sehen Kleinzellen eingebracht. Im relativen Ruhezustand von Gut und Kontaktelektrode findet dann die elektrolytische Behandlung, d.h. ein Behandlungsschritt statt. Nach einer prozeßbedingten Zeit öffnet das Bewegungsorgan die Kontaktelektrode, d.h. sie wird wieder von der Oberfläche des Gutes abgehoben. Zugleich findet ein prozeßbedingter, schrittweiser, relativer Vorschub, d.h. ein Transport des Gutes oder der Kontaktelektrode statt. Durch diese Transportschritte werden immer wieder neue Oberflächenbereiche des Gutes von den Kontaktstreifen abgedeckt und andere wieder freigegeben. Während des Durchlaufes des Gutes durch eine Anlage oder des schrittweisen Fahrens der geöffneten Kontaktelektrode über das in der Anlage ruhende Gut werden alle Oberflächenbereiche durch das ständige Neupositionieren statistisch gleichlang elektrolytisch behandelt.
Durch das Öffnen der Kontaktelektrode wird der Elektrolyt in den elektrolytischen Kleinzellen ausgetauscht und es kann entstandenes Gas entweichen. Durch das Öffnen und Schließen der Kontaktelektrode entsteht ein hydrodynamischer Druck des Elektrolyten auf das Gut. Befinden sich in dem Gut Löcher, wie z.B. bei Leiterplatten, so findet auch in den Löchern ein forcierter Elektrolytaustausch statt.
Das Schließen und Öffnen der Kontaktelektrode erfolgt mittels des Bewegung- sorganes zyklisch. Die Taktzeiten der Behandlungsschritte und der Vorschub- schritte werden vom jeweiligen Prozeß vorgegeben. So kann die elektrolytische Behandlung von wenigen Millisekunden bis zu vielen Minuten je Zyklus reichen, z.B. von 10 Millisekunden bis zu einer Stunde. Der Vorschub je Zyklus liegt in Abhängigkeit von der Art der Anlage im Bereich von 0,1 mm und reicht bis zu 3 m. Dabei liegt der Vorschub bei Durchlaufanlagen und Tauchbadanlagen im unteren Bereich und bei Bandanlagen im oberen genannten Bereich. Eine Steuer- und Synchronisationseinrichtung koordiniert die einzelnen Schritte, d.h. die Bewegungen des Bewegungsorganes und den Vorschub des Gutes sowie das zeitgerechte Ein- und Ausschalten des Badstromes. Eine oder mehrere Kontaktelektroden und Bewegungsorgane befinden sich in einem mit Elektrolyt gefüllten Arbeitsbehälter. In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Kontaktelektrode im geschlossenen Zustand mit dem Gut unter Badspiegel. Pumpen fördern den Elektrolyt im Kreislauf durch den Arbeitsbehälter und durch Konditionierungseinrichtungen wie z.B. Filter, Kühlungen, Heizungen und Dosierungen. In einer weiteren Ausführungsform wird der konditionierte Elektrolyt mittels einer Pumpe unter Druck durch Elektrolyteinlaßlöcher der Kontaktelektrode direkt in die Kleinzellen eingeleitet. In diesem Falle ist eine Behandlung über oder unter dem Badspiegel des Arbeitsbehälters möglich. Die Elektrolytausleitung erfolgt seitlich aus der Kontaktelektrode oder durch weitere Elektrolytausleitlöcher. Die Elektrolyteinleitung kann permanent oder intermittierend erfolgen. Fördereinrichtungen fördern das Gut zum und vom Arbeitsbehälter. Der Vor- schub des Gutes innerhalb des Arbeitsbehälters kann ebenfalls durch diese Fördereinrichtungen erfolgen. Er kann aber auch durch ein weiteres synchronisiertes Transportorgan erfolgen. Die unterschiedlichen Ausführungen der Fördereinrichtungen und der Vorschubeinrichtungen werden von der Art der elektrolytischen Anlage bestimmt, wie z.B. Durchlaufanlage oder Tauchbadanlage.
Das elektrische Kontaktieren des Gutes und somit das Bilden der elektrolytischen Kleinzellen kann bei eingeschalteter Badstromquelle erfolgen, ebenso das Öffnen. Es kann aber auch stromlos kontaktiert und/oder geöffnet werden und nur während des Behandlungsschrittes ist die Badstromquelle eingeschaltet. Elektri- sehe oder elektronische Schaltgeräte schalten die Badstromquelle zeitgerecht ein und aus.
Die Synchronisation mit den Verfahrensschritten, wie z.B. die des Bewegungsor- ganes, übernimmt eine Steuerungseinrichtung. Ein möglicher Verfahrensablauf sieht vor, daß die Kontaktstreifen der Kontaktelektrode stromlos kontaktieren und stromlos wieder öffnen. Vorteilhaft ist es, bei geöffneter Kontaktelektrode die Badstromquelle umgepolt einzuschalten. Mögliche Metallablagerungen an z.B. Fehlstellen der Isolation an den Kontakten können dadurch elektrolytisch geätzt werden. Die Stromdichte kann in beiden Polaritäten unterschiedlich groß sein. Auch die Betriebsart, Spannungskonstanthaltung oder Stromkonstanthaltung der Badstromquelle, kann bei den jeweiligen Polaritäten gleich oder unterschiedlich sein. Beide Betriebsarten sind jeweils auch für den eigentlichen elektrolytischen Prozeß anwendbar. Bei kurzen Zykluszeiten des Bewegungsorganes von bis zu einigen Sekunden werden bevorzugt elektronische Badstromquellen, zumindest aber elektronische Schaltmittel und Schaltgeräte, verwendet. Bei längeren Zykluszeiten können auch elektromechanische Schaltgeräte verwendet werden.
