DE4123985A1 - Vorrichtung zur elektrolytischen behandlung von leiterplatten oder dergleichen, insbesondere zur elektrolytischen beschichtung mit kupfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung von Leiterplatten oder dergleichen, insbesondere zur elektrolytischen Beschichtung mit Kupfer, mit

• a) einer Behandlungskammer, welche einen Elektrolyten enthält;
• b) einer Transporteinrichtung, welche die Leiterplatten kontinuierlich durch die Behandlungskammer hindurch bewegt;
• c) mindestens einer Anode, welche in der Nähe des Bewegungs­ weges der Leiterplatten innerhalb der Behandlungskammer angeordnet und mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden ist;
• d) mindestens einer Kontaktierungseinrichtung, über welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Minuspol der Spannungsquelle und den durch die Behandlungskammer bewegten Leiterplatten herstellbar ist.

Derartige Vorrichtungen sind in unterschiedlicher Ausge­ staltung bekannt. So zeigt beispielsweise die DE-OS 36 24 481 eine Vorrichtung, bei welcher die Transport­ einrichtung eine Vielzahl einzelner Transportorgane umfaßt, die endlos an einer Kette umlaufen und die Leiterplatten an deren Rändern klammerartig ergreifen. Diese Transport­ organe dienen dabei gleichzeitig als Kontaktierungsein­ richtung. Nachteilig dabei ist der verhältnismäßig kompli­ zierte Aufbau, zu dem auch eine Einrichtung gehört, mit welcher die klammerartigen Transportorgane am Einlaß und am Auslaß der Behandlungskammer zum Ergreifen bzw. zum Wiederloslassen der Leiterplatten geöffnet werden müssen. Außerdem bilden sich an den Transportorganen unerwünschte metallische Niederschläge, da diese selbst als Kathode wirken. Diese Niederschläge müssen in aufwendiger Weise wieder entfernt werden.

Bei der in der DE-OS 32 36 545 beschriebenen Vorrichtung ist die Anordnung so, daß als Kontaktierungseinrichtungen eine Vielzahl von Kontaktrollen verwendet werden, die auf den zu beschichtenden Flächen der Leiterplatten ab­ rollen und dabei den elektrischen Strom auf die Leiter­ platten übertragen. Hierbei läßt sich nicht vermeiden, daß die Kontaktrollen selbst als Kathoden der Elektrolyse wirken und daher selbst metallisch überzogen werden. Außer­ dem müssen die Rollen alle einzeln angetrieben werden, was einen erheblichen konstruktiven Aufwand bedeutet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß bei geringstem konstruktivem Aufwand die Gefahr elektro­ lytischer Abscheidungen an der Kontaktierungseinrichtung weitestgehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktierungseinrichtung von einer Vielzahl von Bürsten gebildet wird, die elastisch federnd mit einer Stirnfläche gegen die Leiterplatten gedrückt werden und jeweils einen Kern aus elektrisch leitendem Material und einen dünnen Mantel aus elektrisch isolierendem Material aufweisen.

Mit der Erfindung wird also bewußt von einem festen (DE-OS 36 24 481) oder abrollendem (DE-OS 32 36 545) Kontakt zwischen der Kontaktierungseinrichtung und den Leiterplatten abgegangen und zu einem Kontaktierungsprinzip zurückgekehrt, welches an und für sich bei bewegten Gegenständen gebräuch­ lich ist, dessen Einsatz aber für den vorliegenden Verwen­ dungszweck bisher verworfen worden war. Der entscheidende Gedanke, welcher dem erfindungsgemäßen Prinzip des schlei­ fenden Kontaktes den Weg bereitet, besteht darin, die elastisch federnd an die Leiterplatten angedrückten Bürsten mit einem elektrisch isolierenden Mantel zu versehen. Nur die Stirnflächen der Bürsten sind elektrisch leitend; allenfalls hier könnte sich also eine unerwünschte Metall­ abscheidung ergeben. Dies wird aber dadurch verhindert, daß die Bürsten hier an den Leiterplatten anliegen; even­ tuell sich gleichwohl bildender Niederschlag (z. B. in den Zeiten, in denen die Stirnflächen zwischen dem Durch­ gang unterschiedlicher Leiterplatten freiliegen), wird sofort wieder abgerieben.

