WO2004065665A1 - Verfahren und vorrichtungen zum elektrochemischen behandeln von gut - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zum elektrochemischen behandeln von gut Download PDF

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WO2004065665A1
WO2004065665A1 PCT/DE2002/000285 DE0200285W WO2004065665A1 WO 2004065665 A1 WO2004065665 A1 WO 2004065665A1 DE 0200285 W DE0200285 W DE 0200285W WO 2004065665 A1 WO2004065665 A1 WO 2004065665A1
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Egon Hübel
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Huebel Egon
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/06—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
    • H05K3/07—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process being removed electrolytically

Definitions

  • the invention relates to a method and devices for the electrochemical treatment of material which is electrically conductive at least on the surface, preferably for the treatment of printed circuit boards and printed films on one and both sides.
  • the invention is used in continuous systems and immersion bath systems. Such systems are known, inter alia, from the following publications.
  • the document DE 3645319 C2 describes a horizontal continuous system for the electrolytic treatment of plate-shaped objects. This material is gripped by clips, electrically contacted and transported continuously under the bath level between the lower and upper anodes. The electrolyte is introduced by means of feed pipes which are arranged between the anodes and the material.
  • the document DE 4132418 C1 Another horizontal continuous system describes the document DE 4132418 C1.
  • the circuit boards are gripped laterally using contact rollers, electrically contacted and continuously transported between the upper and lower anodes through the system.
  • Free-running support rollers for guiding the continuous printed circuit boards are arranged between the anodes and the material.
  • the document DE 4229403 C2 describes a device for electroplating electrically conductive plastic films on the surface.
  • the continuous transport through the electroplating system takes place from roll to roll.
  • the power supply to the goods is carried out via sliding contact devices across the direction of transport. Pinch roller pairs ensure the short-circuit-free transport of the foil in the anode / cathode area.
  • the systems mentioned above are suitable for the full-surface electrolytic treatment of material with a high current density, for example with 12 A / dm 2 .
  • the partial treatment of surfaces which are connected to one another by means of an electrically conductive and full-area base layer can only be treated electrolytically with a low current density, for example with 2 A / dm 2 .
  • the structures are formed negatively by a resist on the full-surface base layer.
  • the free areas are galvanized with suitable electrical contacts.
  • the base layer between the conductor tracks is then removed by etching. A prerequisite for this pattern formation is that the resist enables the base layer to be electrically contacted.
  • All of these systems are characterized by a very large anode / cathode spacing compared to the dimensions of the structures of the printed circuit board technology.
  • the anode / cathode spacing is approximately 20 mm to 80 mm.
  • Treat electrolytically are structures with a width starting from 0.05 mm according to the current state of printed circuit board technology. This width will halve again in the foreseeable future.
  • the ratio of anode / cathode spacing to structure width is therefore 400: 1 and more. Because of the large anode / cathode spacing, layer thickness differences of up to 20: 1 occur depending on the conductor pattern.
  • the object of the invention described in the publication DE 4417551 C2 is to largely avoid the peak effect. Electrically insulating spacers keep the anodes and the goods at a distance during the continuous transport through the continuous system. The distance should not exceed 30 times the width of narrow conductor runs. Even at such a distance, the peak effect is present, albeit weakened.
  • the anodes rolling continuously on the material also represent only a linear anode for the material. In order to achieve a sufficient layer thickness during electroplating for a given system length, the current density must be increased. However, this disadvantageously increases the effectiveness of the spray.
  • the plan anodes described in this document avoid this disadvantage.
  • a wiping device interferes with the diffusion layer on the surface of the goods.
  • the wiping by means of a wiping device is carried out by a relative movement of the anode and cathode.
  • the wiping device slidably abuts the surface of the goods moving continuously through the system.
  • the wiping rollers with integrated anode function described in the publication again have the disadvantage of only a very short anode in the transport direction, which is effective at the surface line.
  • the wiping material must be so porous that it is not only permeable to ions but also permeable to electrolytes. Such materials are prone to wear when unrolling on the sharp edges of the circuit boards.
  • the wiping rollers largely dazzle the anodes. Furthermore, the length of the wiping surface in the transport direction for each wiping roller is very short on the surface line. The anodes and the wipers interfere with each other.
  • the object of the invention is to enable precise electrolytic treatment of material in continuous systems and in immersion bath systems, in particular for the galvanizing of very small conductor track structures on printed circuit boards and conductor foils, while avoiding the disadvantages described above.
  • the conductor track structures are electrically connected to one another by means of a base layer.
  • the object is achieved by the method described in claim 1 and by the devices according to claims 17 and 24.
  • the invention is suitable for carrying out all electrochemical processes, that is to say for electrochemical metallizing, etching, oxidizing and reducing using electrolytes with and without redox system.
  • Anodes which are insoluble in the electrolyte are preferably used. In principle, soluble anodes can also be used.
  • Figure 1 shows the basic principle of the electrolytic cell with the minimum anode / cathode distance during the electrolytic treatment.
  • Figure 2 shows in the detail a horizontal continuous system for circuit board treatment with a roller contact of the goods.
  • Figure 3 shows a detail of a horizontal continuous system with a strip contact of the goods.
  • Figure 4a shows in cross section a strip contact with a contact strip which is insulated and resiliently mounted in an elastic material.
  • FIG. 4b 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 electrolytic cell according to the invention with the good 1 and with an upper anode arrangement 2 and a lower anode arrangement 3.
  • the anode arrangements consist of the upper and lower anodes or electrodes 4 and 5, which are preferably designed as insoluble anodes.
  • the thickness of the insulating material 12 is at the same time the effective anode / cathode distance in the electrolytic treatment.
  • a fabric thickness of e.g. 0.15 mm brings the anode / cathode spacing to the order of the structures to be treated, as e.g. occur when creating circuit diagrams of printed circuit boards. This avoids peak effects. This leads to a very uniform layer thickness distribution.
  • FIG. 1 shows the situation during the electrolytic treatment of the good 1.
  • the transport drive of the goods 1 is switched off.
  • the upper and lower anode arrangements 2 and 3 touch the surfaces to be treated electrolytically, the ion-permeable insulating material 12 in front of the anodes reliably preventing an electrical short circuit with the smallest anode / cathode distance.
  • the anode arrangements open. They are thus removed from the surfaces to be treated and the material is conveyed one step further in the direction of arrow 19. After the anode arrangements 2 and 3 are closed again, the electrolytic treatment is repeated.
  • lifting device 7 By opening and closing the anode arrangements in the direction of the double arrow 8, the electrolyte on the surface of the material and on the anodes is also exchanged each time.
  • the opening and closing takes place by means of a lifting and lowering device actuated by a lifting motor, which is referred to below as lifting device 7.
