WO2003064733A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrischen kontaktierung von zu behandelndem gut in elektrolytischen anlagen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur elektrischen kontaktierung von zu behandelndem gut in elektrolytischen anlagen Download PDF

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WO2003064733A1
WO2003064733A1 PCT/DE2002/000284 DE0200284W WO03064733A1 WO 2003064733 A1 WO2003064733 A1 WO 2003064733A1 DE 0200284 W DE0200284 W DE 0200284W WO 03064733 A1 WO03064733 A1 WO 03064733A1
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transport
strip
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strip contacts
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Egon Hübel
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Huebel Egon
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/241—Reinforcing the conductive pattern characterised by the electroplating method; means therefor, e.g. baths or apparatus
    • 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
    • C25D17/005—Contacting devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06—Wires; Strips; Foils
    • C25D7/0614—Strips or foils
    • C25D7/0621—In horizontal cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating

Definitions

  • the invention relates to a method for electrically contacting flat material in continuous electrolytic systems. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • the invention is preferably used in the electrochemical treatment of printed circuit boards. It is suitable for anodes that are soluble and insoluble in the electrolyte.
  • Horizontal and vertical continuous systems are known for the electrochemical treatment of plates, foils or endless belts.
  • the material is conveyed continuously by such systems lying or hanging by means of transport rollers or on clamps.
  • the goods For treatment, the goods must be electrically connected to a pole of a bath current source. This connection is made by means of an electrical contact.
  • the other pole of the bath current source is connected to the counter electrode of the electrolytic cell.
  • the invention is suitable in principle for all electrochemical processes, namely for electroplating, etching, anodizing and for cathodic reduction. To abbreviate the description, the invention is described below only for electroplating.
  • the material is cathodically polarized, that is, cathode and the counter electrode is anodically polarized, that is, anode.
  • the cathode and anode are also referred to neutrally as the electrode.
  • a horizontal continuous system is described.
  • Metallic contact rollers which also ensure the continuous transport of the goods, are arranged between the anodes in the transport direction of the goods. Because a complete electrical shielding of the contact rollers against the anodes is not possible, these rollers are preferably galvanized.
  • a demetallization cathode is arranged in the vicinity of the rollers.
  • Both inventions also have the common disadvantage that the electroplating current has to be transferred to the rotating rollers.
  • the known sliding contacts are subject to increased wear.
  • Another disadvantage of the contact rollers in the known systems is that they are only suitable for the full-surface electrolytic treatment of goods. It is not possible to partially treat surfaces, such as electroplating the circuit diagram on circuit boards.
  • Such goods consist of an electrically conductive and full-surface base layer.
  • the structures are formed negatively by an electrically insulating resist on the base layer.
  • the free areas are galvanized with suitable contacting.
  • the base layer between the conductor tracks is then removed by etching.
  • the resist has a thickness of approximately 40 ⁇ m. This prevents contact of the base layer with the contact rollers mentioned.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device which are suitable for electrically contacting flat material in continuous systems and which do not have the disadvantages mentioned.
  • Figure 1 shows the basic principle of electrical contacting of the goods in a continuous system.
  • Figure 2 shows a detail of a further horizontal continuous system with the
  • FIG. 3a shows in cross section a strip contact with a rigid contact strip which is insulated and resiliently mounted in an elastic material.
  • FIG. 3b likewise shows a strip contact, the contact strip of which consists of an elastic and electrically conductive material and which is insulated with an elastic, electrically non-conductive material.
  • FIG. 1 shows the basic principle of the electrical contacting of the goods 1 and the upper anodes 4 and lower anodes 5 according to the invention.
  • the anode / cathode spacing in the electrolytic cell is selected to be so large that the goods can be transported safely without touching the electrodes, that is to say the Anode and the cathode takes place, for example 30 mm.
  • the transport rollers 25, which can be used in any number, are used to transport the goods. This is particularly advantageous when transporting sensitive foils.
  • the transport rollers shield the electric field in the electrolytic cell more or less depending on the version. Therefore, transport wheels are preferably used instead of the transport rollers.
  • the known means of transport such as clamps, wheels or rollers are suitable for the invention.
  • FIG. 1 shows the situation during the electrolytic treatment of the good 1.
  • the transport drive, not shown, of the goods 1, which acts via the transport rollers 25, is switched off.
  • the electrolytic treatment there is no relative transport movement between the goods 1 and the strip contacts 20, which are pressed against the surface of the goods.
  • the strip contacts 20 open. They are removed from the surfaces to be treated and the material is conveyed one step further in the direction of arrow 19.
  • the electrolytic treatment is repeated.
  • the opening and closing takes place by means of a lifting and lowering device actuated by a lifting motor, hereinafter referred to as lifting motor, hereinafter referred to as lifting device 7 for short.
  • the lifting device is manufactured and controlled using known techniques in mechanical engineering and automation technology.
  • Vibrators 6 can be used to support the electrochemical treatment. These act on the strip contacts 20 and set the material 1 in vibrations. This reduces the diffusion layer thickness on the surface to be treated. This allows a higher current density to be used.
  • the conductive surfaces of the goods are electrically contacted by the firmly pressed strip contacts 20.
  • Electrical conductors in the form of flexible current strips or high-current strands 26 connect the strip contacts 20 to a bath current source, not shown.
  • the bath current can be direct current, unipolar or bipolar pulse current.
  • the polarity, which is predominant over time, for the electroplating of the good 1 is shown in FIG.