In einer elektrolytischen Anlage befinden sich eine oder mehrere erfindungsge- mäße Vorrichtungen. Bei plattenförmigem Gut können sich mindestens zwei Kontaktelektroden gegenüberstehen und gleichzeitig an beiden Seiten elektrolytisch behandeln. Die Behandlung von Leiterplatten mit kleinen Durchgangslöchern erweist sich dabei als besonders vorteilhaft. Der Elektrolyt wird in die Kleinzellen der einen Kontaktelektrode mittels einer Pumpe drückend durch die Elektrolyteinleitlöeher eingeleitet. Auf der anderen Seite des Gutes wird er mittels einer Pumpe saugend durch Elektrolytausleitlöcher wieder ausgeleitet. Damit gelingt es überraschend, genau dort den zur Lochdurchflutung erforderlichen Überdruck und Unterdruck zu erzeugen, wo er benötigt wird, nämlich unmittelbar an den zu behandelnden Flächen. Zudem wird dieser elektrolytisch bedeutsame Effekt mit vergleichsweise sehr kleinen Elektrolytumlaufmengen erreicht. Das gleichzeitige Drücken und Saugen des Elektrolyten erfolgt abwechselnd von beiden Seiten des Gutes mit den synchronisierten Bewegungsschritten. Die Kontaktelektroden können sich bei dieser Behandlung über oder unter dem Badspiegel des Arbeitsbehälters befinden. Auch dieser forcierte Elektrolytdurchfluß durch die Kleinzellen kann beim elektrolytischen Behandeln zeitlich unterbrochen, d.h. intermittierend oder permanent erfolgen.
Bei nicht vollkommen ebenem Gut kann es vorkommen, daß metallisch massive Kontakte nicht durchgehend an der Oberfläche des Gutes anliegen und kontak- tieren. Gleiches geschieht, wenn Leiterplatten mit Lötstopplack versehen sind und die um die Dicke des Lackes tiefer liegenden elektrisch isolierten Strukturen kontaktiert und elektrolytisch behandelt werden sollen. In diesen Fälle werden die Kontakte aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt. Derartige Werkstoffe bestehen z.B. aus Silikon, das mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff, z.B. mit einem Metallpulver versetzt worden ist. Die elastischen Kontaktstreifen passen sich den jeweiligen Unebenheiten der zu behandelnden Oberflächen sehr gut an. Elastische Metallstreifen, insbesondere wenn sie gefie- dert, d.h. mit kammförmigen Einschnitten versehen sind, überbrücken ebenfalls Unebenheiten auf den zu behandelnden Oberflächen.
Der fortwährende Elektrolytaustausch durch Öffnen und Schließen der Kontaktelektrode erlaubt die Dimensionierung der elektrolytischen Kleinzelle den Erfordernissen der eigentlichen elektrolytischen Behandlung anzupassen. In der Kleinzelle wird kein großer Elektrolytvorrat benötigt. Dies bedeutet, daß die Abstände der Kontaktstreifen voneinander im Vergleich zur Größe der zu behandelnden Strukturen klein gehalten werden können. Weil die Kontaktelektrode mittels der stabilen Kontakte während der elektrolytischen Behandlung auf dem Gut aufsitzt und weil keine relative Bewegung zwischen dem Gut und der Ober- fläche stattfindet, kann der Abstand der Gegenelektrode von der Oberfläche des Gutes sehr klein gehalten werden, ohne daß es zu einem elektrischen Kurzschluß kommt. Einer Miniaturisierung der Kontakte und der Gegenelektroden sind nahezu keine konstruktiven und fertigungstechnischen Grenzen gesetzt. Die minimalen Abstände und Abmessungen können weniger als 1 mm gewählt wer- den. Der kleine Abstand der Kontaktstreifen untereinander, die bevorzugt quer zur Vorschubrichtung des Gutes angeordnet sind, bewirkt, daß auch Leiterzüge, die in Vorschubrichtung verlaufen, zeitlich nahezu gleich lange elektrolytisch behandelt werden, wie die quer dazu verlaufenden Leiterzüge oder punktförmige Flächen. Der kleine Abstand der Gegenelektrode von der Oberfläche des Gutes bewirkt, daß sehr kleine zu behandelnde Flächen, die von einem großen Isolierbereich umgeben sind, keine Spitzen darstellen und deshalb nicht überproportional elektrolytisch behandelt werden. Die Genauigkeit der elektrolytischen Behandlung, insbesondere beim Galvanisieren von Strukturen, Löchern und Sacklöchern wird weiter erhöht, wenn als Badstrom ein bipolarer Pulsstrom anstelle eines Gleichstromes verwendet wird. Notwendig ist diese Präzision u.a. bei der elektrolytischen Herstellung von Strukturen mit kontrollierter Impedanz. Die kleinen Abmessungen der Kontaktstreifen voneinander sind auch vorteilhaft bei der elektrolytischen Behandlung von extrem dünnen Schichten, wie sie bei der Kunststoffmetallisierung vorkommen.
Im Bereich der Galvanoplastik, das heißt zur elektrolytischen Herstellung von räumlichen MikroStrukturen, wird bevorzugt der diffusive Stofftransport angewendet, weil der Stofftransport durch Konvektion zu größeren örtlichen Unterschieden in der Abscheidungsrate, insbesondere an Kanten, führt. Bei den erfindungsgemäß geschlossenen Kontaktelektroden und ohne zusätzliche Elektrolyteinleitung ist während des elektrolytischen Behandeins eine Elektrolytkonvektion nahezu nicht vorhanden. Der Stofftransport erfolgt durch Diffusion. Dies führt beim elektrolytischen Auffüllen von Mikrosacklöchern bei Leiterplatten zu guten Galvanisierergebnissen. Gleiches gilt auch für das präzise Herstellen von Leiterzügen mit kontrollierter Impedanz. Unterstützt wird das diffusionskontrollierte Behandeln auch dadurch, daß in diesem Falle das direkte scharfe Anstrahlen von Elektrolyt an die Oberfläche des Gutes, wie es nach dem Stand der Technik erfolgt, entfallen kann. Damit bleibt an der Oberfläche des Gutes eine dickere laminare Unterschicht erhalten, die von den Ionen durch Diffusion überwunden werden muß. Strukturen und Löcher werden so gleichmäßiger behandelt. Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläu- tert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Alle Zeichnungen sind schematisch und in nicht maßstäblicher Darstellung ausgeführt.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode mit dem grundsätzlichen Aufbau der elektrolytischen Kleinzelle. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus der im Ausschnitt dargestellten Kontaktelektrode und den dazugehörenden Einrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens dienen. Fig. 3 zeigt einen kleinen Ausschnitt der Kontaktelektrode in der Seitenansicht und in sechs Schritten den grundsätzlichen Verfahrensablauf. Fig. 4 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung der Kontaktelektrode gemäß Figur 1 , einschließlich der dazu gehörenden Einrichtungen gemäß Figur 2, die als übersichtliches Symbol in den nachfolgenden Figuren 5 bis 10 verwendet wird. Fig. 5 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von vorzugsweise scheibenförmigem Gut, wie z.B. Hybride und das dazugehörige Rotati- ons- / Zeitdiagramm. Fig. 6 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von bandförmigem Gut im diskontinuierlichen Durchlauf von Rolle zu Rolle und das dazugehörige Weg- / Zeitdiagramm. Fig. 7 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von bandförmigem Gut im kontinuierlichen Durchlauf durch die Kontaktelektroden und das da- zugehörige Weg- / Zeitdiagramm.