  • the lifting device 7, which is not shown in detail, is produced by means of known techniques in mechanical engineering and automation technology.
  • a vibrating device 6 can be used to support the electrochemical treatment. This sets the anode arrangement 2 or 3 in vibrations. This reduces the diffusion layer thickness on the surface to be treated, which allows the use of a higher current density.
  • the conductive surface of the good is electrically contacted by a contact element 9.
  • Suitable contact elements include Contact rollers, contact wheels and clamps.
  • Electrical conductors 10 and 11 connect the electrolytic cell to a bath current source, not shown.
  • the bath current can be direct current, unipolar or bipolar pulse current. 1 and 2 show the predominant polarity for the electroplating of the good 1, which is predominant over time.
  • Figure 2 shows a side view of a horizontal continuous system for circuit board treatment with a roller contact.
  • Sealing rollers 13 and sealing walls 14 form working containers 15 along the transport path which are filled with electrolyte 16.
  • the sealing rollers prevent metallization of the cathodically polarized contact rollers 17 during electroplating.
  • the electrolyte is conditioned by known and not shown conditioning devices outside of the working container 15 and conveyed in the circuit.
  • the electrical connection of the goods 1 to the bath current source (s) is via one or more Contact rollers 17. They are motor-driven by a transport drive, not shown, together with the sealing rollers 13, which also transport the material 1.
  • Sliding contacts 18 or rotating liquid contacts arranged outside the working container conduct the bath current from the bath current source to the contact rollers.
  • a metallic and thus hard contact roller 17 is suitable for full-surface contacting. If there is an electrically insulating resist for structure formation on the surface of the good, contacting the conductive surface areas is not possible.
  • a contact roller 17 is used, which consists of an elastic and electrically conductive material. 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. 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 stainless steel.
  • Such elastic contact rollers 17 bridge the approximately 40 ⁇ m high resist flanks, at least on the larger surface areas that are not always covered with resist, and thus contact the material.
  • the goods are treated gradually.
  • the situation according to the bilateral electrochemical treatment is represented in the device according to FIG. during a treatment step.
  • the transport drive in the direction of the arrow is switched off.
  • the anode arrangements 2 and 3 touch the surfaces of the material 1 to be treated.
  • the bath current source is switched on.
  • the electrochemical treatment takes place, which can be supported by switching on the vibrating device 6.
  • a synchronization and / or switching device ensures that the movements and the bath power sources are switched on and off synchronously.
  • the possible duration of the treatment depends on the chemical composition of the electrolyte, on the current density used, and on the anode / cathode distance, ie on the thickness of the insulating material 12 before Anodes, and on the type of insulating material.
  • the thickness and type of insulating material determine the amount of conditioned electrolyte available for each treatment step. This conditioned electrolyte is briefly referred to below as: fresh electrolyte.
  • Resistant cloths, felt, open-cell foam, ceramic cloths and other ion-permeable and liquid-permeable materials are suitable as the insulating material 12.
  • the ion-permeable insulation materials can be soft and absorbent, or hard and non-absorbent.
  • An example of hard insulation materials is the partial insulation of the anodes with a resistant insulator, such as firmly adhering ceramic particles or plastic particles.
  • the anodes are partially ion-permeable and partially electrically insulated.
  • Liquid-absorbing and soft insulating materials especially together with the vibration of the anodes, perform a flexing work which is advantageous for the electrochemical process. This flexing work accelerates the process by reducing the thickness of the diffusion layer.
  • the duration per treatment step is a few milliseconds, for example 10 ms, and it lasts up to an hour.
  • the lifting device opens the anode arrangements 2 and 3 in a straight line in the direction of the arrow 8 or pivoting on a curved path and likewise in the direction of the arrow 8.
  • the bath current source can remain switched on. There is no breakaway spark. Before opening, it can also be reduced in the current, reversed polarity, or switched off completely, so that, in the transport step now starting in the direction of arrow 19, very little or no current flows at the contact rollers 17.
  • 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 work containers 15 and anode lengths in the transport direction, 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 anodes can also move relative to the material at rest. By opening the anode arrangements 2 and 3, fresh electrolyte gets into the area of the anode and cathode. After the transport step has taken place, the anode arrangements close again. The anodes touch again with the insulating materials 12 the surfaces of the goods. This creates a hydrodynamic pressure of the electrolyte, which also causes an increased mass transfer in through holes and in blind holes in the material.
  • the transport drive is switched off at the latest when the anode arrangements are placed on the goods and, at the same time, the bath power 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). -The figure 2 also applies to a vertical continuous system. In this case, the schematic representation shows the top view.
  • FIG. 3 shows a side view of a horizontal continuous system for circuit board or circuit film treatment by means of a strip contact.
  • FIG. 3 shows a top view of a vertical continuous system.
  • a continuous work container as shown in FIG. 3 can be used.
  • the strip contact 20 establishes an electrical connection from the surface of the good 1 to the bath current source, not shown and already described.
  • the strip contact 20 is pressed firmly against the surface to be treated when the material 1 is switched off.
  • the anode arrangements 2 and 3 are closed.
  • the illustration in FIG. 3 shows the treatment step. Then the anode arrangements 2 and 3 are opened.
  • the strip contacts 20 are also lifted off the surface of the material 1, which is indicated by the dashed lines. It is advantageous if the bath current source is switched off shortly before or when the opening movement is initiated, or at least the current intensity is reduced. This prevents sparking and or metallization of the contact. By reversing the polarity when the arrangement is open, demetallization of the contacts against a cathodic auxiliary electrode is possible if required.
  • the goods 1 are opened, they are also transported. Then the anode arrangements 2 and 3 close together with the strip contacts. The transport step is completed before the closing movement is completed. There is none below a strip contact Treatment instead.
  • 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 amount 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 with reference to FIG. 2.
  • the strip contact 20 can be arranged transversely to the transport direction and at a right angle to it. An angle deviating therefrom, ie obliquely arranged strip contacts contact two successive sections of material. The strip contact will then not contact in a gap of well-spaced goods.
  • the anode arrangements can also be cut accordingly at an angle.
  • the strip contact has the following further features:
  • No sliding contact 18 is required. Wear-free electrical conductors 26 in the form of flexible current strips or high-current strands can be used in the electrolyte to supply current to the strip contact 20. The usual sliding contact wear is eliminated. Furthermore, in contrast to contact rollers, the actual contact can be electrically insulated in such a way that undesired metallization is avoided in a galvanizing process. Elastic and driven sealing rollers are not necessary. The overall length of the system is correspondingly shorter. In particular, e.g. same anode length compared to the roller contact, the distance from one contact point to the next shorter in the direction of transport. This allows the production of shorter goods 1 or longer anodes for a given length of goods 1.
