DE10149998C2 - Verfahren und System zur selektiven galvanischen Beschichtung von Metalloberflächen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven galvanischen Beschichtung von Metalloberflächen, insbesondere von glatten, flachgestanzten oder formgestanzten Metallbändern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein System zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus Metallbändern der genannten Art werden insbesondere Steckverbinder, berührende oder reibende Kontakte sowie Lead-Frames hergestellt, wobei das Grundmaterial, wie z. B. E-Kupfer, Bronze, Messing, Neusilber, Eisenlegierungen zur Erreichung der gewünschten guten Oberflächeneigenschaften, wie eine gute Kontaktgabe, Bondbarkeit, Lötfähigkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, galvanisch veredelt wird. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen (bei Gold-, Silber-, Rhodium- und Palladium-Beschichtungen) darf die Beschichtung nur an ausgesuchten Stellen der Oberfläche als Streifen oder Spot galvanisch aufgetragen werden, wobei alle geometrischen Figuren möglich sind. Insbesondere durch die zunehmende Miniaturisierung der Bauteile ist beim Aufbringen solcher Beschichtungen eine hohe Selektivität bei hoher Präzision der Randbegrenzung der selektivbeschichteten Flächen erforderlich.

Selektive galvanische Beschichtungen lassen sich durch eine ganze Reihe unterschiedlicher Verfahren erzeugen, bei denen die nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche üblicherweise zunächst durch eine geeignete Maskierung abgedeckt und die nicht maskierten Bereiche anschließend galvanisch beschichtet werden. Lediglich bei dem einfachsten Selektiv-Beschichtungsverfahren wird das Metall auch ohne Maskierung einfach durch kontrolliertes partielles Eintauchen in einen geeigneten Elektrolyten kantenumgreifend galvanisch beschichtet. Mit diesem einfachen Beschichtungsverfahren sind auf der Oberfläche jedoch keine Streifen oder Spots herstellbar.

Bei dem am weitesten verbreiteten Selektiv-Beschichtungsverfahren werden endlose bewegliche Maskierungsbänder aus Gummi oder einem sonstigen Kunststoff fest auf die nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche gedrückt und anschließend nur die freibleibenden Bereiche galvanisch beschichtet. Die Selektiv-Systeme können in Radform mit können stehend oder liegend angeordneten Rädern ausgebildet sein. Sie können jedoch auch als gerade oder gekrümmte Durchlaufzelle (Rainbow-Zelle) ausgelegt sein. Die erreichbare Präzision ist mit mehr als 0,1 mm in der Regel jedoch insbesondere für die Halbleitertechnik nicht ausreichend.

Eine Sonderform dieses Beschichtungsverfahrens stellt das sogenannte MYLAR-Verfahren dar, bei dem als Maskierung für die nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche eine dünne Mylar-Folie auf das Metallband gepresst wird, die nach dem Beschichtungsdurchlauf für eine begrenzte Zeit wiederverwendbar ist. Das Verfahren ermöglicht zwar eine Streifen- oder Spotabscheidung mit hoher Präzision, es ist jedoch nur bei glatten ebenen Metallbändern einsetzbar.

Auch bei dem Stop-and-Repeat-Verfahren (Spot-Beschichtung) wird eine Gummi oder Kunststoffabdeckmaske eingesetzt. Anders als bei den beweglichen Maskierungsverfahren wird jedoch eine stehende Maske geöffnet, um ein Metallband einzuziehen. Anschließend wird die Maske geschlossen und fest auf das eingezogene ruhende Metallband gepresst. Nach erfolgter galvanischer Beschichtung mit der entsprechenden Beschichtungsdauer wird die Maske wieder geöffnet und ein noch unbeschichtetes neues Stück Metallband wird zur Beschichtung eingezogen. Dieses Verfahren arbeitet quasikontinuierlich, da das Metallband vor und hinter der sogenannten Spot-Zelle kontinuierlich in einen Speicher hinein bzw aus ihm herausläuft. Es sind jedoch nur geringe Bandgeschwindigkeiten erreichbar, wodurch eine wirtschaftliche galvanische Beschichtung häufig in Frage gestellt ist. Mit Gold und Silber kann zwar die gewünschte hohe Päzision von 0,1 mm erreicht werden, Zinn- und Zinn-Blei- Beschichtungen hingegen sind häufig nicht mit der gewünschten Präzision herstellbar.