Fig. 8 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von plattenförmigem Gut in der Seitenansicht bei horizontalem Transport des Gutes und das dazugehörige Weg- / Zeitdiagramm. Fig. 9 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von plattenförmigem Gut im Querschnitt im vertikalen Durchlauf des Gutes durch die Anlage und das dazugehörige Weg- / Zeitdiagramm. Fig. 10 zeigt eine elektrolytische Anlage zur Behandlung von plattenförmigem Gut in Tauchbadanlagen und das dazugehörige Bewegungs- / Zeitdiagramm. Fig. 11 zeigt ausschnittsweise im Querschnitt eine räumlich an das Gut angepaßte Kontaktelektrode. Fig. 12a zeigt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode unter Verwendung von in sich federnden Metallstreifen oder Metallbürsten, die in einer Isolierauskleidung eingelegt sind. Fig. 12b zeigt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode unter Verwendung von federnd eingelegten Metallkontakten. Fig. 12c zeigt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode unter Verwendung eines elastischen und elektrisch leitfähigen Kontaktwerkstoffes mit einer elastischen Isolierauskleidung. Fig. 12d zeigt einen Ausschnitt aus einer Kontaktelektrode unter Verwendung eines starren Kontaktwerkstoffes und eines starren Isolierwerkstoffes.
Fig. 13 zeigt eine Kontaktelektrode mit schräggestellten elastischen Kontaktstreifen zur Überbrückung von größeren Unebenheiten auf der Oberfläche des zu behandelnden Gutes. Fig. 14 zeigt den Anschluß der Badstromquelle an die Kontaktelektrode mit den drei Schaltmöglichkeiten: Ein, Aus, umgepolt Ein.
Fig. 15 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Kontaktelektrode mit einer Elektrolytzuführung in die Kleinzellen sowie einer Ausleitung des Elektrolyten aus den Kleinzellen und weitere Details der Kontaktelektrode.
Figur 1 zeigt das zu behandelnde Gut 1 , das mindestens an der Oberfläche eine elektrisch leitfähige Schicht 2 besitzt, die elektrochemisch zu behandeln ist. Diese Schicht kann vollflächig sein. Sie kann auch strukturiert sein und aus elektrisch isolierten Inseln bestehen. Im Gut können sich Sacklöcher und/oder Durchgangslöcher befinden. Die elektrolytisch zu behandelnde Oberfläche 2 wird von mindestens einem Kontaktstreifen 3 elektrisch kontaktiert. Dieser Kontaktstreifen 3 erstreckt sich vertikal in die Zeichnungsebene hinein. Er besteht aus dem Kontakt 4, und aus den beidseitig daran befindlichen Kontaktisolierungen 5. Die Kontaktisolierungen 5 decken den Kontakt 4, mit Ausnahme der eigentlichen Kontaktfläche, die auf der elektrisch leitfähigen Schicht 2 aufsitzt, vollständig ab. Die Kontaktstreifen 3 sind am Grundkörper 6 befestigt. Zwischen je zwei Kontaktstreifen 3 befindet sich eine elektrisch leitfähige Gegenelektrode 7. An einem Grundkörper 6 sind in der Regel viele Kontaktstreifen 3 und Gegenelektroden 7, beispielsweise je 200 Stück angeordnet. Diese Kontakte 4 und Gegenelektroden 7 sind jeweils mittels elektrischer Leiter 8 auf dem hier isolierten Grundkörper 6 miteinander verbunden. Alle Kontakte 4 sind mit einem Pol der Badstromquelle 12 verbunden. Der andere Pol ist mit den Gegenelektroden 7 verbunden. Die in Figur 1 dargestellte Polarität zeigt die Anwendung beim Galvanisieren und beim elektrochemischen Reduzieren des Gutes. Die elektrisch leitfähige Schicht 2 und die Gegenelektrode 7 bilden die die Gegenelektrode 7 bilden die elektrolytische Kleinzelle 9. In diese Kleinzelle 9 kann zusätzlicher Elektrolyt durch Elektrolyteinleitlöeher 10 eingeleitet werden, der entlang der Kontaktstreifen 3 und Gegenelektroden 7 strömt und seitlich aus den Kleinzellen 9 wieder entweicht. Dieser eingeleitete Elektrolyt kann zur Erhö- hung der Strömung auch durch Elektrolytausleitlöcher 11 aus der Kleinzelle ausgeleitet werden. Der Grundkörper 6, die daran befestigten Kontaktstreifen 3 und die Gegenelektroden 7 bilden die Kontaktelektrode 30.
Die Kontaktelektrode 30 ist eingebunden in einer Anordnung, die schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Die Kontaktelektrode 30 wird von einem Bewegungsorgan 16 getragen. Dieses Organ kann die Kontaktelektrode 30 vom Gut 1 abheben, wieder annähern und andrücken. Es kann zusammen mit der Kontaktelektrode im abgehobenen Zustand auch einen Bewegungsschritt in oder gegen die Richtung des Vorschubrichtungspfeiles 17 ausführen. Das Abheben und das Annähern der Kontaktelektrode vom Gut kann durch eine lineare und/oder schwenkende Be- wegung der Kontaktelektrode erfolgen. Das Schwenken erhöht den Elektrolytaustausch. Die Kontaktelektrode 30 drückt auf das Gut 1 und dieses gegen einen stationär angeordneten, und für ebenes Gut eben ausgebildeten Körper, der die Gegenkraft aufnimmt. Dieser Körper wird mit Kraftkörper 18 bezeichnet. An die Stelle des Kraftkörpers 18 tritt eine weitere Kontaktelektrode 30, wenn das Gut 1 zugleich beidseitig behandelt werden soll. Das Gut 1 wird mittels einer Vorschubeinrichtung 19 im Arbeitsbehälter 20 schrittweise befördert. Außerhalb des Arbeitsbehälters 20 können eine oder mehrere Transporteinrichtungen 21 angeordnet sein, die für die Zuführung und Abführung des Gutes 1 in den Arbeitsbehälter 20 sorgen. Auf den Grundkörper 6 wirkt ein Vibrator 22 zur Erzeu- gung von Druckstößen im Elektrolyten, insbesondere bei der Behandlung von Gut mit kleinen Löchern. Die Kontakte 4 und die Gegenelektroden 7 sind zur Stromversorgung der elektrolytischen Kleinzellen 9 an der Badstromquelle 12 angeschlossen. Alle Bewegungsabläufe der gesamten Anordnung koordiniert und steuert eine Kontrolleinheit 23, was mit den gestrichelten Linien angedeutet ist.
