DE2606984A1 - Verfahren und einrichtung zum chemischen reinigen von kontaktierungsloechern in leiterplatten - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum chemischen Reinigen von Kontaktie-
• rungslöchern in Leiterplatten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum chemischen Reinigen von Kontaktierungslöchern in Mehrlagen-Leiterplatten mit Hilfe einer aggressiven, Epoxydharzverschmierungen in der Lochwand lösenden Säure als Reinigungsmedium und auf eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
• Bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten müssen zunächst zumindestens die Leiterbahnkonfigurationen der Innerilagen hergestellt werden, bevor das Lagenpaket zu einer mehrlagigen Leiterplatte verpreßt wird. Ublich ist hier eine Vielzahl von Leitungsverbindungen zwischen den Innenlagen und den Außenlagen, gegebenenfalls auch den Innenlagen untereinander. Dazu sind die Leiterbahnenenden als kreisförmige oder rechteckige Ankontaktierungsflächen ausgebildet und in einem engtolerierten Raster angeordnet.
• Im Zentrum dieser Ankontaktierungsflächen wird die Mehrlagen-Leiterplatte durchbohrt und die Lochwandung anschließend verkupfert.
• Diese an der Lochwandung anliegende Kupferhülse bildet die Kontaktfläche zwischen zwei oder mehreren einander zugeordneten klkontaktie rungsflächen.
• Aus Toleranzgründen werden die Kontaktierungslöcher in Mehrlagen-Leiterplatten erst nach dem Verpressen des Leiterplattenpakets gemeinsam gebohrt, wodurch sich auch die Bohrarbeit auf einen Arbeitsvorgang reduziert. Beim Bohren treten jedoch an den nur wenige zu m starken Durchbrüchen durch die Ankontaktierungsflächen Epoxydharzverschmierungen auf. Das ist darauf zurückzuf#ren, daß das Grundmaterial, das Epoxydharz der Einzellagen beim Bohren aufgrund von Reibungswärme aufweicht und sich in dünnen Schichten an der Bohrungswand anlegt. Erreichen solchen gen einen Wert von ungefähr 50 %, d.h. ist etwa die halbe, in der Lochwandung liegende Kreisringfläche einer Ankontaktierungsflä che mit isolierendem Epoxydharz verschmiert, so ist die Leitungsverbindung gefährdet. Bei einem Verschmierungsgrad von etwa 80 % bei nur einer einzigen Kontaktierungsbohrung ist die gesamte Leiterplatte bereits Ausschuß. Bei der Vielzahl von Kontaktierungsbohrungen für eine große Mehrlagen-Leiterplatte und den insgesamt sehr hohen Herstellungskosten ist ohne weiteres einzusehen, daß diese direkt kaum zu prüfenden Verschmierungen ein ernstes Problem darstellen.
• Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, hat man bisher vor allem versucht, diesen ünerwünschten Effekt möglichst zu begrenzen.
• Das kann natürlich dadurch geschehen, daß man den Bohrvorgang möglichst optimal gestaltet, d.h. das Material aus dem Bohrloch soweit als möglich rein spanend abträgt. Neben den entsprechenden Parametern, Bohrvorschub und Bohrerdrehzahl hängt dies vor allem von-dm Zustand des Bohrwerkzeugs ab. Gerade der letzte Gesichtspunkt ist hier aber ausschlaggebend, da glasfaserverstärktes Epoxydharz das Bohrwerkzeug sehr stark beansprucht. Deshalb mußte man'die Bohrerstandzeiten wesentlich heruntersetzen, im praktischen Fall bedeutete dies das Auswechseln der Bohrer bereits nach 1000, in Ausnahmefällen sogar bereits nach 500 Hüben.
• Unabhängig davon, daß sich damit nur ein Herabsetzen des Verschmierungsgrades erzielen läßt, ist diese Methode auch unwirtschaftlich. Denn sie bedingt ein häufiges Umrüsten sehr teurer, numerisch gesteuerter Maschinen, also einen Ausfall einer Maschinennutzungszeit und weiterhin hohe Werkzeugkosten, da die Bohrer häufig nachgeschliffen werden müssen. Auch dieses Nachschleifen-kann wegen der geringen Bohrerquerschnitteund der geforderten hohen Qualität der Schneideigenschaften im wesentlichen nur maschinell erfolgen. Der Aufwand für eine letzten Endes unbefriedigende Verbesserung ist daher beträchtlich.