Bei dem sogenannten Brush-Beschichtungsverfahren wird das zu beschichtende Metallband auf einen einen Elektrolyten absorbierenden porösen Nichtleiter gedrückt, auf dessen Gegenseite eine unlösliche Anode sitzt. Die galvanische Beschichtung erfolgt nur an der Stelle, die mit dem porösen Nichtleiter in Berührung kommt. Es können besonders gut Kanten und formgestanzte Metallflächen beschichtet werden. Spots und Streifen im Mittenbereich eines glatten ebenen Metallbandes sind jedoch nicht möglich bzw. bei Streifen nicht mit der gewünschten Selektivität erreichbar. Das Brush-Beschichtungsverfahren wird insbesondere im Steckverbinderbereich eingesetzt.

Bei dem sogenannten Tape-Verfahren wird als Maskierung ein einseitig klebendes Band auf die Metalloberfläche aufgeklebt, das nach erfolgter galvanischer Beschichtung der frei bleibenden Oberflächenbereiche wieder abgezogen und verworfen wird. Die erreichbare Präzision im Randbereich der Beschichtung liegt bei etwa 0,1 mm. Das Verfahren ist jedoch nicht nur außerordentlich teuer sondern erzeugt auch noch zu entsorgenden Sondermüll. Es ist zudem auch nur bei ebenen glatten Bändern anwendbar.

Der Vollständigkeit halber sei auch noch die Laser-unterstützte Beschichtung genannt, die technologisch jedoch noch völlig unbedeutend ist. Obgleich dieses Verfahren ein berührungsloses Arbeiten mit einer Präzision im Mikrometerbereich und höchsten Abscheidungsraten ermöglicht, scheitert ein technischer Einsatz bisher daran, daß die für diese Technik benötigten vollkommen neuen Elektrolyte nicht zur Verfügung stehen. Darüber hinaus fehlen auch noch genügend leistungsstarke Festkörperlaser.

Schließlich sei auch noch die strukturierte Ressist-Auftragung genannt, die jedoch überwiegend nur zum selektiven Ätzen von Oberflächen eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird die gesamte Oberfläche mit einem flüssigen Resist beschichtet, das anschließend getrocknet, selektiv belichtet und entwickelt wird. Die entstehenden freiliegenden Metallflächen können dann elektrochemisch oder chemisch geätzt oder aber auch galvanisch beschichtet werden. In einem weiteren Arbeitsgang wird dann die organische Resistbeschichtung wieder von der Metalloberfläche entfernt, so dass die strukturierte Beschichtung oder die geätzte Metalloberfläche übrig bleibt. Durch dieses Verfahren lassen sich zwar sehr hohe Präzisionen erreichen, das Verfahren ist jedoch recht teuer.

Aus der US 6 299 749 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Bauteile bekannt, bei dem bestimmte Oberflächenbereiche dieser Bauteile durch berührungloses Aufbringen eines flüssigen Dielektrikums mittels eines Tintenstrahlverfahrens maskiert und die nicht maskierten Oberflächenbereiche anschließend galvanisiert werden. Die aufgebrachte Maskierung kann dann beispielsweise durch ein geeignetes Lösungsmittel wieder entfernt werden.

Die GB 2 352 688 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Maskierung eines Substrats, wie z. B. eine Leiterplatte, durch berührungloses Aufbringen eines flüssigen Dielektrikums in Tröpfchenform nach dem Tintenstrahlverfahren. Die Tröpfchen werden mittels eines "Drop-on-Demand-Verfahrens" auf mehrere diskrete oder zusammenhängende Oberflächenbereichen aufgebracht und durch elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenläne ausgehärtet.

Die US 6 143 145 offenbart eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Maskieren von Metallbändern, bei der - ähnlich wie bei einem Flexo- oder Rollenrotationsdruckverfahren - über eine Rolleneinrichtung Tinte streifenförmig auf die zu maskierenden Bänder aufgebracht wird. Diese werden anschließend einer Bandgalvanisiereinrichtung zum galvanisieren der nicht maskierten Oberflächenbereiche zugeführt. Nach erfolgter Galvanisierng wird die aufgebrachte Maskierung durch geeignetes Lösungsmittel wieder entfernt.

Die DE 25 20 702 A1 offenbart ein Verfahren zum Drucken mittels eines Farbflüssigkeitsstrahls aus in gleichen Abständen aufeinander folgenden gleichgroßen Tropfen, die durch elektrische Aufladungs-Signale selektiv aufgeladen und dann beim Aufbringen durch ein geeignetes elektrostatisches Ablenkfeld in Abhängigkeit von ihrer Ladung auf eine Aufzeichnungs-fläche abgelenkt werden.