Der Elektrolyt wird im Kreislauf 24 durch den Arbeitsbehälter 20 gefördert. In diesen Kreislauf sind eingefügt: eine Pumpe 25, ein Filter 26 und eine Dosiereinheit 27 zur Konditionierung des Elektrolyten. Das Niveau des Elektrolyten 28 im Arbeitsbehälter 20 liegt über der Kontaktelektrode 30. Der Elektrolyt kann aber auch direkt in die Kleinzellen 9 eingepumpt werden, was in Figur 2 nicht dargestellt ist. In diesem Falle dient der leere Arbeitsbehälter 20 nur als Elektrolytauffangbehälter. Ebenfalls nicht dargestellt sind in dieser und in weiteren Figuren die Öffnungen im Arbeitsbehälter 20, durch die das Gut 1 in diesen hinein und wieder heraus gelangt. Dies kann z.B. durch ein Handhabungsgerät über den Rand des Behälters erfolgen. Ebenso kann es bei Durchlaufanlagen durch Schlitze in der Behälterwand erfolgen. Die Schlitze werden mittels bekannter Dichtwalzen abgedichtet. In der symbolisch dargestellten Badstromquelle 12 sollen auch alle erfin- dungsgemäßen elektrischen Schalt- und Umpolgeräte enthalten sein.
Figur 3 zeigt einen sehr kleinen Ausschnitt einer Kontaktelektrode 30 im Querschnitt. Die Darstellungen A bis F zeigen die einzelnen Verfahrensschritte der Erfindung. Die Kontaktelektrode 30 befindet sich bei Schritt A ohne Gut in einem nicht dargestellten Arbeitsbehälter. Im Schritt B wurde das zu behandelnde Gut 1 vor der Kontaktelektrode 30 positioniert.
Im Schritt C findet eine relative Annäherung der Kontaktelektrode 30 und des Gutes 1 statt. Dabei kann sich das Gut 1 mittels eines Antriebes der Kontaktelektrode 30 annähern. Dies ist mit dem gestrichelten Pfeil angedeutet. Die Kontaktelektrode 30 und das Gut 1 können auch zugleich aufeinander zu bewegt werden. Bevorzugt wird aber die Kontaktelektrode 30 in Richtung des ausgezogenen Pfeiles zum Gut 1 mittels eines Bewegungsorganes bewegt. Bei Schritt D sitzt die Kontaktelektrode 30 auf dem Gut 1 auf. Dabei werden die Kontaktflächen der Kontakte 4 fest auf die elektrisch leitfähige Schicht 2 des Gutes 1 gedrückt und so elektrisch kontaktiert. Es bilden sich unter jeder Gegenelektrode 7 elektro- lytische, streifenförmige Kleinzellen 9. Der Schritt D ist der eigentliche elektrolytische Behandlungsschritt. Im Schritt E entfernen sich wieder die Kontaktelektrode 30 und das Gut 1 voneinander. Dabei beginnt auch der Elektrolytaustausch vor der Kontaktelektrode 30. Im Schritt F wird das Gut 1 in Pfeilrichtung einen Vorschubschritt transportiert. Anschließend wird der Ablauf mit Schritt C fortgesetzt. Diese Bewegungs- und Behandlungsschritte der Kontaktelektrode 30 wiederholen sich fortlaufend bis zur Fertigstellung des Gutes. Danach wird es dem Arbeitsbehälter wieder entnommen oder es fährt beim schrittweisen Durchlauf aus diesem wieder heraus. Die Verfahrensschritte, nämlich relatives Annähern von Kontaktelektrode 30 und Gut, Aufsetzen der Kontaktstreifen 3 auf die zu behandelnde Oberfläche des Gutes, Verweilen derselben an der Oberfläche zur elektrolytischen Behandlung, wobei keine relative Transportbewegung zwischen dem Gut und der Kontaktelektrode 30 stattfindet,
Abheben von der Oberfläche und gegenseitiges Entfernen von Kontaktelektrode 30 und Gut 1 , sowie Neupositionieren der Lage des Gutes in Bezug auf die Kontaktelektrode 30, sind in Figur 3 für eine einseitige Behandlung eines ebenen Gutes dargestellt. Mit zwei gegenüberstehenden Kontaktelektroden 30 kann gleichzeitig auch eine beidseitige Behandlung stattfinden. Die Verfahrensschritte laufen dann zeitgleich und/oder phasenverschoben an beiden Seiten des Gutes ab.
Die Figur 4 zeigt oben ein Symbol, das zur übersichtlichen Darstellung in den weiteren Figuren verwendet wird. Das Rechteck stellt eine Kontaktelektrode 30 mit allen Steuerungseinrichtungen vereinfacht dar. Die nicht gezeichnete Badstromquelle wird an den mit + und - bezeichneten elektrischen Anschlüssen angeschlossen. Die gestrichelte Linie symbolisiert die Kontaktstreifen 3 und die Gegenelektroden 7 .