Die erfindungsgemäßen Bürsten nutzen sich während der Betriebszeit der Vorrichtung ab; hierbei werden Kern und Mantel im gleichen Tempo abgerieben. Der Abrieb ist jedoch so gering, daß - achtet man auf chemische Verträglichkeit - der Elektrolyt hierdurch nicht in erheblichem Umfange verschmutzt wird.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, wenn das Material des Kernes aus Kupfer besteht. Kupfer befindet sich in den gebräuchlichsten Elektrolyten ohnehin, so daß hierdurch eine Verschmutzung nicht eintreten kann.

Alternativ ist es auch möglich, daß der Kern der Bürsten aus Titan besteht. Ein Abrieb von Titan im Elektrolyten hat sich als vollständig unschädlich erwiesen.

Der Mantel der Bürsten kann aus PTFE oder auch PVDF (Poly­ vinylidenfluorid) bestehen. Beide Kunststoffe verhalten sich im Elektrolyten unschädlich, zumal die Menge des Kunststoffabriebes sehr klein gehalten werden kann: Es reicht aus, wenn die Stärke des Mantels nur wenige Mikrometer beträgt, gerade ausreichend, um einen direkten, elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem Kern der Bürsten zu verhindern.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Bürsten an den freien Enden einseitig befestigter Federbleche angeordnet.

Die Bürsten sollten gegen die Leiterplatten in deren Be­ wegungsrichtung so angestellt sein, daß deren die Bürsten berührenden Flächen mit der Mantelfläche der Bürsten einen spitzen Winkel einschließen. Hierdurch wird die Gefahr reduziert, daß die in Bewegungsrichtung vorauseilende Kante der Leiterplatten die Mantelfläche der Bürsten be­ schädigt. Durch den spitzen Winkel ergibt sich vielmehr beim Auftreffen der Leiterplatten auf die Mantelfläche der Bürsten eine nach oben gerichtete Kraftkomponente, welche die Bürsten gegen die Federwirkung anhebt und so den Durchgang der Leiterplatten erleichtert.

Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, wenn die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung umfaßt, mit welcher sich die Bürsten entgegen der Federkraft anheben lassen. Diese Einrichtung kann insbesondere dann in Funktion gesetzt werden, wenn die erste Leiterplatte in die Behandlungskammer einläuft. Die Bürsten werden soweit angehoben, daß die Leiterplatten nicht oder in nur unerheblichem Ausmaße gegen die Mantelflächen der Bürsten anstoßen.

Eine mögliche Ausgestaltung für eine solche Einrichtung sieht so aus, daß jedem Federblech ein verdrehbarer Nocken zugeordnet ist, der einen von der Drehstellung abhängigen Anschlag für die unter dem Einfluß der Federkraft durchge­ führte Bewegung der Bürsten bildet. Alle Nocken können dabei auf einer gemeinsamen Welle sitzen, die - von Hand oder durch einen geeigneten Motor - so verdreht wird, daß die Mantelflächen der Bürsten sich nicht oder jeden­ falls nicht in störendem Ausmaße im Bewegungsweg der Leiter­ platten befinden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 schematisch einen senkrechten Teilschnitt durch eine Vorrichtung zur elektrolytischen Beschich­ tung von Leiterplatten gemäß Linie I-I von Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 gemäß Linie II-II;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 gemäß Linie III-III;

Fig. 4 eine Ansicht, ähnlich der Fig. 3, durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Bürstenanordnung bei einer Vorrichtung zur elektrolytischen Beschichtung von Leiterplatten;

Fig. 5 eine schematische seitliche Ansicht der Bürstenan­ ordnung von Fig. 4, ähnlich der Fig. 1;

Fig. 6: einen schematischen Schnitt durch eine Bürste, wie sie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 5 Verwendung findet.

In Fig. 1 ist schematisch ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung zur elektrolytischen Beschichtung von Leiterplatten mit Kupfer im Ausschnitt dargestellt. Bei ihr werden die Leiterplatten, in Fig. 1 mit dem Bezugs­ zeichen 1 gekennzeichnet, in einem horizontalen Durchlauf­ verfahren durch eine Behandlungskammer geführt, die mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllt ist. In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils eine Seitenwand 2 dieser Behandlungs­ kammer dargestellt, die gleichzeitig tragende Funktion z. B. für die unten näher beschriebenen Transportelemente übernimmt. Die Behandlungskammer ist auf der in Fig. 3 rechts zu denkenden Seite durch eine entsprechende, nicht dargestellte Seitenwand 2, an der Ein- und Auslauf­ seite, die in Fig. 1 rechts und links zu denken sind, mit einer entsprechenden Einlauf- bzw. Auslaufwand mit Eintritts- und Austrittsschlitzen und unten durch einen horizontalen Boden begrenzt. In der Behandlungskammer sind außerdem, ebenfalls nicht gezeigt, oberhalb und unter­ halb des Bewegungsweges der Leiterplatten Anodenkörbe vorgesehen, welche mit sich verbrauchendem Anodenmaterial aus Kupfer gefüllt sind.