  • Figure 2 shows a side view of another horizontal continuous system for circuit board treatment with a strip contact.
  • the electrolyte is also conditioned here by known conditioning devices (not shown here) outside the working container and in the circuit by the working container promoted.
  • the electrical connection of the goods 1 to the bath current source (s) takes place via one or more strip contacts (e) 20.
  • the transport rollers 25 are not located between the anode and the cathode here. There is no disruptive shielding by the means of transport.
  • the anode / cathode spacing is chosen so large that the goods can be transported safely.
  • Electrical conductors 10 and 11 arranged outside the working container conduct the bath current from the bath current source (s) into the vicinity of the electrodes or strip contacts. Directly at the plant, the bath current is passed onto the strip contacts 20 via flexible current strips or high-current strands 26. Such conductors are almost wear-free.
  • a hard metal strip contact on the contact surface is very suitable for full-surface contacting.
  • a strip contact which consists of an elastic and electrically conductive material on the contacting surface.
  • Such materials are e.g. Elastomers or silicones that have been provided with electrically conductive fillers during manufacture.
  • Such fillers are e.g. from metal powder, metal flakes and similar particles. The dimensions of such particles are approximately 10 ⁇ m or less in diameter. It can be used to produce composite materials with electrical conductivity that come close to the conductivity of the usual electrochemically resistant metals such as titanium or tantalum.
  • Such elastic strip contacts 20 bridge the approximately 40 ⁇ m high resist flanks, at least on the always larger surface areas that are not covered with resist, and thus contact the material.
  • FIGS. 1 and 2 show the situation during the electrochemical treatment on both sides, ie during a treatment step.
  • the transport drive in the direction of arrow 19 is switched off.
  • the bath power source is switched on.
  • the electrochemical treatment takes place, which can be supported by switching on the vibrating device 6.
  • the possible duration of the treatment per step depends, among other things, on the dimensions of the electrodes, on the current density used, on the intensity of the electrolyte flow to the goods and the required exposure time.
  • the duration per treatment step is a few milliseconds, for example 10 ms, and it lasts up to an hour.
  • the electrolyte flow devices in the type of plants are known and are therefore not shown.
  • the lifting device opens the strip contacts 20 in a straight line in the direction of the arrow 8.
  • the bath current source should be switched off in order to avoid a sparking off at the strip contact. It can also be reduced in the current before opening.
  • the bath power source can be switched on with reversed polarity.
  • the contact surface then connected anodically is electrolytically etched against a cathodic auxiliary electrode. Interfering metal deposits, which can form if the insulation of the strip contacts are damaged, are removed.
  • the path length of the transport step is primarily determined by the exposure time. If this time is long for a given system length, ie for a given number of anodes, the transport step is correspondingly longer.
  • the system length and the system output are coordinated so that the transport steps are approximately 1 mm and for large systems up to 2 m.
  • the transport drive is switched off at the latest when the strip contacts 20 are placed on the good 1 and, at the same time, the bath current sources, if they were switched off, are switched on again with the required polarity. All movements, transport steps and the electrical switching of the bath power sources are controlled in time by a central system control (not shown).
  • Figures 1 and 2 also apply in principle to vertical continuous systems. In this case, the schematic representations represent the top view.
  • the strip contacts 20, which are explained in more detail below do not require any sealing rollers in the continuous systems.
  • a continuous and shorter work container which is not shown in the figures, can be used.
  • the strip contacts 20 are lifted off the surface of the material 1. If the bath current source is switched off shortly before opening or when the opening movement is initiated, metallization of the now exposed contact can be avoided in a galvanizing process. By temporarily reversing the polarity in the open state of the arrangement If necessary, the contacts can be demetallized.
  • the goods 1 are opened, they are also transported. Then the strip contacts close. The transport step is completed before the closing movement is completed. No treatment takes place below a strip contact.
  • the length of the transport steps is matched to the mutual spacing of the strip contacts so that all surface areas of the goods are treated electrochemically for the same length of time. After the closing movement has been completed, the bath power source is switched on again. The other processes and functions have already been described.
  • the strip contact 20 can be arranged transversely to the transport direction and at a right angle to it. An angle deviating therefrom, that is to say obliquely arranged strip contacts, contact two successive sections of material.
  • the strip contact cannot contact in a gap of well-spaced goods.
  • the anodes can also be cut accordingly at an angle.
  • the strip contact has the following additional features:
  • Figure 3a shows a strip contact 20 in cross section. It extends longitudinally into the plane of the drawing.
  • a carrier 21, made of metal or plastic, is used for stabilization and for attachment to a lifting device.
  • An electrically insulating and elastic material 22 is fastened, for example vulcanized, to the carrier 21.
  • a rigid contact strip 23 is embedded in this material 22.
  • the contact strip 23 is preferably made of an electrochemically resistant metal, eg made of titanium or niobium. The metal can also be provided with a resistant surface coating.
  • the contact strip 23 is connected to the bath current source via electrically insulated conductors 26 in the immediate vicinity of the strip contact and in the further course via conductors 10.
  • the insulating material 22 completely seals the contact strip 23 in the direction of the electrolytic cell during the treatment step. Unwanted metallization, which is the cathodic contact strip 23 during electroplating, is thus reliably avoided even without sealing rollers.
  • the strip contact which is shown in FIG. 3b, is suitable for this.
  • An elastic contact strip 24 is attached to the carrier 21. It consists of the elastic material already described above and provided with electrically conductive fillers.