  • FIG. 4a 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 preferably consists of an electrochemically resistant metal, for example 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 an electrically insulated conductor 10.
  • the insulation material 22 completely seals off 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 13.
  • the strip contact which is shown in FIG. 4b, 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 electrical connection to the bath current source is established by means of an electrical conductor 26 in the immediate vicinity of the strip contact 20 and subsequently with electrical conductors 10.
  • the strip contact 20, according to Figure 4b can also be designed so that the actual contact to the material is made of metal, but in contrast to the rigid contact strip in Figure 4a, the 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 plates are supported upwards in FIG. 4b against the remaining elastic and electrically conductive material, which thus establishes a common electrical connection of all metal plates.
  • An elastic metallic contact works towards the goods.
  • the contact strip can also consist of contact pieces which 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 devices according to the invention and the method are also very suitable for electrochemical treatment of eternal goods in the form of films from roll to roll.
  • the known containers, drives, guide and deflection rollers of electrochemical belt systems are used for this.
  • the belt to be treated is stopped by a switching device at each treatment step.
  • the anode arrangements 2 and 3 close and open as already described above. The same applies to switching the bath power sources on and off.
  • the electrical / mechanical switching device also ensures timely control. With large and heavy belt rolls, the continuous stopping and restarting of the belt to be treated is technically complex.
  • the principle of the flying saw is used to avoid step-by-step transport when treating large and heavy belts. The goods are transported continuously.
  • the anode arrangements 2 and 3 which are in contact with the material carry out a synchronous transport movement, ie a transport step together with the material. There is no relative movement between the material and the anode arrangements.
  • the anode arrangements open and fly open the transport step. Then they close again and treat the goods again on the fly. With the strip contact, the strip contacts also carry out these opening, closing and transport movements.
  • Treatments of the goods on both sides are shown in the figures.
  • the method according to the invention is also suitable for the electrochemical treatment of shaped goods which are electrically contacted.
  • the anodes and the insulating material on them are precisely adapted to the shape of the goods. This reliably prevents uneven treatment due to the peak effect.
  • the treatment takes place through permanent opening, electrolyte exchange and closing of the device adapted to the goods.

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Abstract

Die Erfindung betriff das elektrochemische Behandeln von ebenem und mindestens an der Oberfläche elektrisch leitfähigem Gut. Anwendung findet die Erfindung in Durchlauf-und Tauchbadanlagen u.a. zur präzisen Behandlung von Strukturen mit sehr keinen Abmessungen, wie sie in der Leiterplattentechnik vorkommen. Zur Vermeidung der störenden Spitzenwirkung werden die Elektroden 4, 5 sehr dicht an die zu behandelnden Oberflächen des Gutes 1 herangebracht. Zur elektrischen Isolation dient ein dünner, elektrolytdurchlässiger Isolierwerkstoff 12, der zugleich den Anoden-/Kathodenabstand bildet. Während der elektrochemischen Behandlung findet keine transportbedingte Relativbewegung zwischen dem Gut 1 und den Elektroden 4, 5 statt. Zum Transport werden die Elektroden von der Oberfläche des Gutes vorübergehend entfernt. Die Behandlung erfolgt somit schrittweise.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zum elektrochemischen Behandeln von Gut
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum elektrochemischen Behandeln von mindestens an der Oberfläche elektrisch leitfähigem Gut, vorzugsweise zum ein- und beidseitigen Behandeln von Leiterplatten und Leiterfoli- en. Anwendung findet die Erfindung in Durchlaufanlagen und Tauchbadanlagen. Derartige Anlagen sind unter anderem aus den nachfolgenden Druckschriften bekannt.
Die Druckschrift DE 3645319 C2 beschreibt eine horizontale Durchlaufanlage zur elektrolytischen Behandlung von plattenförmigen Gegenständen. Dieses Gut wird von Klammern gegriffen, elektrisch kontaktiert und unter Badspiegel zwischen unteren und oberen Anoden kontinuierlich hindurchtransportiert. Der Elektrolyt wird mittels Zulaufrohren, die zwischen den Anoden und dem Gut angeordnet sind, eingeleitet.
Eine weitere horizontale Durchlaufanlage beschreibt die Druckschrift DE 4132418 C1. Die Leiterplatten werden mittels Kontaktrollen seitlich erfaßt, elektrisch kontaktiert und zwischen den oberen und unteren Anoden kontinuierlich durch die Anlage transportiert. Freilaufende Stützrollen zur Führung der durchlaufenden Leiterplatten sind zwischen den Anoden und dem Gut angeordnet. Die Druckschrift DE 4229403 C2 beschreibt eine Vorrichtung zum Galvanisieren von an der Oberfläche elektrisch leitfähigen Kunststofffolien. Der kontinuierliche Transport durch die Galvanisieranlage erfolgt von Rolle zu Rolle. Die Stromzufuhr zum Gut erfolgt über schleifende Kontakteinrichtungen quer zur Transportrichtung. Quetschwalzenpaare sorgen für den kurzschlußfreien Transport der Folie im Anoden-/Kathodenraum.
In der Druckschrift EP 0959153 A1 ist eine horizontale Durchlauf- Galvanisieranlage beschrieben, bei der Kontaktwalzen aus Metall zur elektrischen Kontaktierung des Gutes verwendet werden. Die Kontaktwalzen sind quer zur Transportbahn angeordnet. Sie rollen auf der Oberfläche des Gutes ab. Zwischen weiteren elektrisch isolierten Transportwalzen in Durchlaufrichtung sind unlösliche Anoden angeordnet. Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Anoden und dem Gut befinden sich vor den Anoden elektrisch isolierende Gitter. Der Elektrolyt strömt durch die Anoden in die elektrolytischen Zellen ein. Das Gut wird kontinuierlich durch die Anlage bewegt. Die Durchschrift EP 0759100 B1 beschreibt eine vertikale Durchlaufanlage. Auch hier wird das Gut durch die mittels der Anoden gebildeten elektrolytischen Zellen kontinuierlich hindurchbewegt. Die weiteren Merkmale sind mit den oben beschriebenen Anlagen vergleichbar.
Die vorstehend genannten Anlagen sind geeignet zur vollflächigen elektrolytischen Behandlung von Gut mit hoher Stromdichte, beispielsweise mit 12 A/dm2. Das partielle Behandeln von Oberflächen, die mittels einer elektrisch leitfähigen und vollflächigen Grundschicht miteinander verbunden sind, kann dagegen nur mit einer niedrigen Stromdichte, beispielsweise mit 2 A/dm2 elektrolytisch behandelt werden. Hierzu zählt der Leiterbildaufbau auf Leiterplatten durch Galvanisieren, d.h. das Verstärken von Leiterbahnen. Die Strukturen werden durch einen Resist auf der vollflächigen Grundschicht negativ gebildet. Die freien Flä- chen werden bei geeigneter elektrischer Kontaktierung galvanisiert. Zur Fertigstellung der Leiterplatten wird anschließend die Grundschicht zwischen den Leiterzügen durch Ätzen entfernt. Voraussetzung für diesen Leiterbildaufbau ist, dass der Resist das elektrische Kontaktieren der Grundschicht ermöglicht.