Die Leiterplatten 1 werden durch die Behandlungskammer im Sinne des Pfeiles 3 von Fig. 1 mittels ein Transport­ systems hindurchgefördert, welches eine Vielzahl von in Förderrichtung hintereinander angeordneten Rollenpaaren 4, 5 umfaßt. Die Rollenpaare 4, 5 erfassen, wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, die äußeren Ränder der Leiter­ platten 1, die im übrigen bei verhältnismäßig kleiner Breite die Behandlungskammer von Seite zu Seite freitragend überspannen können, bei größerer Breite im mittleren Bereich durch freilaufende Rollen abgestützt sein können.

Die Rollen 4, 5 in den Rollenpaaren werden jeweils einzeln durch ein Antriebssystem in Drehung versetzt, welches als solches bekannt ist. Dieses Antriebssystem ist im wesentlichen außerhalb der Seitenwand 2, also im Trockenen, angeordnet. Es umfaßt eine Hauptantriebswelle 6, auf welcher in Abständen, welche den Abständen der Rollenpaare 4, 5 entsprechen, Kegelräder 7 sitzen. Diese Kegelräder 7 kämmen mit Kegelrädern 8, welche auf den Einzelantriebs­ wellen 9 der unteren Rollen 5 in den Rollenpaaren 4, 5 angebracht sind. Die Einzelantriebswellen 9 sind durch Bohrungen der Seitenwand 2 der Behandlungskammer hindurch­ geführt und auf der gegenüberliegenden Seite der Rolle 5 in einer Sackbohrung 30 einer Hilfswand 10 gelagert (vergl. insbesondere Fig. 3).

Auf den Einzelantriebswellen 9 der unteren Rollen 5 sind zwischen den Kegelrädern 8 und der Außenfläche der Seiten­ wand 2 Zahnräder 11 befestigt. Diese kämmen mit Zahnrädern 12, welche auf den Einzelantriebswellen 13 der oberen Rollen 4 in den Rollenpaaren 4, 5 sitzen. Die Einzelan­ triebswellen 13 der oberen Rollen 4 sind durch Langlöcher 14 in der Seitenwand 2 hindurchgeführt und an ihrem inneren Ende an entsprechenden Lang-Sackbohrungen 15 in der Hilfs­ wand 10 gelagert. Durch die Ausgestaltung der Bohrungen 14, 15 als Langbohrungen können sich die oberen Rollen 4 im Rollenpaar 5 jeweils etwas anheben und absenken, um so unterschiedlichen Dicken der Leiterplatten 1 Rechnung zu tragen. Außerdem wird hierdurch die Montage erleichtert.

Damit die Leiterplatten 1 elektrolytisch mit einem Kupfer­ überzug versehen werden können, müssen sie als Kathode der Spannungsquelle geschaltet werden, deren Anode von den oben bereits erwähnten, in der Zeichnung nicht darge­ stellten Anodenkörben gebildet wird. Hierzu sind jeweils zwischen den Rollenpaaren 4, 5 Bürsten 16, 17 vorgesehen, die in schleifendem Kontakt an der Ober- bzw. Unterseite der Leiterplatten 1 anliegen. Die Bürsten 16, 17 sind jeweils in Hülsen 18, 19 axial verschiebbar gelagert. Sie stehen dabei unter der Wirkung einer Druckfeder, die in der Zeichnung nur schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist. In Wirklichkeit kann sich diese Druckfeder beispielsweise innerhalb der Hülsen 18, 19, zwischen der Boden und den axial verschiebbaren Bürsten 16, 17, befinden.

Die Hülsen 18, 19 sind an Stromschienen 24, 25 befestigt, die über Kabel 40, 41 mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden sind.

Der Aufbau der Bürsten 16, 17 ist in Fig. 6 näher darge­ stellt, welche eine derartige Bürste im Axialschnitt zeigt. Die Bürsten 16, 17 umfassen einen Kern 22 aus elektrisch leitfähigem Material, dessen Abrieb mit dem in der Behand­ lungskammer verwendeten Elektrolyten verträglich sein muß. Im allgemeinen scheidet aus diesem Grunde Kohle für das Material des Kernes 22 aus. Bevorzugt wird Kupfer, welches im Elektrolyten ohnehin vorhanden und daher sicher unschädlich ist, oder auch Titan.