Figur 5 zeigt eine Anordnung zur elektrolytischen Behandlung von scheibenförmigem Gut. Das Gut 1 wird mittels einer zylinderförmigen Klemme 31 an den Kraftkörper 18 geklemmt. Das Innere der Klemme 31 bildet den Arbeitsraum 32, der mit Elektrolyt gefüllt ist. Der äußere Behälter dient als Sammelbehälter 33 für die gesamte Anordnung. Ein Motor 34 führt eine schrittweise rotierende Bewegung des Gutes 1 in Bezug auf die Kontaktelektrode 30 aus und zwar nur dann, wenn die Kontaktelektrode 30 das Gut 1 nicht kontaktiert. Diese Winkelschritte können desweiteren von einer schrittweisen Linearbewegung überlagert werden. Die Linearbewegungen erfolgen abwechselnd in beide Richtungen. Das Diagramm der Figur 5 zeigt die Einschaltzeit und Ausschaltzeit des Motors 34. Zwischen zwei Einschaltphasen findet die elektrolytische Behandlung statt. Figur 6 zeigt eine Anordnung zur beidseitigen elektrolytischen Behandlung von Bändern. Das Gut 1 wird von Rolle zu Rolle in Pfeilrichtung schrittweise transportiert. Die durch den unterbrochenen Pfeil dargestellten Vorschubschritte zeigt das Weg-/Zeitdiagramm der Figur 6. Die Bewegungsorgane 16 heben die oberen und unteren Kontaktelektroden 30 zur Durchführung der Vorschubschritte vom Gut 1 ab. Nach dem Vorschub werden sie wieder aufgesetzt und die Behandlung wird fortgesetzt.
Die Anordnung in der Figur 7 zeigt ebenfalls eine Bandanlage, jedoch mit kontinuierlichem Transport des Gutes 1. Diese Bewegungsorgane 16 führen zum Gut 1 hin vertikale Offnungs- und Schließbewegungen aus und zusätzlich parallell zum Gut Vorschubbewegungen in Transportrichtung desselben und gegen die Transportrichtung. Die 4 Pfeile neben den Bewegungsorganen deuten dies an. Die geschlossenen Kontaktelektroden 30 fliegen bei gleichzeitiger elektrolytischer Behandlung einen kleinen Transportweg mit dem Gut 1 mit, ähnlich der bekann- ten fliegenden Säge ohne dabei eine Relativbewegung zwischen dem Gut 1 und den Kontaktelektroden 30 auszuführen. Danach heben die Bewegungsorgane 16 die Kontaktelektroden 30 vom Gut 1 ab und springen gegen die Transportbewegung des Gutes zurück, um erneut an das Gut angedrückt zu werden und mitfliegend zu behandeln. Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch. Alle Bewegungsgeschwindigkeiten sind untereinander abgestimmt und synchronisiert. Die Breite der Kontaktelektroden entspricht bevorzugt der Breite des zu behandelnden Bandes. Ist das Gut schmäler, als die Kontaktelektrode, so kann eine elektrisch isolierende, flache Blende die nicht benutzten Bereiche der Kontaktelektrode abdecken. Dieses Abblenden gilt gleichermaßen auch für alle anderen Anwendungsfälle der Erfindung.
Die Länge der Kontaktelektroden in Transportrichtung wird von der Transportgeschwindigkeit und von der benötigten Expositionszeit bestimmt. Zur Kapazitätserhöhung wird eine sehr lange Kontaktelektrode 30 mit vielen Kontaktstreifen verwendet, beispielsweise mit einer Länge von einem Meter. Die Anzahl der hierfür erforderlichen Kontaktstreifen richtet sich nach der Größe der isolierten Strukturen. Bei der Feinleitertechnik, wie sie z.B. bei SmartCards vorkommt, sind Abstände der Kleinzellen von z.B. 1 mm in Transportrichtung vorteilhaft. In einer elektrolytischen Anlage können viele Kontaktelektroden 30 in Transportrichtung des Gutes zur Leistungssteigerung verwendet werden. Sie sind untereinander so synchronisiert, daß eine gute statistisch verteilte elektrolytische Behandlung der Oberflächen erfolgt.
Die Anordnungen entsprechend der Figuren 6 und 7 eignen sich hervorragend zur elektrolytischen Behandlung von endlosen Kunststofffolien mit isolierten, elektrisch leitenden Strukturen, wie z.B. Leiterfolien oder Smart Cards. Figur 8 zeigt vereinfacht eine horizontale Durchlaufanlage für plattenförmiges Gut 1 , wie z.B. Leiterplatten in der Seitenansicht. Bewegungsorgane 16 öffnen und schließen die Kontaktelektroden 30. Nicht gezeichnete Antriebe bewegen das Gut 1 mittels Walzen nach jedem Behandlungsschritt. Die Transportschritte zeigt das Diagramm der Figur 8. Dieselbe Figur 8 stellt eine vertikale Durchlaufanlage dar, wenn die gesamte Anordnung mit Ausnahme des Arbeitsbehälters 20 um 90° gedreht wird. In diesem Falle stellt die Zeichnung die Draufsicht dar. Einfache und leichte Transportmittel, die hier im Gegensatz zum Stand der Tech- nik keinen Strom übertragen müssen, können das Gut 1 führen. Eine weitere vertikale Durchlaufanlage zeigt Figur 9 mit dem dazugehörigen Weg- /Zeitdiagramm. Motorisch angetriebene Walzen fördern das plattenförmige Gut 1 schrittweise in die Zeichnungsebene hinein. Auch obere und/oder untere angetriebene Transportwalzen 44 mit Profil, gemäß der Detaildarstellung, sind an- wendbar.
Die Figur 10 zeigt eine Anordnung in einer Tauchbadanlage mit dem Arbeitsbehälter 20. Das plattenförmige Gut 1 ist mittels Klammern 35 an einem Warenträger 36 befestigt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, der zudem nur für vollflächiges Gut geeignet ist, können die Klammern 35 und der Warenträger 36 aus elektrisch nichtleitenden Werkstoffen bestehen und somit kostengünstig hergestellt werden. Dies führt zu einfachen und kleinen Transportwagen und insgesamt zu wesentlich kleineren und kostengünstigeren Anlagen bei vergleichbarer Anlagenleistung. Bewegungsorgane 16 betätigen die Kontaktelektroden 30 wie bereits beschrie- ben. Eine abschaltbare Warenbewegung in Pfeilrichtung sorgt bei jedem Schritt für ein statistisch verteiltes Aufsetzen der Kontaktelektroden 30 auf dem Gut. Nicht dargestellte Führungselemente können bei diesem Anordnungsbeispiel, wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, das Gut bei geöffneter Kontakt- elektrode auf Abstand von derselben halten. Figur 10 zeigt wieder das zugehörige Bewegungsdiagramm. Zwischen den dargestellten Bewegungen findet die Behandlung des Gutes statt.