Alle diese Anlagen sind gekennzeichnet durch einen, im Vergleich zu den Abmessungen der Strukturen der Leiterplattentechnik, sehr großen Anoden- /Kathodenabstand. Bei den beschriebenen Durchlaufanlagen beträgt der Ano- den-/Kathodenabstand etwa 20 mm bis zu 80 mm. Elektrolytisch zu behandeln sind nach dem derzeitigen Stand der Leiterplattentechnik Strukturen mit einer Breite, beginnend ab 0,05 mm. In absehbarer Zeit wird sich diese Breite nochmals halbieren. Somit beträgt das Verhältnis von Anoden-/Kathodenabstand zur Stukturbreite 400 : 1 und mehr. Wegen des großen Anoden-/Kathodenabstandes treten in Abhängigkeit vom Leiterbild Schichtdickenunterschiede von bis zu 20 : 1 auf. Kleine zu galvanisierende Flächen mit großer umgebender Isolierfläche werden, in Folge der Feldlinienkonzentration im Vergleich zu großen Galvanisierflächen, überproportional behandelt. Dieses Verhalten wird kurz als Spitzenwirkung bezeichnet. Ein Leiter- bildaufbau ist zumindest unter Anwendung von wirtschaftlich ausreichend hohen Stromdichten nicht möglich. Deshalb werden derartige Anlagen praktisch nicht zur elektrolytischen Bearbeitung von Strukturen verwendet, sondern nur zur Voll- flächenbearbeitung.
Aufgabe der in der Druckschrift DE 4417551 C2 beschriebenen Erfindung ist es, die Spitzenwirkung weitgehend zu vermeiden. Elektrisch isolierende Distanzmittel halten die Anoden und das Gut während des kontinuierlichen Transportes durch die Durchlaufanlage auf Abstand. Der Abstand sollte das 30-fache der Breite schmaler Leiterzüge nicht übersteigen. Auch bei einem derartigen Abstand ist die Spitzenwirkung, wenn auch abgeschwächt, vorhanden. Die auf dem Gut kontinuierlich abrollenden Anoden stellen zudem für das Gut nur eine linienförmige Anode dar. Um bei gegebener Aniagenlänge eine ausreichende Schichtdicke beim Galvanisieren zu erzielen, muss die Stromdichte erhöht werden. Dies verstärkt jedoch in nachteiligerweise die Spritzentwirkung. Die in dieser Druckschrift beschriebenen planen Anoden vermeiden diesen Nachteil. Allerdings sind zur Vermeidung von Anoden-/Kathodenkurzschlüssen viele präzise Abstandshalter erforderlich, die auf den zu bearbeitenden Oberflächen entlangschleifen. Zudem besteht beim Durchfahren der immer scharfkantigen Leiterplatten durch die Anodenanordnungen die Gefahr der Beschädigung der aus einem Isolierstoff beste- henden und schleifenden oder abrollenden Abstandshalter.
Die Druckschrift DE 4324330 C2 beschreibt ein Wischverfahren. Eine Wischvorrichtung stört die Diffusionsschicht an der Oberfläche des Gutes. Das Wischen mittels einer Wischvorrichtung erfolgt durch eine Relativbewegung von Anode und Kathode. Die Wischvorrichtung liegt gleitend an der Oberfläche des kontinuierlich durch die Anlage fahrenden Gutes an. Dabei besteht auch die Gefahr der Beschädigung des Resistes auf der Leiterplatte. Die in der Druckschrift beschriebenen Wischrollen mit integrierter Anodenfunktion haben wieder den Nachteil einer nur sehr kurzen, an der Mantellinie wirksamen Anode in Transportrichtung. Der Wischwerkstoff muss so porös sein, dass er nicht nur ionendurchlässig, sondern auch elektrolytdurchlässig ist. Derartige Werkstoffe sind beim Abrollen an den scharfen Kanten der Leiterplatten verschleißanfällig. Werden, wie in der Druckschrift vorgeschlagen, das Wischen und die Anodenfunktion getrennt, so blenden die Wischrollen die Anoden weitgehend ab. Desweiteren ist die Länge der Wischfläche in Transportrichtung je Wischrolle an der Mantellinie sehr kurz. Die Anoden und die Wischvorrichtungen behindern sich gegenseitig.
Aufgabe der Erfindung ist es, in Durchlaufanlagen und in Tauchbadanlagen ein präzises elektrolytisches Behandlen von Gut, insbesondere zum Galvanisieren von sehr kleinen Leiterbahnstrukturen auf Leiterplatten und Leiterfolien, unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile, zu ermöglichen. Die Leiterbahnstrukturen sind mittels einer Grundschicht elektrisch miteinander verbunden.
Gelöst wird die Aufgabe durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren und durch die Vorrichtungen gemäß der Patentansprüche 17 und 24. Die Erfindung eignet sich zur Durchführung aller elektrochemischen Prozesse, das heißt zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren unter Verwendung von Elektrolyten mit und ohne Redoxsystem. Bevorzugt kommen im Elektrolyten unlösliche Anoden zum Einsatz. Grundsätzlich sind auch lösliche Anoden verwendbar.
Nachfolgend wird die Erfindung zur Kürzung der Beschreibung nur noch am Beispiel des Galvanisiereπs detailliert beschrieben. Die Elektroden werden dem- entsprechend mit Anode und Kathode bezeichnet. Zur weiteren Beschreibung dienen auch die nachfolgenden, schematisch dargestellten Figuren: Figur 1 zeigt das Grundprinzip der elektrolytischen Zelle mit dem minimalen Anoden-/Kathodenabstand während der elektrolytischen Behandlung.
Figur 2 zeigt im Ausschnitt eine horizontale Durchlaufanlage zur Leiterplattenbehandlung mit einer Walzenkontaktierung des Gutes. Figur 3 zeigt im Ausschnitt eine horizontale Durchlaufanlage mit einer Strei- fenkontaktierung des Gutes.
Figur 4a zeigt im Querschnitt einen Streifenkontakt mit einer Kontaktleiste, die isoliert und federnd in einem elastischen Werkstoff gelagert ist.