Der Kern 22 der Bürsten 16, 17 ist von einem Mantel 23 umgeben, der elektrisch nicht leitend und gegen den Elektro­ lyten resistent ist. Bevorzugt wird Kunststoff, insbesondere PTFE oder PVDF.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Die elektrolytisch zu beschichtenden Leiterplatten 1 werden in der Sicht der Fig. 1 mittels der Rollenpaare 4, 5 horizontal durch die Behandlungskammer hindurchgeführt, wobei sie sich unterhalb des Elektrolytspiegels befinden. Die Bürsten 16, 17 liegen dabei von oben bzw. unten gegen die Randbereiche der zur elektrolytischen Beschichtung vorbereiteten, elektrisch leitenden Überzüge auf den Leiter­ platten 1 an. Diese elektrisch leitenden Überzüge werden auf diese Weise als Kathode der Elektrolyse geschaltet, die während der Passage der Leiterplatten 1 durch die Behandlungskammer gegen die durch die Anodenkörbe gebil­ deten Anoden stattfindet. Die Durchlaufzeit der Leiter­ platten 1 durch die Behandlungskammer sowie die Stromdichte und die übrigen während der Elektrolyse einzuhaltenden Verfahrensparameter sind so gewählt, daß die die Behand­ lungskammer verlassenden Leiterplatten 1 die gewünschte Schichtdicke aufweisen.

Da die Bürsten 16, 17 an ihrer äußeren Zylinderwandung den elektrisch nicht leitenden Mantel 23 aufweisen, scheidet sich an den Bürsten 16, 17 selbst kein Metall ab, was bei bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art stets zu Schwierigkeiten geführt hat (vergl. oben). Die elektrisch leitenden Flächen der Bürsten 16, 17 sind aus­ schließlich die Stirnflächen, die sich in direkter Anlage an den Leiterplatten 1 befinden. Sie werden zudem durch den schleifenden Durchgang der Leiterplatten 1 ständig gesäubert.

Im Laufe der Zeit schleifen sich die Bürsten 16, 17, d. h. sowohl der Kern 22 als auch im gleichen Tempo der Mantel 23, ab. Der Materialabrieb dabei ist jedoch so gering, daß der Elektrolyt hierdurch nicht in spürbarem Umfange verschmutzt wird, insbesondere, wenn als Material für den Kern 22 der Bürsten 16, 17 Kupfer oder Titan verwendet wird.

Die Schichtdicke des elektrisch isolierenden Mantels 23 der Bürsten 16, 17 ist in Fig. 6 übertrieben dargestellt; es genügt, wenn sie nur wenige Mikrometer beträgt, so daß also ein direkter Zugang des Elektrolyten zum elek­ trisch leitenden Kern 22 der Bürsten 16, 17 unmöglich ist.

In den Fig. 4 und 5 ist eine alternative Befestigungs- und Ausbildungsart der Bürsten 116, 117 dargestellt. Das Transportsystem, welche die Leiterplatten 101 durch die Behandlungskammer fördert, kann mit demjenigen nach den Fig. 1 bis 3 übereinstimmen. Es wurde in Fig. 4 der Übersichtlichkeit halber vollständig weggelassen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von demjenigen nach den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen darin, wie die elastische Anpressung der Bürsten 116 und 117 an die Ober- bzw. Unterseite der Leiterplatten 101 erfolgt. Dies geschieht bei dem zweiten Ausführungsbeispiel mittels Federblechen 121 bzw. 122, die, bezogen auf die Maschinenmitte, freitragend radial nach innen ragen. An ihrem äußeren Ende sind die Federbleche 121, 122 an metalli­ schen Stromschienen 124, 125 befestigt, die mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden und in geeigneter Weise an einer Wand, z. B. an der in den Fig. 1 bis 3 darge­ stellten Seitenwand 2 der Behandlungskammer, befestigt sind.

Bei dieser Ausgestaltung entfallen die die Bürsten führenden Hülsen 18, 19 des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 bis 3. Die Bürsten 116, 117 sind im übrigen in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gestaltet, ent­ sprechen also der Darstellung in Fig. 6.

Im Bereich unterhalb der oberen Federbleche 121 sind jeweils verdrehbare Nocken 126 angebracht (vergl. Fig. 4). Alle diese Nocken sitzen auf einer gemeinsamen Welle 127, die durch einen Motor oder auch von Hand verdreht werden kann.