Die EP 323 991 B1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der zeitlichen Lage von elektrischen Impulsen bezüglich eines Tropfenbildungsprozesses bei einem Tintenstrahldruckverfahren und ein Tintenstrahlgerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten, neuartigen, einfachen, flexiblen und kostengünstigen Beschichtungsverfahrens für Metalloberflächen, insbesondere glatte, flachgestanzte oder formgestanzte Metallbänder, das nicht nur hohe Beschichtungs- bzw. hohe Bandgeschwindigkeiten ermöglicht, sondern auch durch eine hohe Selektivität bei hoher Präzision der Randbegrenzung der selektivbeschichteten Flächen gekennzeichnet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Beschichtungsverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dielektrikum in feinsten Tröpfchen mit einer im wesentlichen gleichen Tröpfchengröße von 3-70 Mikrometer und mit einer Konturenschärfe kleiner gleich 80 Mikrometer aufgebracht wird, wobei die Tröpfchen zunächst elektrisch aufgeladen und dann beim Aufbringen mittels eines elektrisches Steuerfeldes bedarfsgerecht gesteuert werden. Durch dieses Verfahren lassen sich gewünschte Maskierungsschichten nahezu beliebiger Gestalt bei geringen Kosten sehr schnell und äußerst präzise aufbringen. Das Verfahren ermöglicht eine hohe Flexibilität und ist insbesondere auch für dreidimensionale Anwendungen geeignet.

Zur Gewährleistung einer stets ausreichend hohen Beschichtungsqualität wird hierbei vorzugsweise die Viskosität des Dielektrikums vor dem Auftragen kontrolliert und bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert auf diesen Sollwert eingestellt.

Es werden vorzugsweise so hohe Tröpfchenauftragsraten verwendet, dass flächige Maskierungen erzeugbar sind. Die Tröpfchenauftragsraten betragen hierbei etwa 40.000-­ 60.000 Tröpfchen pro min. insbesondere jedoch etwa 50.000 Tröpfchen pro min.

Das Dielektrikum kann hierbei je nach Bedarf sowohl in zumindest einem durchgehenden unterbrechungsfreien Streifen als auch gesteuert diskontinuierlich aufgebracht werden.

Zur schnelleren Trocknung des aufgebrachten Dielektrikums wird das Dielektrikum kurzfristig einer erhöhten Temperatur von weniger als 200 Grad Celsius ausgesetzt. Zur Vermeidung eventueller Verunreinigungen werden beim Trocknen des Dielektrikums frei werdende Bestandteile abgesaugt.

Es wird ein schnelltrocknendes Dielektrikum verwendet, das innerhalb von Sekunden auf der Metalloberfläche trocknet. Das eingesetzte Dielektrikum ist zudem abriebfest und zumindest für mehrere Minuten in Säuren, Laugen und komplexbildnerhaltigen Elektrolyten und bei einem Stromfluß durch das Metall beständig. Diese Anforderungen werden insbesondere durch eine MEK-haltige (Methyl-Ethyl-Keton-haltige) pigmentfreie Tinte erfüllt.

Das Dielektrikum wird durch eine Spritz- oder Sprüheinrichtung auf die zu berschichtende Metalloberfläche aufgespritzt bzw. aufgesprüht, die unter einem bestimmten Winkel von vorzugsweise 1-10 Grad bezüglich der Normalen auf die Metalloberfläche geneigt ist. Sie ist mit hoher Präzision von vorzugsweise weniger als 50 Mikrometer parallel zum Metalloberfläche verfahrbar. Beim Aufbringen des Dielektrikums wird sie von oben nach unten zur Metalloberfläche positioniert. Bei Bedarf können auch Spritz- oder Sprüheinrichtungen mit mehreren neben- und/oder hintereinander angeordneten Spritz- bzw. Sprühköpfen verwendet werden.

Bei einem Aussetzen der Spritz- oder Sprüheinrichtung im Rahmen einer Eigenüberprüfung und einer Unterbrechung des Beschichtungsvorganges wird die Spritz- oder Sprüheinrichtung zur Kompensation einer zwischenzeitlichen Metallbewegung automatisch zumindest bis zur Aussetzungsstelle zurückverfahren, um eine unterbrechungsfreie Streifenauftragung zu erreichen. Zu diesem Zweck wird die Geschwindigkeit des Metalls bestimmt und an eine zugeordnete Steuerungseinrichtung übermittelt, die zu Beginn und am Ende einer Eigenüberprüfung auch Signale der Spritz- oder Sprüheinrichtung erhält. Aus der Unterbrechung des Dielektrikumsauftrags wird dann der Vorschub des Metalls bzw. die Streckenlänge des nicht beschichteten Oberflächenbereichs bestimmt und die Spritz- oder Sprüheinrichtung entsprechend weit zurückverfahren, um einen unterbrechungsfreien Streifen zu erreichen.