Figur 11 zeigt im Ausschnitt und im Querschnitt eine räumlich geformte Kontakt- elektrode 30. Sie ist genau an die äußere Form des Gutes 1 angepaßt. Damit wird die sonst auftretende Spitzenwirkung mit großen elektrolytischen Behandlungsunterschieden vermieden. Bei den geformten Körpern kann es sich auch um Innenhohlkörper handeln. Die Kontaktelektroden können zur partiellen Behandlung mit nur teilweise bestückten Kontaktstreifen auf den entsprechend gestalte- ten Oberflächenbereichen ausgeführt sein. Ein Beispiel hierfür sind Leiterplatten mit Kontaktfingern, die nur am Rand zu vergolden sind.
Die Figur 12 zeigt vier mögliche Ausführungsformen von Kontaktstreifen, die an Grundkörpern befestigt sind. Dargestellt sind sie im Querschnitt und sie erstrecken sich in die Zeichnungsebene hinein. Am jeweiligen Kontaktstreifen 3, der rechts ohne Gut 1 dargestellt ist, soll die Elastizität bzw. die Beweglichkeit der Streifen dargestellt werden. Die Kontaktstreifen 3 der Figur 12a eignen sich besonders zu ihrer Herstellung mit den Mitteln der Feinwerktechnik. Im metallischen Grundkörper 6, der zugleich die Gegenelektroden 7 zwischen zwei Kontaktstreifen 3 bildet, sind langgezogene Nuten 37 eingefräst. In die Nuten 37 sind Isolierstreifen 38 z.B. aus Kunststoff eingeschoben. Desgleichen ist ein starres, elastisches und/oder gefiedertes Kontaktband 39 in jede isolierte Nut eingeschoben. Das Kontaktband ist in der Nut mit einem u-förmigen metallischen Bügel 40 gefaßt. Die Bügel 40 sind am Grundkörper 6 stirnseitig elektrisch miteinander verbunden, z.B. durch Löten. Beim Andrücken der Kontaktbänder 39 auf das Gut 1 setzen auch die Isolierstreifen 38 auf der Oberfläche des Gutes zum Zwecke der Kontaktisolierung auf.
In Figur 12b sind in die Isolierstreifen 38 starre keilförmige Kontakte 41 eingeschoben. Diese stehen mittels eines elastischen Werkstoffes 42 unter Federkraft. Der Werkstoff 42 ist zugleich elektrisch leitfähig und stellt auch die stirnseitige elektrische Verbindung aller Kontakte 41 her. Der keilförmige Kontakt kann in die Tiefe der Zeichnung hinein aus vielen sehr kurz, d.h. dünn ausgeführten und gestapelten, keilförmigen Plättchen bestehen, die vom leitfähigen elastischen Werkstoff kontaktiert werden. Damit werden Höhenunterschiede an der zu behandelnden Oberfläche sehr gut ausgeglichen.
Die Kontaktelektroden der Figuren 12c und 12d eignen sich auch zur Miniaturisierung der Kontaktstreifen und der Gegenelektroden, weil bei der Herstellung die verbreiteten chemischen oder physikalischen Beschichtungsverfahren angewendet werden können. Beispiele hierfür sind Layer-Aufbautechniken der Wafer- technik, der Hybridtechnik und der Leiterplattentechnik sowie die Verfahren zur Flüssigbeschichtung. In Figur 12c sind in den Grundkörper 6 zur Aufnahme der Kontaktstreifen Nuten 37 durch z.B. Fräsen, Ätzen, Erodieren oder Festkörper- Laserschneiden eingebracht. In diese sind z.B. die Kontakte 4 mit den Kontaktisolierungen 5 eingelegt und durch Kleben oder Hinterschnitt befestigt. Die Kontakte 4 bestehen aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff, der sich allen Unebenheiten des zu behandelnden Gutes anpaßt. Die Kontaktisolierung 5 reicht bis an die Kontaktfläche des Kontaktes 4 heran. Die Kontakte 4 sind stirnseitig am Grundkörper 6 untereinander elektrisch verbunden. Die Kontaktisolierungen 5 sowie die Kontakte 4 lassen sich z.B. auch in mehreren Arbeitsschritten durch Spritzen, Sprühen, Gießen und Lackieren direkt in die Nuten hinein, jeweils mit und ohne anschließender mechanischer Bearbeitung, herstellen. Der Grundkörper 6 bildet zwischen den Kontaktstreifen 3 die Gegenelektrode 7. In Figur 12d bestehen die Kontaktstreifen 3 aus starren, z.B. metallischen Werkstoffen, die an dem Grundkörper 6 befestigt sind. Diese Kontaktelektrode eignet sich zur Behandlung von flexiblem Gut, das von der Gegenseite mittels einer elastischen Zwischenlage an die Oberfläche der starren Kontaktelektrode angedrückt wird. Die Figur 13 zeigt eine Kontaktelektrode mit schräggestellten biegsamen Kontaktstreifen 3. Diese gefiederten oder ununterbrochenen Streifen legen sich sehr gut an eine unebene Oberfläche an. In dieser Figur sind Elektrolyteinlaßlöcher 10 symbolisch für viele derartige Löcher durch die Gegenelektroden 7 eingezeichnet. In die Tiefe der Zeichnungsebene hinein wechseln sich Einleitlöcher 10 und Ausleitlöcher 11 einer Reihe ab oder es sind nur Einleitlöcher vorhanden. Für alle anderen Ausführungsformen der Kontaktelektrode 30 gilt das gleiche bezüglich der Einleit- und Ausleitlöcher. Die Figur 14 zeigt den Anschluß der Badstromquelle 12 an die Kontaktelektrode 30 über elektrische Leiter 8. In diesen Stromkreis sind elektronische oder elekt- romechanische Schalter 43 eingefügt. Damit schaltet eine Kontrolleinheit 23 die Kontaktelektrode 30 anodisch EIN oder kathodisch EIN beziehungsweise AUS. Die jeweilige Betriebsart bestimmen die gerade ablaufenden Bewegungs- und Behandlungsschritte des elektrolytischen Prozesses.