Figur 4b 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 elektrolytischen Zelle mit dem Gut 1 sowie mit einer oberen Anodenanordnung 2 und einer unteren Anodenanordnung 3. Die Anodenanordnungen bestehen aus den oberen und unteren Anoden beziehungsweise Elektroden 4 und 5, die vorzugsweise als unlösliche Anoden ausgeführt sind. An den aktiven Flächen, d.h. an der dem Gut zugewandten Fläche, sind sie mit einem Isolierwerkstoff 12 versehen. Dieser ist ionen- und elektrolytdurchlässig. Er besteht z.B. aus einem aufgespannten dünnen Gewebe. Die Dicke des Isolierwerkstoffes 12 ist zugleich der wirksame An- oden-/Kathodenabstand bei der elektrolytischen Behandlung. Eine Gewebedicke von z.B. 0,15 mm bringt den Anoden-/Kathodenabstand in die Größenordnung der zu behandelnden Strukturen, wie sie z.B. beim Leiterbildaufbau von Leiter- platten vorkommen. Damit werden Spitzenwirkungen vermieden. Dies führt zu einer sehr gleichmäßigen Schichtdickenverteilung.
In Figur 1 ist die Situation während der elektrolytischen Behandlung des Gutes 1 dargestellt. Der Transportantrieb des Gutes 1 ist ausgeschaltet. Die oberen und unteren Anodenanordnungen 2 und 3 berühren die elektrolytisch zu behandeln- den Oberflächen, wobei der ionendurchlässige Isolierwerkstoff 12 vor den Anoden einen elektrischen Kurzschluss bei kleinstem Anoden-/Kathodenabstand sicher verhindert. Zwischen dem Gut 1 und den Anodenanordnungen 2 und 3 findet während der elektrolytischen Behandlung keine relative Transportbewe- gung statt. Nach einer, im allgemeinen zeitlich kurzen Behandlung öffnen sich die Anodenanordnungen. Sie werden somit von den zu behandelnden Oberflächen entfernt und das Gut wird einen Schritt in Pfeilrichtung 19 weiter befördert. Nach dem erneuten Schließen der Anodenanordnungen 2 und 3 wiederholt sich die elektrolytische Behandlung. Durch das Öffnen und Schließen der Anodenanordnungen in Richtung des Doppelpfeiles 8 wird jedesmal auch der Elektrolyt an der Oberfläche des Gutes und an den Anoden ausgetauscht. Das Öffnen und Schließen erfolgt mittels einer von einem Hubmotor betätigten Hub- und Senkeinrichtung, die nachfolgend kurz Hubeinrichtung 7 genannt wird. Die nicht detailliert dargestellte Hubeinrichtung 7 wird mittels bekannter Techniken des Maschinenbaues und der Automatisierungstechnik hergestellt.
Zur Unterstützung des elektrochemischen Behandeins kann eine Rütteleinrichtung 6 verwendet werden. Diese setzt die Anodenanordnung 2 beziehungsweise 3 in Vibrationen. Dies verringert die Diffusionsschichtdicke an der zu behandelnden Oberfläche, welches die Anwendung einer höheren Stromdichte erlaubt.
Die leitende Oberfläche des Gutes wird von einem Kontaktelement 9 elektrisch kontaktiert. Als Kontaktelemente eignen sich u.a. Kontaktwalzen, Kontakträder und Klammern. Elektrische Leiter 10 und 11 verbinden die elektrolytische Zelle mit einer nicht dargestellten Badstromquelle. Bei dem Badstrom kann es sich um Gleichstrom, unipolaren oder bipolaren Pulsstrom handeln. In den Figuren 1 und 2 ist die im zeitlichen Mittel überwiegende Polarität für das Galvanisieren des Gutes 1 eingezeichnet.
Figur 2 zeigt in der Seitenansicht eine horizontale Durchlaufanlage zur Leiterplattenbehandlung mit einer Walzenkontaktierung. Dichtwalzen 13 und Dichtwände 14 bilden entlang der Transportbahn Arbeitsbehälter 15, die mit Elektrolyt 16 gefüllt sind. Die Dichtwalzen verhindern beim Galvanisieren eine Metallisie- rung der kathodisch gepolten Kontaktwalzen 17. Der Elektrolyt wird durch bekannte und hier nicht dargestellte Konditionierungseinrichtungen außerhalb des Arbeitsbehälters 15 konditioniert und im Kreislauf gefördert. Der elektrische Anschluß des Gutes 1 an die Badstromquelle(n) erfolgt über eine oder mehrere Kontaktwalzen 17. Sie werden von einem nicht dargestellten Transportantrieb zusammen mit den Dichtwalzen 13, die auch das Gut 1 transportieren, motorisch angetrieben. Außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnete Schleifkontakte 18 oder rotierende Flüssigkontakte leiten den Badstrom von der Badstromquelle zu den Kontaktwalzen.
Eine metallische und somit harte Kontaktwalze 17 ist zur Vollflächenkontaktie- rung geeignet. Befindet sich ein elektrisch isolierender Resist zur Strukturbildung auf der Oberfläche des Gutes, so ist die Kontaktierung der leitenden Oberflä- chenbereiche nicht möglich. In diesem Fall wird eine Kontaktwalze 17 verwendet, die 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. Damit lassen sich Verbundwerkstoffe mit einer elektrischen Leitfähigkeit herstellen, die nahe an die Leitfähigkeit der üblichen elektrochemisch resistenten Metalle wie Titan oder Edelstahl herankommen. Derartige elastische Kontaktwalzen 17 überbrücken die etwa 40 μm hohen Resistflanken, zumindest an den nicht mit Resist abgedeckten größeren Oberflächenbereichen, die stets vorhandenen sind, und kontaktieren so das Gut.
Die Behandlung des Gutes erfolgt schrittweise. In der Vorrichtung nach Figur 2 ist die Situation während der beidseitigen elektrochemischen Behandlung dargestellt, d.h. während eines Behandlungsschrittes. Der Transportantrieb in Pfeil- richtung ist ausgeschaltet. Die Anodenanordnungen 2 und 3 berühren die zu behandelnden Oberflächen des Gutes 1. Die Badstromquelle ist eingeschaltet. Es erfolgt die elektrochemische Behandlung, die durch Einschaltung der Rütteleinrichtung 6 unterstützt werden kann. Für das synchrone Ein- und Ausschalten der Bewegungen und der Badstromquellen sorgt eine Synchronisations- und/oder Schalteinrichtung, wie sie aus der Automatisierungstechnik bekannt sind.