Alternativ hierzu kann das Metall bei einer feststehenden Spritz- oder Sprüheinrichtung aber auch durch durch eine Wippeinrichtung zurückbewegt werden.

Zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Beschichtung wird die zu beschichtende Metalloberfläche vorzugsweise vor dem Aufbringen des Dielektrikums gereinigt und getrocknet.

Zu beschichtendes Metall wird vorzugsweise mit einer Lagepräzision von weniger als 50 Mikrometer positioniert oder geführt, wobei die (Band)Geschwindigkeiten 3-10 m/min betragen.

Das aufgebrachte Dielektrikum wird nach erfolgter Galvanisierung der nicht beschichteten Oberflächenbereiche vorzugsweise in einer wässriger Lösung mit mikrodispersen Zuschlagsstoffe im wesentlichen rückstandsfrei entfernt. Es wird insbesondere eine wässrige Lösung verwendet, durch die die Metalloberfläche und die auf sie aufgebrachte galvanische Beschichtung chemisch nicht angegriffen werden. Das Ablösen oder Entfernen des aufgebrachten Dielektrikums wird vorzugsweise durch Einwirkenlassen von Ultraschall begünstigt.

Ein Galvanisierungssystem zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst eine Halte- oder Führungseinrichtung für ein zu beschichtendes Metall, eine Maskierungseinrichtung zum Maskieren der nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche, eine Galvanisiereinrichtung zum Galvanisieren der nicht maskierten Oberflächenbereiche, und eine Steuerungs­ einrichtung. Die Maskierungseinrichtung umfasst hierbei erfindungsgemäß eine Spritz- oder Sprüheinrichtung für ein flüssiges Dielektrikum, die so ausgebildet ist, dass das Dielektrikum in feinsten Tröpfchen mit einer engen Tröpfchengrößenverteilung oder einer im wesentlichen gleichen Tröpfchengröße zwischen 3 und 70 Mikrometer und einer Konturenschärfe kleiner gleich 80 Mikrometer aufspritzbar ist oder aufgespritzt wird. Sie umfaßt eine Einrichtung zum elektrischen Aufladen der Tröpfchen und eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuerfeldes für die Tröpfchen, so dass gewünschte Maskierungsschichten nahezu beliebiger Gestalt bei geringen Kosten sehr schnell und äußerst präzise auftragbar sind. Die Spritz- oder Sprüheinrichtung ermöglicht eine hohe Flexibilität und ist insbesondere auch für dreidimensionale Anwendungen geeignet.

Die Maskierungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung und bedarfsgerechten Einstellung der Viskosität des Dielektrikums, um die gewünschte hohe Präzision gewährleisten zu können.

Die Spritz- oder Sprüheinrichtung ist vorzugsweise für hohe Tröpfchenauftragsraten zur Erzeugung eines flächenmäßigen Dielektrikumsauftrags von insbesondere 40.000-60.000 pro Minute ausgelegt. Sie ist so ansteuerbar oder wird so angesteuert, dass das Dielektrikum in zumindest einem durchgehend unterbrechungsfreien Streifen und/oder diskontinuierlich auftragbar ist oder aufgetragen wird.

Die Spritz- oder Sprüheinrichtung ist vorzugsweise unter einem bestimmten Winkel von insbesondere 1-10 Grad bezüglich der Normalen auf eine zu beschichtende Metalloberfläche geneigt, wobei sie je nach Anwendungszweck auch mehrere neben- und/oder hintereinandergeschaltete Spritzköpfe umfassen kann. Sie ist vorzugsweise oberhalb der Halte- oder Führungseinrichtung angeordnet, um die Beschichtung von oben durchführen zu können. Die Spritz- oder Sprüheinrichtung ist vorzugsweise mit hoher Präzision von weniger als etwa 50 Mikrometer parallel zur Metalloberfläche verfahrbar. Sie ist durch die Steuerungseinrichtung so ansteuerbar oder wird so angesteuert, dass sie bei einem Aussetzen im Rahmen einer Eigenüberprüfung automatisch vor die Aussetzungsstelle entsprechend zurückverfahren wird.