  • An elastic and electrically insulating material 22 is attached to the elastic contact strip 24 on both sides. This insulating material protects the contact strip 24 against undesired metallization with cathodic polarity. Due to the elasticity, it is also possible to contact goods 1 that are partially provided with resist.
  • the strip contact 20, according to Figure 3b, can also be designed so that the actual contact to the good is made of metal.
  • this contact strip consists of e.g. punched and stacked metal plates, for example 0.1 mm thick.
  • the stacked metal plates are inserted in place of the lower part of the contact strip 24 and e.g. attached by positive locking.
  • the metal platelets are supported upward in FIG. 3b against the remaining elastic and electrically conductive material, which thus establishes a common electrical connection of all metal platelets.
  • An elastic metallic contact works towards the goods.
  • the contact strip can also consist of contact pieces that are pinnated, i.e. are provided with small incisions. Resilient metallic brush strips can also be used for this.
  • the application examples have been described for printed circuit boards and foils. These are usually in the form of sections.
  • the continuous stopping and restarting of the transport drive is technical consuming.
  • the principle of the flying saw is used to avoid gradual transport when treating heavy goods.
  • the goods are transported continuously.
  • the strip contacts 20 lying against the good carry out a synchronous transport movement, ie a transport step, together with the good by means of at least one movement device.
  • the anodes can also be moved in and against the transport direction with the strip contacts.
  • the strip contacts open and fly open the transport step.
  • the strip contacts 20 are omitted on the side that is not to be treated. Instead of these strip contacts, there is a flat body which absorbs the pressure force of the remaining one-sided strip contacts.

Abstract

Die Erfindung betrifft das elektrische Kontaktieren von ebenem Gut in elektrolytischen Durchlaufanlagen ,it einem Anoden-/Kathodenabstand, der so gross ist, dass einen berührungsfreier Transport des Gutes in der elektrolytischen Zelle möglich ist. Die Erfindung betrifft vorzugsweise das elektrochemischen Behandeln von Leiterplatten und Leiterfolien. Das Gut 1 wird von streifenförmigen Kontaktelementen 9 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktflächen werden zur Stromübertragung an die Oberfläche des Gutes 1 fest angedrückt. Während der elektrochemischen Behandlung findet keine transportbedingte Relativebewegung zwischen dem Gut 1 und den Kontaktelementen 9 statt. Nach einem Behandlungsschritt werden die Kontaktelemente 9 zur Ausführung eines Transportschrittes des Gutes von der Oberfläche desselben abgehoben. Die elektrochemische Behandlung erfolgt somit schrittweise.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von zu behandelndem Gut in elektrolytischen Anlagen.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von ebenem Gut in elektrolytischen Durchlaufanlagen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vor- richtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei der elektrochemischen Behandlung von Leiterplatten. Sie eignet sich für im Elektrolyten lösliche und unlösliche Anoden.
Zur elektrochemischen Behandlung von Platten, Folien oder endlosen Bändern sind horizontale und vertikale Durchlaufanlagen bekannt. Das Gut wird mittels Transportwalzen oder an Klammern kontinuierlich durch derartige Anlagen liegend oder hängend gefördert. Zur Behandlung muß das Gut mit einem Pol einer Badstromquelle elektrisch verbunden sein. Diese Verbindung erfolgt mittels einer elektrischen Kontaktierung. Der andere Pol der Badstromquelle wird mit der Ge- genelektrode der elektrolytischen Zelle verbunden. Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für alle elektrochemischen Prozesse, nämlich für das Galvanisieren, Ätzen, anodisches Oxidieren und für das kathodische Reduzieren. Zur Abkürzung der Beschreibung wird die Erfindung nachfolgend nur noch für das Galvanisieren beschrieben. Bei diesem Prozeß ist das Gut kathodisch gepolt, also Kathode und die Gegenelektrode anodisch gepolt, also Anode. Kathode und Anode werden neutral auch als Elektrode bezeichnet. In der Druckschrift DE 19633797 A1 wird eine horizontale Durchlaufanlage beschrieben. Zwischen den Anoden sind in Transportrichtung des Gutes metallische Kontaktwalzen, die zugleich für den kontinuierlichen Transport des Gutes sorgen, angeordnet. Weil eine vollkommene elektrische Abschirmung der Kontaktwalzen gegen die Anoden nicht möglich ist, werden diese Walzen bevorzugt galvanisiert. Zur fortwährenden Entmetallisierung der unerwünschten Walzenmetallisierung ist eine Entmetallisierungskathode in der Nähe der Walzen angeordnet. Nachteilig ist, dass die Entmetallisierung nicht vollständig erfolgt. Es besteht die Gefahr einer Partikelbildung durch nicht haftende Schichten oder Metallflitter an der Kontaktwalze und an der Entmetallisierungskathode. In der Druckschrift EP 0959153 A2 wird eine weitere horizontale Durchlaufanlage beschrieben. Hier wird versucht, die störende Metallisierung der Kontaktwalzen völlig zu vermeiden. Die Kontaktwalzen werden außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnet. Eine untere und zwei obere Quetschwalzen halten den Elektrolyten von den Kontaktwalzen fern. Nachteilig sind hier die in Transportrichtung kurzen Anoden im Vergleich zum Längenbedarf der Abquetschwalzen und der Kontaktwalzen.