Die mögliche Dauer der Behandlung ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten, von der angewandten Stromdichte, sowie vom Anoden-/Kathodenabstand, d.h. von der Dicke des Isolierwerkstoffes 12 vor den Anoden, und von der Art des Isolierwerkstoffes. Die Dicke und die Art des Isolierwerkstoffes bestimmen die Menge des für jeden Behandlungsschritt verfügbaren, konditionierten Elektrolyten. Dieser konditionierte Elektrolyt wird nachfolgend kurz: frischer Elektrolyt genannt. Als Isolierwerkstoff 12 eignen sich resistente Tücher, Filz, offenporiger Schaumstoff, Keramiktücher und andere ionendurchlässige und flüssigkeitsdurchlässige Werkstoffe. Die ionendurchlässigen Isolierwerkstoffe können weich und saugfähig, oder hart und nicht flüssigkeitsaufneh- mend sein. Ein Beispiel für harte Isolierwerkstoffe ist die partielle Isolation der Anoden mit einem resistenten Isolator, wie z.B. festanhaftende Keramikpartikel oder Kunststoff partikel. In diesem Falle sind die Anoden partiell ionendurchlässig und partiell elektrisch isoliert. Flüssigkeitsaufnehmende und weiche Isolierwerkstoffe führen, insbesondere zusammen mit der Vibration der Anoden, eine für den elektrochemischen Prozeß vorteilhafte Walkarbeit aus. Diese Walkarbeit beschleunigt den Prozeß durch eine Verringerung der Dicke der Diffusionsschicht. Die Dauer pro Behandlungsschritt liegt bei wenigen Millisekunden, z.B. 10 ms und sie reicht bis zu einer Stunde.
Nach diesem Behandlungsschritt öffnet die Hubeinrichtung die Anodenanordnungen 2 und 3 geradlinig in Pfeilrichtung 8 oder auf einer Kurvenbahn schwenkend und desgleichen resultierend in Pfeilrichtung 8. Dabei kann die Badstromquelle eingeschaltet bleiben. Ein Abreißfunken entsteht nicht. Sie kann auch vor dem Öffnen im Strom reduziert, umgepolt, oder ganz ausgeschaltet werden, damit bei dem jetzt einsetzenden Transportschritt in Pfeilrichtung 19 an den Kontaktwalzen 17 ein sehr geringer oder kein Strom fließt. Die Weglänge des Transportschrittes wird in erster Linie von der Expositionszeit bestimmt. Ist diese Zeit lang bei gegebener Anlagenlänge, d.h. bei gegebener Anzahl von Arbeitsbehältern 15 und Anodenlängen in Transportrichtung, 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. Die Anoden können sich auch relativ zum ruhenden Gut bewegen. Durch das Öffnen der Anodenanordnungen 2 und 3 gelangt frischer Elektrolyt in den Bereich der Anode und Kathode. Nach erfolgtem Transportschritt schließen die Anodenanordnungen wieder. Die Anoden setzen erneut mit den Isolierwerkstoffen 12 auf den Oberflächen des Gutes auf. Dabei entsteht ein hydrodynamischer Druck des Elektrolyten, der auch einen erhöhten Stoffaustausch in Durchgangslöchern und in Sacklöchern des Gutes bewirkt. Spätestens mit dem Aufsetzen der Anodenanordnungen auf dem Gut wird der Transportantrieb 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 Figur 2 gilt grundsätzlich auch für eine vertikale Durchlaufanlage. In diesem Falle stellt die schematische DarStellung die Draufsicht dar.
Figur 3 zeigt in der Seitenansicht eine horizontale Durchlaufanlage zur Leiterplatten- oder Leiterfolienbehandlung mittels einer Streifenkontaktierung. Zugleich stellt die Figur 3 in der Draufsicht eine vertikale Durchlaufanlage dar. Die Strei- fenkontakte 20, die weiter unten näher erläutert werden, erfordern in Durchlaufanlage keine Dichtwalzen. Es kann ein durchgehender Arbeitsbehälter, so wie er in Figur 3 dargestellt ist, verwendet werden. Der Streifenkontakt 20 stellt eine elektrische Verbindung von der Oberfläche des Gutes 1 zu der nicht dargestellten und bereits beschriebenen Badstromquelle her. Der Streifenkontakt 20 wird bei ausgeschaltetem Transport des Gutes 1 fest an die zu behandelnde Oberfläche angedrückt. Zugleich sind die Anodenanordnungen 2 und 3 geschlossen. Die Darstellung in Figur 3 zeigt den Behandlungsschritt. Danach erfolgt das Öffnen der Anodenanordnungen 2 und 3. Mit derselben Bewegung werden auch die Streifenkontakte 20 von der Oberfläche des Gutes 1 abgehoben, was durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Vorteilhaft ist es, wenn kurz zuvor oder mit dem Einleiten der Öffnungsbewegung die Badstromquelle ausgeschaltet wird oder zumindest in der Stromstärke verringert wird. Damit wird eine Funkenbildung und oder eine Metallisierung des Kontaktes vermieden. Durch Umpolung im geöffneten Zustand der Anordnung ist eine- Entmetallisierung der Kontakte gegen eine kathodische Hilfselektrode bei Bedarf möglich. Mit dem Öffnen setzt auch ein Transportschritt des Gutes 1 ein. Danach schließen die Anodenanordnungen 2 und 3 gemeinsam mit den Streifkontakten. 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 Streifenkontakte 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 anhand der Figur 2 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 wird dann nicht in einer Lücke von mit Abstand aufeinanderfolgendem Gut kontaktieren. Die Anodenanordnungen können auch entsprechend schräg geschnitten ausgeführt werden. Die Streifenkon- taktierung hat folgende weitere Merkmale:
Es wird kein Schleifkontakt 18 benötigt. Zur Stromzuführung auf den Streifenkontakt 20 können im Elektrolyten verschleißfreie elektrische Leiter 26 in Form von flexiblen Strombändern oder Hochstromlitzen verwendet werden. 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 Bau- länge der Anlage. Insbesondere wird bei z.B. gleicher Anodenlänge im Vergleich zur Walzenkontaktierung der Abstand von einer Kontaktstelle zur nächsten in Transportrichtung kürzer. Dies erlaubt die Produktion von kürzerem Gut 1 oder von längeren Anoden bei gegebener Länge des Gutes 1.