• Man hat daher auch bereits versucht, die Lochwände nach dem Bohren chemisch zu reinigen und dabei aufgetretene Epoxydharzver- schmierungen abzulösen. Als Materialien, die für eine solche chemische Lochwandreinigung eingesetzt werden können, sind z.B. konzentrierte Schwefelsäure oder Chromschwefelsäure bekannt, jedoch sind diese und andere dafür geeignete Medien sehr aggressiv. Für den praktischen Einsatz einer chemischen Lochwandreinigung hat dies in zweifacher Hinsicht Konsequenzen: Der Umgang mit aggressiven Medien ist nicht ungefährlich und erfordert daher die Beachtung schärferer Sicherheitsbestimmungen. Eine chemische Lochwandreinigung in einem diskontinuierlich ablaufenden Tauchverfahren ist schon deshalb für eine Massenfertigung wenig empfehlenswert. Darüber hinaus ist aber auch die Verweilzeit des Reinigungsmediums in den Kontaktierungslöchern kritisch. Sie muß ausreichen, um das verschmierte Epoxydharz von der Lochwand abzulösen, sie darf jedoch nicht so hoch bemessen sein, daß die Lochwandung zu stark angegriffen wird und dabei eine Art 1,Hinterätzung', auftritt, d.h. unter den Kontaktflächen Epoxydharz aus der Lochwandung herausgelöst wird. Diese Schwierigkeiten machen die chemische Lochwandreinigung mit einem diskontinuierlichen Tauchverfahren problematisch.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum chemischen Reinigen von Kontaktierungslöchern in Leiterplatten mit Hilfe einer aggressiven, Epoxydharzverschmierungen in der Lochwand lösenden Säure als Reinigungsmedium zu schaffen, das eine intensive Durchspülung der zu reinigenden Kontaktierungslöcher und eine exakt zu bestimmende Reaktionszeit des Reinigungsmediums an der Leiterplatte gestattet. Darüber hinaus soll das Verfahren derart ausgebildet sein, daß die im Umgang mit aggressiven Säuren auftretenden Unfallgefahren auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
• Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der oben genannten Art durch die im Hauptanspruch beschriebenen Merkmale erreicht.
• Diese Lösung hat zunächst den Vorteil, daß die Reaktionszeit über die kontinuierliche Transportgeschwindigkeit der Leiterplatte in der Aktiskammer genau festgelegt werden kann. Damit läßt sich das Verfahren sowohl an die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften verschiedener Reinigungsmedien als auch an den durch den Bohrvorgang hervorgerufenen, durchschnittlichen Verschmierungsgrad anpassen. Außerdem wird mit Sicherheit durch Jedes Kontaktierungsloch eine ausreichende Menge von Reinigungsme dium beim Überlaufen der Schwallstrecke hindurchgedrückt. Dabei kann die Intensität der Durchspülung durch den Schwalldruck geregelt werden. Die auf den Anwendungsfall flexibel abzustellende Wahl der beiden Parameter, Transportgeschwindigkeit und Schwalldruck, die sich auf alle Kontaktierungslöcher gleichermaßen auswirken, gestattet ein gleichbleibendes und hochwertiges Reinigungsergebnis zu erzielen.
• Darüber hinaus erlaubt das Verfahren, die Reinigung in einer geschlossenen Aktivkammer durchzuführen, so daß auch im Hinblick auf Unfallgefahren die Verwendung aggressiver Reinigungsmedien als unbedenklich anzusehen ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Das Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden anhand der einzigen Figur näher beschrieben werden. Diese zeigt in einer schematischen Ubersichtsskizze eine Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens zum chemischen Reinigen von Kontaktierui#slöchern in Mehrlagen-Leiterplatten für einen kontinuierlichen# Betrieb. Die Einrichtung weist eine horizontal verlaufende Transportbahn 1 auf, die durch eine Mehrzahl von Transportrollen 1' schematisch angedeutet ist. Auf dieser Transportbahn werden die Mehrlagen-Leiterplatten 2 kontinuierlich durch die Einrichtung geführt.