Die Halte- oder Führungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie zu beschichtendes Metall mit einer Lagepräzision von weniger als etwa 50 Mikrometer hält oder führt und Bandgeschwindigkeiten von 3-10 m/min ermöglicht. Sie kann auch eine Einrichtung zur Messung der Bandgeschwindigkeit und eine durch die Steuerungseinrichtung ansteuerbare oder angesteuerte Wippeinrichtung zum bedarfsgerechten Zurücksetzen des Metalls nach einer Unterbrechung des Beschichtungsvorgangs umfassen.

Der Maskierungseinrichtung ist insbesondere zumindest eine Reinigungs- und Trocknungseinrichtung für das zu beschichtende Metall vorgeschaltet, die vorzugsweise zur Erzeugung einer erhöhten Trocknungstemperatur von maximal 200 Grad Celsius ausgelegt ist, um durch möglichst kurze Trocknungszeiten hohe Beschichtungs- bzw. Bandgeschwindigkeiten erreichen zu können. Sie umfasst zudem eine Absaugeinrichtung für sich lösendes Dielektrikumsmaterial, um unerwünschte Verschmutzungen der Metalloberfläche auszuschließen.

Der Galvanisiereinrichtung ist zudem vorzugsweise noch eine Ablöseeinrichtung zum rückstandsfreinen Ablösen des Dielektrikum von der Metalloberfläche nachgeschaltet, die zur Begünstigung des Ablöseprozesses vorzugsweise eine Ultraschalleinrichtung umfasst.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Galvanisiersystems zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich nicht nur aus den zugehörenden Ansprüchen - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagram eines erfindungsgemäßen selektiven Bandgalvanisierverfahrens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen, selektiven dielektrischen Beschichtungsschrittes des Verfahrens gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 einen erfindungsgemäß beschichteten Schwalbenschwanzkontakt.

Bei dem beispielhaften erfindungsgemäßen selektiven Bandgalvanisierverfahrens gemäß Fig. 1 wird ein galvanisch zu beschichtendes flaches, flachgestanztes oder formgestanztes Metallband zunächst in einer ersten Reinigungseinrichtung einer Abkochentfettung unterzogen. Anschließend erfolgt in einer zweiten Reinigungseinrichtung noch eine elektrolytische Entfettung bevor das Metallband in einer ersten Galvanisiereinrichtung mit einer vollständigen Grundplattierung aus einem geeigneten Metall, wie beispielsweise Kupfer, Nickel oder Silber, versehen wird. Das grundplattierte Metallband wird anschließend in einer dritten Reinigungseinrichtung einer Reinwasserreinigung mit Kreislaufwasser unterzogen, das über eine Ionenaustauschereinrichtung geführt wird, und nachfolgend in einer ersten Trocknungseinrichtung getrocknet. Nun wird auf das vollständig vorplattierte, gereinigte und getrocknete Metallband auf die nachstehend anhand von Fig. 2 noch ausführlich beschriebene Art und Weise mit einer erfindungsgemäßen Maskierungseinrichtung mittels eines Tintenstrahls auf die nicht galvanisch zu beschichtenden Oberflächenbereiche eine selektive dielektrische SPINJET-Maskierungs­ schicht aufgebracht (wobei SPINJET kurz für Selective Plating Ink Jet oder selektives Plattieren durch Tintenstrahltechnik steht). Die aufgebrachte dielektrische Maskierungsschicht wird in einer zweiten Trocknungseinrichtung getrocknet, wobei zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses höhere Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius eingestellt werden. Zur Vermeidung unerwünschter Oberflächenverschmutzungen und zur Gewährleistung der erforderlichen hohen Präzision von weniger als 80 Mikrometer, insbesondere sogar weniger als 30 Mikrometer, werden zudem beim Trocknen eventuell frei werdende Bestandteile von einer Absaugeinrichtung abgesaugt. Die nicht maskierten Oberflächenbereiche des Metallbandes werden nun in einer zweiten Galvanisiereinrichtung auf herkömmliche Art und Weise beispielsweise mit Gold, Silber oder Zinn beschichtet oder plattiert. Anschließend wird die aufgebrachte dielektrische Maskierungsbeschichtung in einer nachgeschaltenen Ablöseeinrichtung wieder vollständig abgelöst oder entfernt. Das Ablösen erfolgt hierbei in einer geeigneten wässrigen Lösung mit mikrodispersen Zuschlagsstoffen unter Einwirkung von Ultraschall (US) aus einer zugeordneten Ultraschalleinrichtung, der eine spürbare Beschleunigung des Ablösevorganges bewirkt. In einer vierten und fünften Reinigungseinrichtung wird schließlich eine erneute Reinwasserreinigung mit Kreislaufwasser bzw. eine Heißwasserreinigung durchgeführt, bevor das wunschgemäß selektiv beschichtete Metallband abschließend in einer dritten Trocknungseinrichtung getrocknet wird.