Die Figur 4a 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 Kσntaktleiste 23 besteht vorzugsweise aus einem elektrochemisch resisten- ten Metall, z.B. aus Titan oder Niob. Das Metall kann auch mit einer resistenten Oberflächenbeschichtung versehen sein. Über einen elektrisch isolierten Leiter 10 ist die Kontaktleiste 23 mit der Badstromquelle verbunden. Der Isolierwerkstoff 22 dichtet während des Behandlungsschrittes die Kontaktleiste 23 in Richtung zur elektrolytischen Zelle völlig ab. Ein unerwünschtes Metallisieren, der beim Galvanisieren kathodischen Kontaktleiste 23, wird so auch ohne Dichtwalzen 13 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 4b 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. Die elektrische Verbindung zur Badstromquelle wird mittels eines elektrischen Leiters 26 in unmittelbare Nähe des Streifenkontaktes 20 und im weiteren Verlauf mit elektrischen Leitern 10 hergestellt. Der Streifenkontakt 20, gemäß Figur 4b, kann auch so ausgebildet werden, daß der eigentliche Kontakt zum Gut aus Metall besteht, aber im Gegensatz zur starren Kontaktleiste in Figur 4a besteht die Kontaktleiste aus z.B. gestanzten und gestapelten Metallplättchen von beispielsweise 0,1 mm Dicke. Die gestapelten Metall plättchen werden an Stelle des unteren Teiles der Kontaktleiste 24 eingelegt und z.B. durch Formschluß befestigt. Die Metallplättchen stützen sich nach oben in Figur 4b gegen den verbleibenden elastischen und elektrisch leitfä- higen 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. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das Verfahren eignen sich auch sehr gut zur elektrochemi- schen Behandlung von eηdlosem Gut in Form von Folien von Rolle zu Rolle. Hierzu dienen die bekannten Behälter, Antriebe, Führungs- und Umlenkrollen von elektrochemischen Bandanlagen. Das zu behandelnde Band wird bei jedem Behandlungsschritt durch eine Schalteinrichtung angehalten. Die Anodenanord- nungen 2 und 3 schliessen und öffnen sich, so wie es bereits oben beschrieben wurde. Gleiches gilt für das Ein- und Ausschalten der Badstromquellen. Für das zeitgerechte Steuern sorgt ebenfalls die elektrisch/mechanische Schalteinrichtung. Bei großen und schweren Bandrollen ist das fortwährende Anhalten und Wieder- anfahren des zu behandelnden Bandes technisch aufwendig. Zur Vermeidung des schrittweisen Transportes bei der Behandlung großer und schwerer Bänder wird das Prinzip der fliegenden Säge angewendet. Das Gut wird kontinuierlich transportiert. Während des Behandlungsschrittes führen die am Gut anliegenden Anodenanordnungen 2 und 3 eine synchrone Transportbewegung, d.h. einen Transportschritt zusammen mit dem Gut aus. Zwischen dem Gut und den Anodenanordnungen findet dabei keine Relativbewegung statt. Nach dem Behand- lungs- bzw. Transportschritt öffnen die Anodenanordnungen und fliegen geöffnet den Transportschritt zurück. Dann schließen sie wieder und behandeln erneut mitfliegend das Gut. Bei der Streifenkontaktierung führen auch die Streifenkon- takte diese Öffnungs-, Schließ- und Transportbewegungen mit aus.
In den Figuren sind beidseitige Behandlungen des Gutes dargestellt. Bei einseitiger Behandlung entfällt eine Anodenanordnung. An Stelle dieser Anodenanordnung tritt ein ebener Körper, der die Andruckkraft der verbleibenden einseitigen Anodenanordnung aufnimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur elektrochemischen Behandlung von geformtem Gut, das elektrisch kontaktiert ist. Die Anoden und der darauf befindliche Isolierwerkstoff werden der Form des Gutes genau angepasst. Damit wird eine ungleichmäßige Behandlung in Folge der Spitzenwirkung sicher vermieden. Die Behandlung erfolgt durch permanentes Öffnen, Elektrolytaustauschen und Schließen der an das Gut angepaßten Vor- richtung.
Ein weiteres Anwendungsgebiet stellen Tauchbadanlagen dar. Das Gut ruht im Arbeitsbehälter und die Anodenanordnungen werden zum Elektrσlytaustausch fortwährend geöffnet und geschlossen. Die elektrische Kontaktierung des Gutes erfolgt mittels bekannter Warenträger, Klammern und/oder Gestelle. Zur präzisen Behandlung von Strukturen auf Leiterplatten kann im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentlich höhere Stromdichte angewendet werden. Zusätzlich erfolgt eine Energieeinsparung durch die sehr niedrige Zellspannung. In Durchlaufanlagen ist auch jede andere, hier nicht beschriebene Art der elektrischen Kontaktierung des Gutes möglich. Auf die bekannten einseitigen Kontaktierungen am Rand von ebenem Gut, wie die Klammerkontaktierung oder die Radkontaktie- rung, soll besonders hingewiesen werden. Auch sie eignen sich sehr gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bezugszeichenliste
Gut obere Anodenanordnung untere Anodenanordnung obere Anode, Elektrode untere Anode, Elektrode Rütteleinrichtung, auf die Anoden wirkend Hubmotor, Hubeinrichtung Kennzeichnungspfeil für die Bewegungen Kontaktelement für das Gut elektrischer Leiter zum Badstromquellen-Minuspol elektrischer Leiter zum Badstromquellen-Pluspol Isolierwerkstoff Dichtwalzen Dichtwände Arbeitsbehälter Elektrolyt Kontaktwalze Schleifkontakt Transportrichtungspfeil Streifenkontakt Träger elastischer Isolierwerkstoff starre Kontaktleiste elastische Kontaktleiste Transportwalze flexible Strombänder

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von ebenem und geformtem Gut, wie zum Beispiel Leiterplatten und Leiterfolien oder Hohlwaren in Durchlaufanlagen oder Tauchbadanlagen mit Elektrolytbehältern, Elektrolyt, Elektrolytkreislauf. Elektroden, Badstromquel- len und Transporteinrichtungen, bestehend aus den Verfahrensschritten:
a) Transportieren des Gutes in das eiektrolytische Bad, 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 die Elektrode(n) (4, 5) auf die Oberfläche(n) des Gutes (1) aufgesetzt wird, beziehungsweise werden, wobei die dem Gut zugewandten Oberflächen der Elektrode(n) zumindest partiell ionendurchlässig elektrisch isoliert sind, e) und dass der Transport des Gutes durch die von den Elektroden und dem Gut gebildete(n) elektrolytische(n) Zelle(n) so erfolgt, dass spätestens ab dem Zeitpunkt des Aufsetzens der Elektroden zwischen diesen und dem Gut keine Relativbewegung stattfindet, f) und dass während des Aufsitzens der Elektroden auf der Oberfläche des Gutes ein elektrolytischer Behandiungsschritt mit einem Anoden- /Kathodenabstand stattfindet, der von der Dicke der Isolation der Elektrode^) bestimmt wird, g) und dass nach dem Behandlungsschritt die Elektrode(n) von der Oberfläche des Gutes wieder abgehoben wird beziehungsweise werden, h) und dass während der abgehobenen Elektrode{n) ein transportbedingter relativer Bewegungsschritt zwischen dem Gut und den Elektroden 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.