Beide Erfindungen haben desweiteren den gemeinsamen Nachteil, dass der Galvanisierstrom auf die rotierenden Walzen übertragen werden muss. In naßchemischen Anlagen unterliegen die bekannten Schleifkontakte einem erhöhten Ver- schleiß.
Ein weiterer Nachteil der Kontaktwalzen in den bekannten Anlagen ist, dass sie nur zur vollflächigen elektrolytischen Behandlung von Gut geeignet sind. Das partielle Behandeln von Oberflächen wie z.B. das Galvanisieren des Leiterbildes auf Leiterplatten, ist nicht möglich. Derartiges Gut besteht aus einer elektrisch leitfähigen und vollflächigen Grundschicht. Die Strukturen werden durch einen elektrisch isolierenden Resist auf der Grundschicht negativ gebildet. Die freien Flächen werden bei geeigneter Kontaktierung galvanisiert. Zur Fertigstellung der Leiterplatten wird anschließend die Grundschicht zwischen den Leiterzügen durch Ätzen entfernt. Der Resist hat eine Dicke von etwa 40 μm. Dies verhindert ein Kontaktieren der Grundschicht mit den genannten Kontaktwalzen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die zur elektrischen Kontaktierung von ebenem Gut in Durchlaufanlagen geeignet sind und die die genannten Nachteile nicht aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das in Patentanspruch 1 genannte Verfahren und durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12.
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben. Hierzu dienen auch die schematisch dargestellten Figuren:
Figur 1 zeigt das Grundprinzip der elektrischen Kontaktierung des Gutes in einer Durchlaufanlage. Figur 2 zeigt im Ausschnitt eine weitere horizontale Durchlaufanlage mit der
Streifenkontaktierung des Gutes. Figur 3a zeigt im Querschnitt einen Streifenkontakt mit einer starren Kontaktlei- ste, die isoliert und federnd in einem elastischen Werkstoff gelagert ist.
Figur 3b zeigt desgleichen einen Streifenkontakt, dessen Kontaktleiste in sich aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht und die mit einem elastischen, elektrisch nichtleitenden Werkstoff isoliert ist.
Die Figur 1 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemässen elektrischen Kontaktierung des Gutes 1 sowie obere Anoden 4 und untere Anoden 5. Der Anoden- /Kathodenabstand in der elektrolytischen Zelle wird so groß gewählt, dass ein sicherer Transport des Gutes ohne Berührung der Elektroden, das heißt der Anode und der Kathode erfolgt, z.B. 30 mm. Zum Transport des Gutes dienen die Transportwalzen 25, die in beliebiger Anzahl verwendet werden können. Vorteilhaft ist dies besonders beim Transport von empfindlichen Folien. Die Transportwalzen schirmen in der elektrolytischen Zelle allerdings das elektrische Feld je nach Ausführung mehr oder weniger ab. Deshalb werden an Stelle der Transportwalzen bevorzugt Transporträdchen verwendet. Für die Erfindung eignen sich die bekannten Transportmittel wie z.B. Klammern, Räder oder Walzen. Weil sie hier keinen elektrischen Strom übertragen müssen, können sie aus nichtleitenden Werkstoffen bestehen. In Figur 1 ist die Situation während der elektrolytischen Behandlung des Gutes 1 dargestellt. Der nicht dargestellte Transportantrieb des Gutes 1, der über die Transportwalzen 25 wirkt, ist ausgeschaltet. Zwischen dem Gut 1 und den Streifenkontakten 20, die an die Oberfläche des Gutes angedrückt werden, findet während der elektrolytischen Behandlung keine relative Transportbewegung statt. Nach einer, im allgemeinen zeitlich kurzen Behandlung öffnen sich die Streifenkontakte 20. Sie werden von den zu behandelnden Oberflächen entfernt und das Gut wird einen Schritt in Pfeilrichtung 19 weiterbefördert. Es findet ein transportbedingter relativer Bewegungsschritt zwischen dem Gut einerseits und den Elektroden und den Streifenkontakten andererseits statt. Nach dem erneuten Schlie- ßen der Streifenkontakte 20 wiederholt sich die elektrolytische Behandlung, Das Öffnen und Schließen erfolgt mittels einer von einem Hubmotor betätigten Hub- und Senkeinrichtung, die nachfolgend kurz Hubeinrichtung 7 genannt wird. Die nicht dargestellte Hubeinrichtung wird mittels bekannter Techniken des Maschinenbaues und der Automatisierungstechnik hergestellt und gesteuert.
Bei beidseitiger Behandlung des Gutes befinden sich an beiden Seiten Streifenkontakte 20 und Hubeinrichtungen. Zur Unterstützung des elektrochemischen Behandeins können Rütteleinrichtungen 6 verwendet werden. Diese wirken auf die Streifenkontakte 20 ein und setzen das Gut 1 in Vibrationen. Dadurch wird die Diffusionsschichtdicke an der zu behandelnden Oberfläche verringert. Dies erlaubt die Anwendung einer höheren Stromdichte.
Die leitenden Oberflächen des Gutes werden von den fest angedrückten Streifenkontakten 20 elektrisch kontaktiert. Elektrische Leiter in Form von flexiblen Strom- bändern oder Hochstromlitzen 26 verbinden die Streifenkontakte 20 mit einer nicht dargestellten Badstromquelle. Bei dem Badstrom kann es sich um Gleichstrom, unipolaren oder bipolaren Pulsstrom handeln. In der Figur 1 ist die im zeitlichen Mittel überwiegende Polarität für das Galvanisieren des Gutes 1 eingezeichnet.