Das erfindungsgemäße Aufbringen der gewünschten selektiven dielektrischen Beschichtung durch die Maskierungseinrichtung in dem genannten dielektrischen Beschichtungsschritt ist in Fig. 2 noch einmal schematisch dargestellt. Das zu beschichtende Metallband 10 wird hierbei mittels einer (nicht dargestellten) Halte- oder Führungseinrichtung mit einer hohen Lagepräzision von weniger als etwa 50 Mikrometer in Pfeilrichtung unter einem über dem Metallband 10 angeordneten Spritz- oder Sprühkopf 12 vorbeigeführt. Die Bandgeschwindigkeit beträgt hierbei etwa 3-10 m/min. Der Spritz- oder Sprühkopf 12 ist zur Erzielung besserer Beschichtungsergebnisse unter einem Winkel von etwa 3 Grad bezüglich der Vertikalen bzw. der Normalen auf das Metallband 10 geneigt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nur ein einziger Spritz- oder Sprühkopf 12 zur Erzeugung eines unterbrechungsfreien breiten Dielektrikumsstreifens 16 verwendet. Es sei jedoch bemerkt, dass je nach Anwendungszweck und gewünschtem Beschichtungs- oder Maskierungsmuster gegebenenfalls auch mehrere hinter- und/oder nebeneinander angeordnete Spritz- oder Sprühkopfe 12 eingesetzt werden können, mit denen nahezu beliebige Maskierungsstrukturen hoher Präzision erzeugbar sind. So können selbstverständlich nicht nur ein oder mehrere durchgehende Maskierungsstreifen 16 aufgebracht werden, sondern selbstvertständlich auch diskontinuierliche Auftragungen oder Spotauftragungen nahezu beliebiger Form.

Durch den Spritz- oder Sprühkopf 12 wird eine MEK-haltige (Methyl-Ethyl-Keton-haltige) pigmentfreie Tinte von oben auf das Metallband 10 gespitzt. Diese Tinte ist für den vorliegenden Anwendungszweck ausreichend abriebfest, schnell genug trocknend und in Säuren, Laugen komplexbildnerhaltigen Elektrolyten sowie bei einem Stromfluß durch das Metall zumindest für die Dauer des nachfolgenden Galvanisiervorgangs, d. h. zumindest für mehrere Minuten, ausreichend beständig. Wie schematisch dargestellt ist, wird diese Tinte in feinen dielektrischen Tröpfchen 14 mit einer engen Tröpfchengrößenverteilung zwischen 3 und 70 Mikrometer und einer für eine flächige Beschichtung geeigneten hohen Tröpfchenauftragsrate von etwa 50.000 pro min von oben auf die Oberfläche des Metallbandes 12 aufgespritzt. Die Tröpfchen 14 werden in dem Spritz- oder Sprühkopf 12 mittels einer (nicht dargestellten) geeigneten Einrichtung elektrisch aufgeladen und mittels eines durch eine angelegte Spannung erzeugten elektrischen Steuerfeldes bedarfsgerecht so gesteuert, dass auf der Metalloberfläche ein durchgehender unterbrechungsfreier breiter Streifen 16 entsteht. Wie in der Auschnittsvergrößerung in dem kleinen Diagramm rechts unten zu erkennen ist, beträgt die Kantenschärfe in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 80 Mikrometer. Es sind jedoch auch höhere Kantenpräzisionen von 30 Mikrometer oder weniger erreichbar.