Figur 15 zeigt eine Kontaktelektrode, die einen erhöhten Elektrolytaustausch in den Kleinzellen während der Behandlung ermöglicht. Aus Darstellungsgründen ist die Draufsicht ohne Deckel gezeichnet. Der Elektrolytaustausch kann durch Einleiten von Elektrolyt durch Löcher 10 in den Gegenelektroden 7 verstärkt werden. Alle Elektrolyteinleitlöeher 10 sind durch Elektrolyteinleitkanäle 13 und einen Einleitsammelkanal 14 auf dem Grundkörper 6 miteinander verbunden und über nicht dargestellte flexible Schläuche an eine Elektrolytpumpe angeschlossen. Der Elektrolytabfluß aus den Kleinzellen erfolgt an den Stirnseiten des Grundkörpers 6. Eine weitere Erhöhung des Elektrolytaustausches und/oder eine forcierte Gasableitung wird, durch Elektrolytausleitlöcher 11 , ebenfalls im Grundkörper 6 und durch die Gegenelektroden 7 hindurch eingebracht, erzielt. Der Elektrolyt kann aus den Kleinzellen 9 durch diese Löcher entweichen. Die Elektrolytausleitlöcher 11 können auch auf dem Grundkörper 6 durch weitere Elektrolytausleitkanäle 15 und getrennt von den Elektrolyteinleitkanälen 13 mittels Ausleitsammelkanälen 29 zusammengeführt werden. Eine nicht dargestellte saugende Pumpe, über flexible Schläuche an die Kontaktelektrode angeschlossen, bewirkt einen in der Intensität einstellbaren und forcierten Elektrolytkreislauf durch die Kleinzellen 9 hindurch. Entsprechend zeitlich länger kann ein Behand- lungsschritt gewählt werden. Durch das im Vergleich zu elektrolytischen Anlagen nach dem Stand der Technik mögliche kleine Elektrolytvolumen in der Kleinzelle gelingt es, mit vergleichsweise sehr kleinen Elektrolytumlaufmengen einen weitgehenden kontinuierlichen Elektrolytaustausch in der Kleinzelle herbeizuführen. Es wird also in sehr vorteilhafter Weise nur dort Elektrolyt ausgetauscht, wo er benötigt wird. Dies bedeutet, das insgesamt nur wenig Elektrolyt in der elektrolytischen Anlage vorhanden sein muß. Am Grundkörper 6 sind Befestigungselemente angebracht, die geeignet sind, die Kontaktelektrode in der elektrolytischen Anlage zu befestigen und zu bewegen. Bezugszeichenliste
zu behandelndes Gut elektrisch leitfähige Schicht Kontaktstreifen Kontakt Kontaktisolierung Grundkörper Gegenelektrode elektrische Leiter elektrolytische Kleinzelle Elektrolyteinleitlöeher Elektrolytausleitlöcher Badstromquelle Elektrolyteinleitkanäle Einleit-Sammelkanal Elektrolytausleitkanäle Bewegungsorgan Vorschubrichtungspfeil Kraftkörper Vorschubeinrichtung Arbeitsbehälter Transporteinrichtung Vibrator Kontrolleinheit Elektrolytkreislauf Pumpe Filter Dosiereinheit Elektrolyt Ausleit-Sammelkanal Kontaktelektrode Klemme Arbeitsraum Sammelbehälter Motor Klammer Warenträger Nuten Isolierstreifen Kontaktband Bügel keilförmiger Kontakt elastischer Werkstoff elektronische oder elektromechanisehe Schalter Transportwalze

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut in einer elektrolytischen Anlage mit mindestens
a) einem Arbeitsbehälter zur Aufnahme des Elektrolyten und des Gutes, b) einer Elektrolytfördereinrichtung zur Kreislaufförderung des Elektrolyten durch Arbeitsbehälter, Elektrolytfilter und Elektrolytkonditionierungsbehäl- ter, c) einer Einrichtung zur Förderung des Gutes außerhalb des Arbeitsbehälters, d) einer Kontaktelektrode im Arbeitsbehälter, bestehend aus mindestens ei- nem elektrischen Kontaktstreifen und einer in unmittelbarer Nähe hierzu angeordneten Gegenelektrode, e) einem elektrischen Isoliermittel, angeordnet zwischen jedem Kontaktstreifen und jeder Gegenelektrode zur Bildung von elektrolytischen Kleinzellen, f) einer Badstromquelle und der zugehörigen elektrischen Leiter zur Speisung der elektrolytischen Kleinzellen mit Badstrom,
gekennzeichnet durch
g) eine Kontaktelektrode, die an der elektrolytisch wirkenden Seite der Form des Gutes angepaßt ist, h) mindestens ein Bewegungsorgan zum zyklischen Ausführen der Verfahrensschritte, nämlich relatives Annähern von Kontaktelektrode und Gut,
Aufsetzen der Kontaktstreifen auf der Oberfläche des Gutes, - Verweilen derselben an der Oberfläche zur elektrolytischen Behandlung, sowie Abheben von der Oberfläche und gegenseitiges Entfernen von Kontaktelektrode und Gut, und Neupositionieren der relativen Lage des Gutes in Bezug auf die
Kontaktelektrode, i) mindestens ein Transportorgan im Arbeitsbehälter, das so gestaltet und gesteuert ist, daß während des Anliegens der Kontaktelektrode an der O- berfläche des Gutes zwischen der Kontaktelektrode und der Oberfläche des Gutes keine transportbedingte Relativbewegung stattfindet, j) mindestens eine Steuereinrichtung zur Synchronisation des Vorschubes des Gutes oder der Kontaktelektrode im Arbeitsbehälter mit den Öffnungsund Schließbewegungen der Kontaktelektrode.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch mindestens eine Badstromquelle, die verfahrensbedingt zu- und abschaltbar und/oder umpolbar ist.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Steuereinrichtung zur Koordination der Bewegungsabläufe der Kontakt- elektrode, des Guttransportes und der Schaltzustände der Badstromquellen.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Fördereinrichtungen, bestehend aus Walzen, Rollen, Klammern und Greifern, die das Gut zum Arbeitsbehälter, durch diesen hindurch und aus diesem wieder her- aus befördern.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Anoden / Kathodenabstand der elektrolytischen Kleinzellen, der in der Größenordnung der kleinsten zu behandelnden Strukturen ausgeführt wird.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Bandfördereinrichtung zum Transport des Gutes von Rolle zu Rolle.
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Bewegungsorgan zur Beförderung der geschlossenen Kontaktelektrode im Arbeitsbehälter in Transportrichtung des Gutes, synchron mit diesem und zur Beförderung der geöffneten Kontaktelektrode gegen die Transport- richtung.
8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Vibratoren, die auf die Kontaktelektroden wirken.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Kontaktelektroden mit starren Kontakten und starren Kontaktisolierungen.
10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Kontaktelektroden mit elastischen Kontakten und elastischen Kontaktisolationen.