Figur 2 zeigt in der Seitenansicht eine weitere horizontale Durchlaufanlage zur Leiterplattenbehandlung mit einer Streifenkontaktierung. Der Elektrolyt wird auch hier durch bekannte und hier nicht dargestellte Konditionierungseinrichtungen außerhalb des Arbeitsbehälters konditioniert und im Kreislauf durch den Arbeits- behälter gefördert. Der elektrische Anschluß des Gutes 1 an die Badstromquel- le(n) erfolgt über einen oder mehrere Streifenkontakt(e) 20. Die Transportwalzen 25 befinden sich hier nicht zwischen der Anode und der Kathode. Eine störende Abschirmung durch die Transportmittel erfolgt nicht. Der Anoden- /Kathodenabstand wird so groß gewählt, dass ein sicherer Transport des Gutes möglich ist. Außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnete elektrische Leiter 10 und 11 leiten den Badstrom von der oder den Badstromquelle(n) in die Nähe der Elektroden bzw. Streifenkontakte. Direkt an der Anlage wird der Badstrom über flexible Strombänder oder Hochstromlitzen 26 auf die Streifenkontakte 20 geleitet. Derartige Stromleiter sind nahezu verschleißfrei.
Ein metallisch hart ausgeführter Streifenkontakt an der kontaktgebenden Fläche ist zur vollflächigen Kontaktierung sehr gut geeignet. Befindet sich jedoch ein elektrisch isolierender Resist zur Strukturbildung auf der Oberfläche des Gutes, so ist die Kontaktierung der leitenden Oberflächenbereiche nicht möglich. In diesem Fall wird ein Streifenkontakt verwendet, der an der kontaktgebenden Fläche aus einem elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht. Derartige Werkstoffe sind z.B. Elastomere oder Silikone, die bei der Herstellung mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen versehen worden sind. Derartige Füllstoffe bestehen z.B. aus Metallpulver, Metallflocken und ähnlichen Teilchen. Die Abmessungen derar- tiger Teilchen betragen im Durchmesser etwa 10 μm oder weniger. Damit lassen sich Verbundwerkstoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit herstellen, die nahe an die Leitfähigkeit der üblichen elektrochemisch resistenten Metalle wie Titan oder Tantal herankommen. Derartige elastische Streifenkontakte 20 überbrücken die etwa 40 μm hohen Resistflanken, zumindest an den stets vorhandenen größeren, nicht mit Resist abgedeckten Oberflächenbereichen, und kontaktieren so das Gut.
Die Behandlung des Gutes erfolgt schrittweise. In den Figuren 1 und 2 ist die Situation während der beidseitigen elektrochemischen Behandlung dargestellt, d.h. während eines Behandlungsschrittes. Der Transportantrieb in Pfeilrichtung 19 ist ausgeschaltet. Die Badstromquelle ist eingeschaltet. Es erfolgt die elektrochemische Behandlung, die durch Einschaltung der Rütteleinrichtung 6 unterstützt werden kann. Die mögliche Dauer der Behandlung pro Schritt ist u.a. abhängig von den Abmessungen der Elektroden, von der angewandten Stromdichte, von der Intensität der Elektrolytanströmung an das Gut und von der erforderlichen Expositionszeit. Die Dauer pro Behandlungsschritt liegt bei wenigen Millisekunden, z.B. 10 ms und sie reicht bis zu einer Stunde. Die Elektrolytströmungseinrichtungen in der artigen Anlagen sind bekannt und von daher nicht dargestellt.
Nach dem Behandlungsschritt öffnet die Hubeinrichtung die Streifenkontakte 20 geradlinig in Pfeilrichtung 8. Dabei sollte die Badstromquelle zur Vermeidung eines Abreißfunkens am Streifenkontakt ausgeschaltet sein. Sie kann auch vor dem öffnen im Strom reduziert werden. Nach dem Öffnen kann die Badstromquelle umgepolt eingeschaltet werden. Bei einem Galvanisierprozeß wird die dann an- odisch geschaltete Kontaktfläche elektrolytisch gegen eine kathodische Hilfselektrode geätzt. Störende Metallablagerungen, die sich bei beschädigten Isolierungen der Streifenkontakte bilden können, werden dabei entfernt. Die Weglänge des Transportschrittes wird in erster Linie von der Expositionszeit bestimmt. Ist diese Zeit bei gegebener Anlagenlänge lang, d.h. bei gegebener Anzahl von Anoden, dann ist der Transportschritt entsprechend länger. Anlagenlänge und Anlagenleistung werden aufeinander so abgestimmt, daß die Transportschritte etwa 1 mm und bei Großanlagen bis zu 2 m betragen. Spätestens mit dem Aufsetzen der Streifenkontakte 20 auf dem Gut 1 wird der Transportaπtrieb ausgeschaltet und zugleich werden die Badstromquellen, falls sie ausgeschaltet waren, mit der erforderlichen Polarität wieder eingeschaltet. Alle Bewegungen, Transportschritte und das elektrische Schalten der Badstromquellen werden von einer nicht dargestellten zentralen Anlagensteuerung zeitgerecht gesteuert. Die Figuren 1 und 2 gelten grundsätzlich auch für vertikale Durchlaufanlagen. In diesem Falle stellen die schematischen Darstellungen die Draufsicht dar. Die Streifenkontakte 20, die weiter unten näher erläutert werden, erfordern in den Durchlaufanlagen, im Gegensatz zu den bekannten Kontaktwalzen, keine Dichtwalzen. Es kann ein durchgehender und kürzerer Arbeitsbehälter, der in den