Die Spritz- oder Sprüheinrichtung 12 führt - wie jeder Schreibkopf eines Tintenstrahldruckers auch - in bestimmten Zeitabständen eine Eigenüberprüfung oder ein sogenanntes Facing durch, bei dem der Tintenstrahl kurzzeitig aussetzt, so dass der Beschichtungsvorgang unterbrochen und der Streifen 16 nicht durchgehend aufgetragen wird. Zu Beginn einer solchen Eigenüberprüfung sendet die Spritz- oder Sprüheinrichtung 12 automatisch jeweils ein Signal aus, das von einer (nicht dargestellten) zugeordneten Steuerungseinrichtung erfasst wird. Entsprechend wird auch das Ende der Eigenüberprüfung und die erneute Spritz- oder Sprühbereitschaft des Tintenstrahlkopfes 12 registriert. Zudem wird mittels einer (nicht dargestellten) Meßeinrichtung die aktuelle Bandgeschwindigkeit des Metallbandes gemessen und über eine Messleitung ebenfalls an die Steuerungseinrichtung übermittelt. Diese bestimmt nun anhand der bekannten Dauer des Eigenüberprüfungsvorganges bzw. der zeitlichen Unterbrechung des Beschichtungsvorganges und der ermittelten aktuellen Bandgeschwindigkeit den zwischenzeitlich erfolgten Vorschub des Metallbandes bzw. die Unterbrechungslänge der dielektrischen Beschichtung und setzt die Spritz- oder Sprüheinrichtung zur Kompensation dieses Vorganges mit einer hohen Präzision von weniger als etwa 50 Mikrometer parallel zur Metalloberfläche zumindest bis zum Ende des bereits vorliegenden Beschichtungsstreifens, insbesondere jedoch sicherheitshalber noch geringfügig weiter zurück, so dass beim anschließenden Weiterverfahren der nun überprüften Spritz- oder Sprüheinrichtung auch der zuvor noch nicht beschichtete Oberflächenbereich ordnungsgemäß überspritzt oder beschichtet wird und ein durchgehender Beschichtungsstreifen entsteht. Alternativ hierzu kann das Metallband aber auch über eine (nicht dargestellte Wippeinrichtung) entsprechend weit automatisch zurückgesetzt werden, um das kurzfristige Aussetzen des Tintenstrahls im Rahmen einer Eigenüberprüfung oder bei einer sonstigen Unterbrechung zu kompensieren.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren ist beispielsweise zur Herstellung von Leiterplattenkontakten, zur Beschichtung halbleitergestanzter Bauelemente mit hoher Kantentoleranz oder auch zur Innenbeschichtung von Schwalbenschwanzkontakten einsetzbar. Das letztgenannte Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand von Fig. 3 verdeutlicht, die auf der rechten Seite in teilweiser weggebrochener Darstellung die Spitze eines Schalbenschwanzkontaktes 18 mit einem eingeführten Gegenkontakt 20 zeigt. wobei die beiden Kontakte 18, 20 im wesentlichen nur an ihren Kontaktstellen 18a bzw. 20a selektiv plattiert sind. Zur Erzeugung dieser stark selektiven materialsparenden Plattierung des Schwalbenschwanzkontaktes 18 wurde dieser in zwei erfindungsgemäßen Beschichtungsvorgängen von neben bis auf die beiden Innenkontaktstellen 18a zunächst dielektrisch beschichtet und anschließend an den nicht beschichteten Stellen durch ein herkömmliches Galvanisierverfahren galvanisch veredelt. Die Präzision bei der dargestellten erfindungsgemäßen galvanischen Innenbeschichtung eines Schwalbenschwanzkontaktes 18 ist mit keinem herkömmlichen Verfahren erreichbar. Die linke Darstellung in Fig. 3 zeigt noch einmal zwei zugeordnete Steckverbinder mit einer Vielzahl entsprechender Kontakte 18 bzw. 20.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren wurde vorliegend anhand anhand einer selektiven Bandgalvanisierung beispielhaft dargestellt. Der Vollständigkeit halber sei jedoch bemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch zur Beschichtung anderer Metalloberflächen mit Erfolg einsetzbar ist. So ist beispielsweise auch eine quasikontinuierliche Beschichtung einzelner Metallteile möglich.

Claims (46)