In der in Fig. 4 dargestellten Position befinden sich die Nocken 126 außer Eingriff mit den Federblechen 121. Das heißt, die Federbleche 121 können die Bürsten 116 soweit wie möglich nach unten, also bis zur Anlage an der oberen Fläche der Leiterplatten 101, drücken. Dies ist die normale Betriebsposition.

Verdreht man dagegen die Nocken 126 im Sinne des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeiles 128, so werden die Federbleche 121 mit den an ihren inneren Enden befestigten Bürsten 116 entgegen der Federkraft nach oben gedrückt. Hierdurch kann verhindert werden, daß die erste in die Maschine einlaufende Leiterplatte 101 gegen die seitliche Mantelfläche der Bürsten 116 stößt und diese so beschädigt. Durch die Winkelstellung der Nocken 126 läßt sich also die tiefste Stellung variieren, welche die untere, metallische Stirn­ fläche der Bürsten 116 einnehmen kann.

Für die untere Bürste 117 ist eine derartige Einrichtung im Regelfall nicht erforderlich, da die untere Fläche der Leiterplatten 101 sich immer auf derselben Höhe befin­ den kann (die Lage der oberen Fläche der Leiterplatten 101 dagegen hängt von der Dicke der verarbeiteten Leiter­ platten ab). Gegebenenfalls können aber auch für die unteren Federbleche 122 verdrehbare Nocken vorgesehen werden, welche den verdrehbaren Nocken 126 entsprechen, jedoch spiegelsymmetrisch zu diesen angebracht werden.

Die Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß Linie V-V von Fig. 4 und macht deutlich, daß die Bürsten 16, 17 anders als beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 schräg gegen die Leiterplatte 101 angestellt sind. Hierdurch ergibt sich zwischen der oberen und unteren Fläche der Leiterplatten 101 sowie der Mantelfläche der Bürsten 116, 117, auf welche die voreilende Kante der Leiterplatten 101 trifft, ein spitzer Winkel. Auch diese Maßnahme erleichtert die Passage der Leiterplatten 101 zwischen den Bürsten 116, 117 hindurch und vermindert die Gefahr von Beschädigungen am Mantel 23 der Bürsten 116, 117, welche dort unerwünschte Metallabscheidungen aus dem Elektrolyten zur Folge hätten.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung von Leiter­ platten oder dergleichen, insbesondere zur elektrolyti­ schen Beschichtung mit Kupfer, mit

• a) einer Behandlungskammer, welche einen Elektrolyten enthält;
• b) einer Transporteinrichtung, welche die Leiterplatten kontinuierlich durch die Behandlungskammer hindurch bewegt;
• c) mindestens einer Anode, welche in der Nähe des Bewegungs­ weges der Leiterplatten innerhalb der Behandlungskammer angeordnet und mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden ist;
• d) mindestens einer Kontaktierungseinrichtung, über welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Minuspol der Spannungsquelle und den durch die Behandlungskammer bewegten Leiterplatten herstellbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungseinrichtung von einer Vielzahl von Bürsten (16, 17; 116, 117) gebildet wird, die elastisch federnd mit einer Stirnfläche gegen die Leiterplatten (1; 101) gedrückt werden und jeweils einen Kern (22) aus elektrisch leitendem Material und einen dünnen Mantel (23) aus elek­ trisch isolierendem Material aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (22) der Bürsten (16, 17; 116, 117) aus Kupfer besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (22) der Bürsten (16, 17; 116, 117) aus Titan besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (23) der Bürsten (16, 17; 116, 117) aus PTFE besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (23) der Bürsten (16, 17; 116, 117) aus PVDF besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (116, 117) an den freien Enden einseitig befestigter Federbleche (120, 121) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (116, 117) gegen die Leiterplatten (101) in deren Bewegungsrichtung so angestellt sind, daß deren die Bürsten (116, 117) be­ rührenden Flächen mit der Mantelfläche der Bürsten (116, 117) einen spitzen Winkel einschließen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (126, 127) umfaßt, mit welcher sich die Bürsten (116, 117) ent­ gegen der Federkraft anheben lassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 bei Rückbeziehung auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Feder­ blech (120, 121) ein verdrehbarer Nocken (126) zugeordnet ist, der einen von der Drehstellung abhängigen Anschlag für die unter dem Einfluß der Federkraft durchgeführte Bewegung der Bürsten (116, 117) bildet.