Figuren nicht dargestellt ist, verwendet werden. Nach jedem Behandlungsschritt erfolgt das Abheben der Streifenkontakte 20 von der Oberfläche des Gutes 1. Wenn kurz vor dem Öffnen oder mit dem Einleiten der Öffnungsbewegung die Badstromquelle ausgeschaltet wird, kann bei einem Galvanisierprozeß eine Metallisierung des jetzt freiliegenden Kontaktes vermieden werden. Durch eine vorübergehende Umpolung im geöffneten Zustand der Anord- nung ist die Entmetallisierung der Kontakte bei Bedarf möglich. Mit dem Öffnen setzt auch der Transportschritt des Gutes 1 ein. Danach schließen die Streifkontakte. Vor Abschluß der Schließbewegung ist der Transportschritt beendet. Unterhalb eines Streifenkontaktes findet keine Behandlung statt. Die Transportschritte werden in ihrer Länge so auf die gegenseitigen Abstände der Streifen- kontakte abgestimmt, dass alle Oberflächenbereiche des Gutes zeitlich gleichlang elektrochemisch behandelt werden. Nach Abschluß der Schließbewegung wird die Badstromquelle wieder eingeschaltet. Die weiteren Abläufe und Funktionen sind bereits beschrieben worden. Der Streifenkontakt 20 kann quer zur Transportrichtung und zu dieser in einem rechten Winkel angeordnet sein. Ein davon abweichender Winkel, d.h. schräg angeordnete Streifenkontakte kontaktieren zwei aufeinanderfolgende Abschnitte von Gut. Der Streifenkontakt kann nicht in einer Lücke von mit Abstand aufeinanderfolgendem Gut kontaktieren. Die Anoden können hierfür auch entsprechend schräg geschnitten ausgeführt werden. Die Streifenkontaktierung hat folgende weitere Merkmale:
Wegen der nicht erforderlichen Rotation wird kein Schleifkontakt benötigt. Es werden zur Stromzuführung auf den Streifenkontakt 20 verschleißfreie elektrische Leiter 26 in Form von flexiblen Strombändern oder Hochstromlitzen verwendet. Der übliche Schleifkontaktabrieb entfällt. Desweiteren läßt sich der eigentliche Kontakt im Gegensatz zu Kontaktwalzen elektrisch so isolieren, daß ein unerwünschtes Metallisieren bei einem Galvanisierprozeß vermieden wird. Elastische und angetriebene Dichtwalzen sind nicht erforderlich. Entsprechend kürzer wird die Baulänge der Anlage. Insbesondere wird bei z.B. gleicher Anodenlänge im Vergleich zur Walzenkontaktierung der Abstand von einer Kontaktstelle zur näch- sten in Transportrichtung kürzer. Dies erlaubt die Produktion von kürzerem Gut 1 oder von längeren Anoden bei gegebener Länge des Gutes 1.
Die Figur 3a zeigt einen Streifenkontakt 20 im Querschnitt. Er erstreckt sich längs in die Zeichnungsebene hinein. Ein Träger 21 , aus Metall oder Kunststoff, dient zur Stabilisierung und zur Befestigung an einer Hubeinrichtung. Am Träger 21 ist ein elektrisch isolierender und elastischer Werkstoff 22 befestigt, z.B. anvulkanisiert. In diesen Werkstoff 22 ist eine starre Kontaktleiste 23 eingebettet. Die Kontaktleiste 23 besteht vorzugsweise aus einem elektrochemisch resistenten Metall, z.B. aus Titan oder Niob. Das Metall kann auch mit einer resistenten Oberflächen- beschichtung versehen sein. Über elektrisch isolierte Leiter 26 in unmittelbarer Nähe des Streifenkontaktes und im weiteren Verlauf über Leiter 10 ist die Kontaktleiste 23 mit der Badstromquelle verbunden. Der Isolierwerkstoff 22 dichtet während des Behandlungsschrittes die Kontaktleiste 23 in Richtung zur elektrolyti- sehen Zelle völlig ab. Ein unerwünschtes Metallisieren, der beim Galvanisieren kathodischen Kontaktleiste 23, wird so auch ohne Dichtwalzen sicher vermieden.
Sind Teilbereiche der zu behandelnden Oberfläche des Gutes mit Resist abgedeckt, wird die verbleibende freie Oberfläche von einem metallisch starren Kontakt nicht sicher kontaktiert. Dafür eignet sich der Streifenkontakt, den Figur 3b zeigt. Am Träger 21 ist eine elastische Kontaktleiste 24 befestigt. Sie besteht aus dem bereits oben beschriebenen elastischen und mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen versehenen Werkstoff. Beidseitig ist an der elastischen Kontaktleiste 24 ein elastischer und elektrisch isolierender Werkstoff 22 angebracht. Dieser Isolierwerkstoff schützt die Kontaktleiste 24 vor unerwünschter Metallisierung bei kathodischer Polarität. Durch die Elastizität ist es möglich, auch partiell mit Resist versehenes Gut 1 sicher zu kontaktieren. Der Streifenkontakt 20, gemäß Figur 3b, kann auch so ausgebildet werden, daß der eigentliche Kontakt zum Gut aus Metall besteht. Im Gegensatz zur starren Kontaktleiste in Figur 3a besteht diese Kontaktleiste aus z.B. gestanzten und gestapelten Metallplättchen von beispielsweise 0,1 mm Dicke. Die gestapelten Metallplättchen werden an Stelle des unteren Teiles der Kontaktleiste 24 eingelegt und z.B. durch Formschluß befestigt. Die Metallplättchen stützen sich nach oben in Figur 3b gegen den verbleibenden elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff ab, der damit eine gemeinsame elektrische Verbindung aller Metallplättchen herstellt. Zum Gut hin wirkt ein elastischer metallischer Kontakt.