• Dabei durchlaufen sie zunächst eine Aktivkammer 3, deren wesentliches Element eine Schwallstrecke ist. Zum Erzeugen dieser Schwallstrecke ist unterhalb der Transportbahn 1 parallel zu den Transportrollen 1' ein in der Zeichnung schematisch angedeutetes Schlitzrohr 4 angeordnet. Dieses ist über eine Rohrleitung 5 mit einer Säurepumpe 6 verbunden, die über eine weitere Rohrleitung 7 an die Bodenwanne der Aktivkammer 3 angeschlossen ist. Die Säure- pumpe 6 pumpt aus dieser Bodenwanne als Reinigungsmittel verwendete konzentrierte Schwefelsäure H2S04 in das Schlitzrohr 4, aus dem sie unter Überdruck austritt und damit die Schwallstrecke bildet. Beim Überlaufen der Schwallstrecke tritt das Reinigungsmedium durch die erfaßten Kontaktierungslöcher der Mehrlagen-Leiterplatte 2 und löst beim Durchspülen die Epoxydharzverschmierungen in den Lochwxndungen ab. Damit die Mehrlagen-Leiterplatte 2 bei diesem Vorgang durch den Schwall nicht von der Transportbahn 1 abgehoben wird, sind im Bereich der Schwallstrecke oberhalb der Transportbahn 1 parallel zu den Transportrollen 1' Andruckrollen 8 angeordnet.
• Der Ein- und der Auslaß der Aktivkammer 3 in Höhe der Transportbahn ist jeweils durch eine Gummilippendichtung 3' abgedichtet, damit in der Aktivkammer 3 ein leichter Überdruck aufrechterhalten werden kann. Diese Überdruckatmosphäre soll gleichzeitig eine möglichst geringe Luftfeuchtigkeit aufweisen und damit den hygroskopischen Eigenschaften der konzentrierten Schwefelsäure Rechnung tragen. In der schematischen Skizze nicht mehr dargestellt ist eine Einrichtung zum Abblasen der Mehrlagen-Leiterplatte 2 nach dem Durchlaufen der Schwallstrecke, die dazu dient, die konzentrierte Schwefelsäure möglichst vollständig auch aus den Kontaktierungslöchern auszublasen.
• In Transportrichtung gesehen, ist hinter der Aktivkammer 3 und ihr unmittelbar benachbart eine erste Spülkammer 9 vorgesehen.
• In dieser ist oberhalb und unterhalb der Transportbahn 1 ein schematisch angegebenes Düsensystem 10 angeordnet, das über Rohrleitungen 11 an eine Spülpumpe 12 angeschlossen ist, die ihrerseits aus der Bodenwanne der ersten Spülkammer 9 das als Spülmedium verwendete Wasser H20 ansaugt. Unmittelbar an diese erste Spülkammer 9 schließt sich, in Transportrichtung gesehen, eine zweite Spülkammer 13 an, in der ebenfalls oberhalb und unterhalb der Transportbahn 1 ein Düsensystem 14 angeordnet ist. Dieses Düsensystem ist Aber Rohrleitungen 15 an eine Brauchwasserleitung angeschlossen, während das in der Bodenwanne der zweiten Spülkammer 13 aufgefangene Spülwasser über Rohrleitungen 16 ins Abwasser gelangt.
• Die beschriebene Einrichtung arbeitet nun folgendermaßen: Beim Überlaufen der Schwallstrecke wird aus den Kontaktierungslöchern der Mehrlagen-Leiterplatte 2 das an den Lochwandungen anliegende Epoxydharz an- und schließlich abgelöst. Dieser ''Ätzvorgang'l läßt sich in bezug auf seine Reaktionszeit und Intensität gezielt steuern. Ein Parameter ist dabei die Transportgeschwindigkeit v, die die Reaktionszeit festlegt. Der zweite Parameter ist der durch die Konstruktion des Schlitzrohres 4 und die Leistung der Säurepumpe 6 festzulegende Druck in der Schwallstrecke, mit dem die Intensität der Durchspülung der Kontaktierungslöcher in weiten Grenzen steuerbar ist.
• Als Reinigungsmedium wird konzentrierte Schwefelsäure verwendet, da diese gegenüber dem Epoxydharz der Isolierstoffschicht der Mehrlagen-Leiterplatte definierte Reaktionen zeigt, die sich technologisch leicht beherrschen lassen. Darüber hinaus kann das hier im geschlossenen Kreislauf verwendete Reinigungsmedium keine Abwässerprobleme aufwerfen. Schließlich ist es sogar möglich, die konzentrierte Schwefelsäure auch in einer sogenannten Neutraanlage zum Neutralisieren verbrauchter alkalischer Abwässer zu verwenden, die bei galvanotechnischen Prozessen in der Herstellung von Leiterplatten anfallen. Da hierbei solche Stoffe zum Neutralisieren ohnehin gebraucht werden, kann man dann sogar davon ausgehen, daß für das Reinigungsmedium keine eigenen Anschaffungskosten aufgewendet werden müssen.