11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Kontaktelektroden mit integrierten Elektrolytzuläufen und Elektrolytab- laufen.
12. Verfahren zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut in einer elektrolytischen Anlage mit mindestens einem Ar- beitsbehälter, einer Badstromquelle und Elektrolyt, insbesondere unter
Verwendung der Anordnung nach Patentanspruch 1 , bestehend aus den Verfahrensschritten: a) Einbringen des Gutes in den Arbeitsbehälter, b) In-Kontakt-Bringen des Gutes mit dem Elektrolyten, c) Kreislaufförderung des Elektrolyten durch den Arbeitsbehälter und durch weitere Elektrolytkonditionierungseinrichtungen,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte d) Positionieren des Gutes vor einer Kontaktelektrode bei einseitiger Behandlung des Gutes oder zwischen zwei Kontaktelektroden bei gleichzeitig beid- seitiger Behandlung, e) relatives Annähern der Kontaktelektrode(n) an die elektrolytisch zu behandelnde^) Oberfläche(n) mittels mindestens eines Bewegungsorganes, f) Aufsetzen der Kontakte der einen Kontaktelektrode oder der beiden Kontaktelektroden auf die zu behandelnde(n), zumindest partiell elektrisch leit- fähige(n) Oberfläche(n) des Gutes und damit Bildung von elektrolytischen Kleinzellen, g) elektrolytische Behandlung des Gutes, ohne daß zugleich eine transportbedingte Relativbewegung zwischen der Kontaktelektrode und dem Gut stattfindet, h) Abheben und relatives Entfernen der Kontakte der Kontaktelektrode von der Oberfläche des Gutes, i) Entfernen der Kontaktelektrode vom Gut soweit, daß ein Austausch des verbrauchten Elektrolyten durch konditionierten Elektrolyt erfolgt bei gleichzeitiger Ausleitung von möglicherweise in den elektrolytischen Kleinzellen entstandenem Gas, j) Neupositionieren des Gutes mittels eines Transportorganes vor den Kontaktelektroden gleichzeitig mit den Verfahrensschritten e), h) und i), k) Wiederholung der Verfahrensschritte e) bis j) in Zeitabständen von 0,01 Sekunden bis zu 1 Stunde, wobei die Bewegungsschritte d), e), f), h), i) und j) zeitlich kurz in Bezug auf den Behandlungsschritt g) gewählt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an die elektrolytischen Kleinzellen angeschlossenen Badstromquellen bei allen Bewegungsschritten und bei dem Behandlungsschritt eingeschaltet sind.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an die elektrolytischen Kleinzellen angeschlossenen Badstromquellen nur während des Behandlungsschrittes g) eingeschaltet sind.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Badstromquellen während der Bewegungsschritte mit der einen Polarität und während des Behandlungsschrittes g) mit der anderen Polarität an die elektrolytischen Kleinzellen angeschlossen sind.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation aller Verfahrensschritte und der Schaltvorgänge durch eine Synchronisations- und Steuerungseinrichtung zeitgerecht erfolgt.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Bewegungsschritt j) beim Neupositionieren des Gutes zugleich ein zielgerichtetes, schrittweises Transportieren desselben durch den Arbeitsbehälter erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut in jedem Schritt 0,1 mm bis 3 m transportiert wird.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektroden durch Vibratoren mindestens wäh- rend des Behandlungsschrittes g) zu Schwingungen angeregt werden.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig elektrolytisch zu behandelndes flexibles Gut an eine aus metallisch harten Kontaktelementen bestehende Kontaktelektro- de von der anderen Seite des Gutes über einen großflächigen elastischen
Werkstoff angedrückt wird.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein erhöhter Elektrolytaustausch in der elektrolytischen Kleinzelle durch Einleiten und Ausleiten von Elektrolyt in die Kleinzellen durch Öffnungen in den Gegenelektroden erfolgt.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitig stattfindender beidseitiger elektrolytischer Behandlung von Gut, das mit Löchern versehen ist, in eine Kontaktelektrode der Elektrolyt mittels einer Pumpe drückend eingeleitet wird und aus der dem Gut gegenüberlie- genden anderen Kontaktelektrode mittels einer Pumpe saugend wieder ausgeleitet wird.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Gutes in Durchlaufanlagen dadurch er- folgt, daß beidseitig am Gut anliegende und zugleich elektrolytisch behandelnde Kontaktelektroden das Gut quasi ergreifen und einen Schritt vorwärtstragen, dasselbe dort abstellen bzw. ablegen und sich im geöffneten Zustand ohne Gut wieder zurückbewegen, um einen weiteren Schritt auszuführen.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in Tauchbadanlagen das Neupositionieren des Gutes vor den Kontaktelektroden durch eine zu den Kontaktelektroden parallel verlaufende Warenbewegung erfolgt, die von der Steuereinrichtung dann einge- schaltet wird, wenn die Kontaktelektroden nicht an der Oberfläche des Gutes anliegen.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei ununterbrochenem Bandtransport des Gutes durch den Arbeitsbehälter die während des Behandlungsschrittes an der Oberfläche des Gutes anliegenden Kontaktelektroden eine kurze Transportstrecke ohne eine gegenseitige Relativbewegung mitfliegen und dabei das Gut elektrolytisch behandeln und daß nach dieser Strecke die Kontaktelektroden geöffnet werden und sich gegen die Transportrichtung zurückbewegen und wieder schließen, um einen weiteren Behandlungsschritt transportsynchron mit dem Gut auszuführen.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das transportsynchrone Mitfliegen über eine Strecke von 0,1 Millimeter bis zu 3 Meter erfolgt.
5 27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abschalten von Kontaktelektrodengruppen die aktive Kontaktelektrodenbreite, quer zur Transportrichtung gesehen, der Breite des Gutes angepaßt wird.
10 28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei schmalem Gut die nicht genutzten Kontaktelektroden- Randbereiche durch elektrisch isolierende Blenden abgedeckt werden.
29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch ge- 15 kennzeichnet, daß die Kontaktelektroden in Größe und Form dem Gut so angepaßt werden, daß dieses nur an den dafür vorgesehenen Stellen elektrolytisch behandelt wird.
30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 29, dadurch ge- 0 kennzeichnet, daß bei Anwendung des Verfahrens zum Galvanisieren in der
Zeit der Bewegungsschritte die Kontaktstreifen anodisch und die Gegenelektroden kathodisch geschaltet werden.
5
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