Zur Anpassung an Oberflächenunebenheiten kann die Kontaktleiste auch aus Kontaktstücken bestehen, die in sich gefiedert, d.h. mit kleinen Einschnitten versehen sind. Desgleichen sind hierfür federnde metallische Bürstenleisten ver- wendbar.
Die Anwendungsbeispiele wurden für Leiterplatten und Leiterfolien beschrieben. Diese liegen in der Regel in Form von Abschnitten vor. Bei schwerem Gut ist das fortwährende Anhalten und Wiederanfahren des Transportantriebes technisch aufwendig. Zur Vermeidung des schrittweisen Transportes bei der Behandlung von schwerem Gut wird das Prinzip der fliegenden Säge angewendet. Das Gut wird kontinuierlich transportiert. Während des Behandlungsschrittes führen die am Gut anliegenden Streifenkontakte 20 mittels mindestens einer Bewegungseinrichtung eine synchrone Transportbewegung, d.h. einen Transportschritt zusammen mit dem Gut aus. Zwischen dem Gut und den Streifenkontakten findet dabei keine Relativbewegung statt. Zwischen den Streifenkontakten und den jeweils benachbarten Anoden befindet sich ein der Transportschrittlänge entsprechender Abstand. Die Anoden können auch mit den Streifenkontakten in und gegen die Transportrichtung bewegt werden. Nach dem Behandlungs- bzw. Transportschritt öffnen die Streifenkontakte und fliegen geöffnet den Transportschritt zurück. Dann schließen sie wieder und behandeln erneut mitfliegend das Gut. Werden benachbarte Streifenkontakte mit unabhängigen Bewegungseinrichtungen ausgestattet, so ist eine unterbrechungsfreie Stromzuführung zum Gut möglich. Während der Streifenkontakt der einen Bewegungseinrichtung mitfliegend kontak- tiert, fliegt der andere geöffnet zurück. Diese abwechselnde Kontaktierung von, in Transportrichtung des Gutes gesehen, benachbarten Streifenkontakten wiederholt sich fortwährend.
In den Figuren sind beidseitige Behandlungen des Gutes dargestellt. Bei einseiti- ger Behandlung entfallen an der nicht zu behandelnden Seite die Streifenkontakte 20. An Stelle dieser Streifenkontakte tritt ein ebener Körper, der die Andruckkraft der verbleibenden einseitigen Streifenkontakte aufnimmt.
Bezugszeichenliste
Gut obere Anode, Elektrode untere Anode, Elektrode Rütteleinrichtung, auf den Streifenkontakt wirkend Hubmotor, Hubeinrichtung Kennzeichnungspfeil für die Anodenbewegungen Kontaktelement für das Gut elektrischer Leiter zum Gleichrichter-Minuspol elektrischer Leiter zum Gleichrichter-Pluspol Elektrolyt Transportrichtungspfeil Streifenkontakt Träger elastischer Isolierwerkstoff starre Kontaktleiste elastische Kontaktleiste Transportwalze, Transporträder flexible Strombänder

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von ebenem Gut, wie z.B. Leiterplatten und Leiterfolien zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren in elektrolytischen Durchlaufanlagen mit mindestens einem Arbeitsbehälter, Elektrolyt, Elektrolytkreislauf, Transporteinrichtungen, Elektroden und Badstromquellen bestehend aus den Verfahrensschritten:
a) Transportieren des Gutes in das elektrolytische Bad mit einer von Elektro- den und dem Gut gebildeten elektrolytischen Zelle und aus dieser wieder heraus, b) In- Kontakt- Bringen des Gutes mit dem Elektrolyten im Bad, c) elektrisches Kontaktieren und leitendes Verbinden der zu behandelnden, elektrisch leitfähigen Oberflächen und der Elektroden mit mindestens einer Badstromquelle, dadurch gekennzeichnet, d) dass zum elektrischen Kontaktieren Streifenkontakte (20) auf die Oberfläche^) des Gutes (1) aufgesetzt und angedrückt werden, e) und dass der Transport des Gutes durch die von den Elektroden (4, 5) und dem Gut gebildete(n) elektrolytische(n) Zelle(n) so erfolgt, dass spätestens ab dem Zeitpunkt des Aufsetzens der Streifenkontakte (20) zwischen diesen und dem Gut (1 ) keine Relativbewegung stattfindet, f) und dass während des Aufsitzens Streifenkontakte auf der Oberfläche des Gutes ein elektrolytischer Behandlungsschritt stattfindet, g) und dass nach dem Behandlungsschritt die Streifenkontakte von der Oberfläche des Gutes wieder abgehoben werden, h) und dass während der abgehobenen Streifenkontakte ein transportbedingter relativer Bewegungsschritt zwischen dem Gut (1 ) und den Streifenkontakten (20) sowie der Elektroden (4, 5) der elektrolytischen Zelle stattfindet, i) und dass sich dieser Ablauf entsprechend der Verfahrensschritte d) bis h) fortwährend wiederholt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsschritt bei jeder Ablaufwiederholung 10 Millisekunden bis 1 Stunde lang andauert.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut bei jeder Ablaufwiederholung durch den relativen Transportschritt 1 Millimeter bis 2 Meter transportiert wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Streifenkontakte gemeinsam vom Gut abgehoben und wieder aufgesetzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenkontakte abwechselnd vom Gut abgehoben und wieder aufgesetzt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Badstrom, in Transportrichtung des Gutes gesehen, vor und nach jeder Elektrode, beziehungsweise vor und nach jeden oberen und unteren Elektroden in das Gut mittels der Streifenkontakte eingespeist wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Badstromquelle(n) immer dann ausgeschaltet ist oder sind, wenn die Streifenkontakte nicht auf der Oberfläche der Gutes aufsitzen.