• Aus diesem Grund ist auch bei der ersten Spülkammer 9 ein geschlossener Umlauf des Spülwassers vorgesehen, da man hier davon ausgehen muß, daß die Säurekonzentration im Spülwasser auch dann noch verhältnismäßig hoch ist, wenn eine Mehrlagen-Leiterplatte nach dem Surchlaufen der Schwallstrecke durch einen scharfen Luftstrahl abgeblasen wird. Das Spülwasser in diesem geschlossenen Umlauf wird von Zeit zu Zeit erneuert, wenn die Säurekonzentration zu hoch wird und damit das Spülergebnis nicht mehr ausreicht. Erst in der zweiten Spülkammer 13 wird ein offenes Spülsystem angewendet, bei dem frisches Brauchwasser zum Spülen verwendet wird, das anschließend ohne weitere Verwendung oder Aufbereitung ins Abwasser gelangen kann.
• Das beschriebene Ausfu###irungsbeispiel zeigt, daß ein erfindung gemäß ausgebildetes Verfahren in weiten Grenzen an verschiedene Anwendungsfälle flexibel anzupassen ist. Dabei ist nicht nur an unterschiedliche Verschmierungsgrade in den Kontaktierungslöchern bei verschiedenen Leiterplattentypen gedacht, sondern auch daran, daß man in bestimmten Fällen auch ein anderes Reinigungsmedium als konzentrierte Schwefelsäure verwenden könnte, dessen Reaktionszeit und -intensität mit dem Epoxydharz anders geartet ist als bei konzentrierter Schwefelsäure. Auf diese geänderten Randbedingungen müßte dann nur die Transportgeschwindigkeit in der Transportbahn und die Spülintensität in der Schwallstrecke über deren Druck, wie oben erläutert, eingestellt werden.
• 6 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum chemischen Reinigen von Kontaktierungslöchern in Leiterplatten mit Hilfe einer aggressiven, Epoxydharzverschmierungen in der Lochwand lösenden Säure als Reinigungsmedium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die horizontal geführte Leiterplatte (2) nach dem Bohren der Kontaktierungslöcher mit konstanter Geschwindigkeit (v) in einer abgeschlossenen Aktivkammer (3) über eine Schwallstrecke hinwegläuft, die von einem unterhalb der Transportbahn (1) und senkrecht zur Transportrichtung angeordneten Schlitzrohr (4) gebildet wird, aus dem das chemische Reinigungsmedium (H2S04) unter Druck austritt, so daß dabei die Kontaktierungsbohrungen der Leiterplatte intensiv durchspült werden, und daß die Leiterplatte danach unter einem scharfen Luftstrahl abgeblasen und anschließend gespült wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e-t , daß konzentrierte Schwefelsäure (H2So4) als Reinigungsmittel verwendet wird und wegen ihrer hygroskopischen Eigenschaft in der Aktivkammer (3) ein geringer Uberdruck bei niedriger Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten wird.
3. 3. Einrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der,Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Aktivkammer (3) oberhalb der Transportbahn im Bereich des aus dem Schlitzrohr (4) austretenden Schwalls freilaufende Andruckrollen (8) angeordnet sind.
4. 4. Einrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bzw. nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung der Aktivkammer (3) in Höhe der Transportbahn (1) jeweils durch Gummidichtlippen (3') abgedichtet sind und daß - in Transportrichtung gesehen - hinter der Aktivkammer eine erste Spülkammer (9) angeordnet ist, an die sich eine weitere Spülkammer (10) anschließt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Aktivkammer t3) und der ersten Spül kammer (9) Je eine Flüssigkeitspumpe (6 bzw. 12) zugeordnet ist, die das Reinigungsmedium bzw. das Spülmittel aus der Bodenwanne der angeschlossenen Kammer ansaugt und in das Schlitzrohr (4) bzw. ein Dtisensystem (10) pumpt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 bzw. 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Düsensystem (14) der zweiten Spülkammer (13) an den normalen Brauchwasserzulauf und die Bodenwanne der Spülkammer an den normalen Abwasserabfluß angeschlossen ist.