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 das Gut im elektrolytischen Bad durch elektrisch leitfähige Streifenkontakte (20) kontaktiert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut im elektrolytischen Bad durch elektrisch leitfähige Kontaktwalzen (17) kontaktiert wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut im elektrolytischen Bad durch elektrisch leitfähige Kontakträder elektrisch 5 kontaktiert wird, die mindestens am Rand des Gutes abrollen.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut im elektrolytischen Bad durch elektrisch leitfähige Klammern kontaktiert wird, die am Rand des Gutes klammern. 0
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenkontakte (20) gemeinsam mit der Elektrode oder mit den Elektroden vom Gut abgehoben und wieder aufgesetzt werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Badstrom, in Transportrichtung des Gutes gesehen, vor und nach jeder Elektrode, beziehungsweise vor und nach jeden oberen und unteren Elektroden (4, 5), in das Gut eingespeist wird.
>
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch isolierende Walzen (13) , die quer zur Transportrichtung und parallel zu den elektrischen Kontaktelementen (9) angeordnet sind, den Anoden-/Kathodenraum von den Kontaktelementen elektrisch trennen.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Badstromqueüe(n) immer dann ausgeschaltet ist oder sind, wenn die Elektrode^) nicht auf der Oberfläche der Gutes aufsitzen.
12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Badstromquelle(n) immer dann umgepolt betrieben wird oder werden, wenn die Elektrode(n) nicht auf der Oberfläche der Gutes aufsitzen.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gut zugewandte(n) Seite(n) der Eiektrode(n) mit einem Isoliermittel (12) elektrisch und ionendurchlässig so isoliert wird oder werden» dass damit zugleich der Abstand der Elektrode(n) zum Gut präzise eingehalten wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die 5 Elektroden durch Rütteleinrichtungen (6) zu Vibrationen mindestens dann angeregt werden, wenn die elektrolytische Behandlung stattfindet.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 8 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass bei kontinuierlichem Transport des Gutes durch die elektroiytische 0 Anlage, die Elektroden (4, 5) allein, und bei vorliegender Streifenkontaktie- rung (20) die Elektroden und die Streifenkontakte gemeinsam zur elektrolytischen Behandlung an die Oberfläche des Gutes angedrückt werden und so mit dem Gut eine kurze Strecke synchron mitfliegen und dass sie nach dieser Strecke wieder abgehoben werden und gegen die Transportrichtung des Gutes geöffnet schnell zurückfahren, mit anschließendem erneuten Schließen und einer weiteren mitfliegenden elektrolytischen Behandlung und dass sich diese Vorgänge fortwährend wiederholen.
16. Vorrichtung zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und
Reduzieren von ebenem Gut, wie zum Beispiel Leiterplatten und Leiterfolien in Durchlaufanlagen und Tauchbadanlagen 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 (16) im elektrolytischen Bad (15) 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 (1),
gekennzeichnet durch:
e) Elektroden (4, 5), die jeweils mit einem ionendurchlässigen, elektrischen
Isolierwerkstoff (12) an jener Fläche versehen sind, die in Richtung der zu behandelnden Oberfläche des Gutes weist. f) mindestens eine Hubeinrichtung (7) für die Elektrode(n) zur fortwährenden, nahezu senkrechten Annäherung, Ruhestellung mit elektrochemi- scher Behandlung des Gutes und Entfernung der Elektrode(n) 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 Be- handlung zwischen den Elektroden und dem Gut keine Relativbewegung stattfindet, h) und eine Schalteinrichtung zum koordinierten Ein- und Ausschalten der Hubeinrichtungen (7) für die Elektroden und Kontakte (9), sowie der Transporteinrichtungen (25) für das Gut.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zum koordinierten Ein- und Ausschalten des Badstromes.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, gekennzeichnet durch eine Umpoleinrichtung zum koordinierten Umpolen der Badspannung(en).
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 18, gekennzeichnet durch elektrische Kontaktelemente in Form von seitlich das Gut ergreifende Klammern.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 18, gekennzeichnet durch elektrische Kontaktelemente in Form von seitlich auf dem Gut abrollenden Kontakträdern.
21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 18, gekennzeichnet durch elektrische Kontaktelemente in Form von abrollenden Kontaktwalzen (17), die langgestreckt und quer zur Transportrichtung des Gutes angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch elektrische Kontakt- walzen (17) mit einer elastischen und elektrisch leitfähigen Oberfläche.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens eine Rütteleinrichtung (6), die die Elektrode(n) und damit auch das Gut, zumindest während der Zeit der elektrolytischen Behandlung, in Vibration versetzt.
4. Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von flachem Gut in elektrolytischen Durchlaufanlagen und in Bandanlagen, vorzugsweise in Anlagen zur Herstellung von Leiterplatten und Leiterfolien und insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und zur Verwendung in der Vorrichtung nach Patentanspruch 16 bestehend aus:
a) einem elektrisch leitfähigen Streifenkontakt (20), der sich quer zur Durchiaufrichtung des Gutes (1) über dieses erstreckt, b) einer elektrisch leitfähigen Verbindung (26) von diesem Streifenkontakt zur Badstromquelle, c) einer Hub- und Senkeinrichtung (7) zum Abheben des Streifenkontaktes (20) von der zu kontaktierenden Gutoberfläche und zum Aufsetzen und Andrücken des Streifenkontaktes auf derselben an einer anderen Stelle, d) einer Synchronisationseinrichtung, zur Koordinierung der Bewegungen des Streifenkontaktes mit den übrigen, in der elektrolytischen Anlage ablaufenden Bewegungen, insbesondere mit den Elektrodenbewegungen und den Transportbewegungen des Gutes.
25. Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch einen Streifenkontakt (20) mit einer Kontaktleiste (23, 24), die mit Ausnahme der Kontaktfläche zum Gut in einem elektrisch isolierenden und chemisch beständigen Werkstoff (22) eingebettet ist und die zusammen eine Baueinheit (9) bilden.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste (23), die aus einem starren Metallkörper besteht.
27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus gefiederten metallischen Kontaktstücken besteht.
28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus federnden metallischen Bürstenleisten besteht.
29. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste, die aus dünnen, gestapelten Metallplättchen besteht,
30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, gekennzeichnet durch eine Kontaktleiste (24), die aus einem in sich elastischen und elektrisch leitfähigen
Werkstoff besteht,
31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 bis 30, gekennzeichnet durch einen Streifenkontakt (20), der in einem Winkel ungleich 90° zur Transportrichtung des Gutes angeordnet ist.
32. Vorrichtung nach den Ansprüchen 29 bis 36, gekennzeichnet durch eine Stromzuführung zum Streifenkontakt (20) in Form von flexiblen elektrischen Leitern (26).
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