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bad- stromquelle(n) immer dann umgepolt betrieben wird oder werden, wenn die Streifenkontakte nicht auf der Oberfläche der Gutes aufsitzen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenkontakte und damit das Gut durch Rütteleinrichtungen (6) zu Vibrationen mindestens dann angeregt werden, wenn die elektrolytische Behandlung stattfindet.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei kontinuierlichem Transport des Gutes durch die elektrolytische Anlage, die Streifenkontakte mit oder ohne den Elektroden während der elektrolytischen Behandlung mit dem Gut eine kurze Strecke mitfliegen und dass nach dieser Strecke die Streifenkontakte abgehoben werden und mit oder ohne den Elektroden gegen die Transportrichtung des Gutes geöffnet und schnell zurückfahren, mit anschließendem Schließen, sowie erneutem mitfliegenden elektrolytischen Behandeln und dass sich diese Vorgänge fortwährend wiederholen.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportbewegung des Gutes durch elektrisch nichtleitende Klammern, Räder oder Walzen auf das Gut übertragen wird.
12. Vorrichtung zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von ebenem Gut, wie zum Beispiel Leiterplatten und Leiterfolien in Durchlaufanlagen mit Elektrolytbehältern, Elektrolyt, Elektroden, Badstromquellen und Transporteinrichtungen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 bestehend aus:
a) einer Transporteinrichtung (25) zur Förderung des Gutes (1) durch die elektrolytische Anlage, b) einer Pumpeinrichtung zur Kreislaufförderung des Elektrolyten im elek- trolytischen Bad und durch Einrichtungen zur Elektrolytregenerierung, c) mindestens einer Badstromquelle zur Speisung der elektrolytischen Zelle oder der Zellen, d) elektrischen Kontaktelementen (9) zur Stromübertragung von der Badstromquelle auf das Gut, gekennzeichnet durch: e) Streifenkontakte (20), die quer zur Transportrichtung angeordnet sind, und die mit der kontaktgebenden Seite in Richtung der zu behandelnden Oberfläche des Gutes weisen. f) mindestens eine Hubeinrichtung (7) für die Streifenkontakte (20) zur fortwährenden, annähernd senkrechten, Annäherung, Ruhestellung mit elektrochemischer Behandlung des Gutes und Entfernung der Streifenkontakte von der Oberfläche des Gutes, g) eine Transporteinrichtung (25) zum Transport des Gutes durch die elek- trolytische(n) Zelle(n) derart, dass während der elektrolytischen Behandlung zwischen den Streifenkontakten und dem Gut keine Relativbewegung stattfindet, h) und durch eine Schalteinrichtung zum koordinierten Ein- und Ausschalten der Hubeinrichtungen (7) für die Streifenkontakte (20) und der Transporteinrichtungen (25) für das Gut (1 ).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Badstrom- Schalteinrichtung zum koordinierten Ein- und Ausschalten des Badstromes.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, gekennzeichnet durch eine Gleichrichter - Umpoleinrichtung zum koordinierten Umpolen der Badspan- nung(en).
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, gekennzeichnet durch Transportmittel in Form von seitlich das Gut ergreifende Klammern.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, gekennzeichnet durch Transportmittel in Form von seitlich auf dem Gut abrollenden Rädern.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, gekennzeichnet durch Transportmittel in Form von abrollenden Walzen (25), die langgestreckt und quer zur Transportrichtung des Gutes angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 17, gekennzeichnet durch mindestens eine Rütteleinrichtung (6), die die Streifenkontakte und damit auch das Gut, zumindest während der Zeit der elektrolytischen Behandlung, in Vibration versetzt.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 18, gekennzeichnet durch Streifenkontakte (20) mit Kontaktleisten (23, 24), die mit Ausnahme der Kontaktfläche zum Gut, in einem elektrisch isolierenden und chemisch beständigen Werkstoff eingebettet sind und die zusammen eine Baueinheit (9) bilden.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste (23), die aus einem starren Metallkörper besteht.
21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus gefiederten metallischen Kontaktstücken besteht.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus federnden metallischen Bürstenleisten besteht.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus dünnen, gestapelten Metallplättchen besteht.
24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste (24), die aus einem in sich elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht.
25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 24, gekennzeichnet durch einen Streifenkontakt, der in einem Winkel ungleich 90° zur Transportrichtung angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 25, gekennzeichnet durch eine Stromzuführung zum Streifenkontakt in Form von flexiblen elektrischen Leitern.
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