1. Verfahren zum selektiven galvanischen Beschichten von Metalloberflächen, insbesondere bei flachen, flachgestanzten oder formgestanzten Metallbändern, durch:
berührungsloses Aufbringen eines flüssigen Dielektrikums zum Maskieren nicht zu beschichtender Oberflächenbereiche; und
Galvanisieren der nicht maskierten Oberflächenbereiche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dielektrikum in Tröpfchen mit einer im wesentlichen gleichen Tröpfchengröße zwischen 3 und 70 Mikrometer und mit einer Konturenschärfe kleiner gleich 80 Mikrometer aufgebracht wird, wobei die Tröpfchen zunächst elektrisch aufgeladen und dann beim Aufbringen durch ein elektrisches Feld bedarfsgerecht gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Dielektrikums vor dem Aufbringen kontrolliert und bei Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert auf diesen Sollwert eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum mit einer so hohen Tröpfchenauftragsrate aufgebracht wird, dass flächige Maskierungen herstellbar sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchenauftragsrate 40.000-60.000 pro min beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum in zumindest einem durchgehenden unterbrechungsfreien Streifen und/oder diskontinuierlich aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum nach dem Auftragen kurzzeitig einer erhöhten Temperatur von maximal 200 Grad Celsius ausgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Trocknen des Dielektrikums frei werdende Bestandteile abgesaugt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein schnelltrocknendes Dielektrikum verwendet wird, das innerhalb von Sekunden auf der Metalloberfläche trocknet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dielektrikum verwendet wird, das zumindest für mehrere Minuten in Säuren, Laugen und komplexbildnerhaltigen Elektrolyten und bei einem Stromfluß durch das Metall beständig ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Dielektrikum eine MEK-haltige (Methyl-Ethyl-Keton-haltige) pigmentfreie Tinte verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum durch eine Spritz- oder Sprüheinrichtung auf die zu beschichtende Metalloberfläche aufgespritzt oder aufgesprüht wird, die unter einem bestimmten Winkel bezüglich der Normalen auf die Metalloberfläche geneigt ist.

12. Verfahren Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel 1-10 Grad beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum von oben auf die Metalloberfläche aufgespritzt oder aufgesprüht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung mit hoher Präzision parallel zur Metalloberfläche verfahren wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese Parallelbewegung mit einer Genauigkeit von weniger als 50 Mikrometer erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung nach einem kurzzeitigen Aussetzen zur Kompensation einer zwischenzeitlichen Metallbewegung automatisch zurückverfahren wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bei feststehender Spritz- oder Sprüheinrichtung durch eine Wippeinrichtung zurückbewegt wird, um ein kurzzeitigen Aussetzen der Spritz- oder Sprüheinrichtung zu kompensieren.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spritz- oder Sprüheinrichtung mit mehreren neben- und/oder hintereinander angeordneten Spritz- bzw. Sprühköpfen verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche vor dem Aufbringen des Dielektrikums gereinigt und getrocknet wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall mit einer Lagepräzision von weniger als 50 Mikrometer positioniert oder geführt wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegtes Metallband beschichtet wird, dessen Geschwindigkeit 3-10 m/min beträgt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Metallbandes bestimmt und an eine Steuerungseinrichtung weitergeleitet wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte Dielektrikum nach erfolgter Galvanisierung in wässriger Lösung rückstandsfrei entfernt wird.

24. Verfahren Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Lösung verwendet wird, durch die die Metalloberfläche und ihre galvanische Beschichtung chemisch nicht angegriffen werden.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum beim Ablösen mit Ultraschall beaufschlagt wird.

26. Galvanisierungssystem zum selektiven galvanischen Beschichten von Metalloberflächen insbesondere bei flachen, flachgestanzten oder formgestanzten Metallbändern, mit:
einer Halte- oder Führungseinrichtung für ein zu beschichtendes Metall;
einer Maskierungseinrichtung zum Maskieren der nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche;
einer Galvanisiereinrichtung zum Galvanisieren der nicht maskierten Oberflächenbereiche; und
einer Steuerungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Maskierungseinrichtung eine Spritz- oder Sprüheinrichtung für ein flüssiges Dielektrikum umfasst, die so ausgebildet ist, dass das Dielektrikum in Tröpfchen mit einer im wesentlichen gleichen Tröpfchengröße zwischen 3 und 70 Mikrometer und einer Konturenschärfe kleiner gleich 80 Mikrometer aufspritzbar ist oder aufgespritzt wird, und
dass die Maskierungseinrichtung eine Einrichtung zum elektrischen Aufladen der Tröpfchen und eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuerfeldes für die Tröpfchen umfasst.

27. Galvanisierungssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungseinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung und Einstellung der Viskosität des Dielektrikums umfasst.

28. Galvanisierungssystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung für hohe Tröpfchenauftragsraten zur Erzeugung eines flächenmäßigen Dielektrikumsauftrags ausgelegt ist.

29. Galvanisierungssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Tröpfchenauftragsrate 40.000-60.000 beträgt.

30. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-29, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung so ansteuerbar ist oder angesteuert wird, dass das Dielektrikum in zumindest einem durchgehend unterbrechungsfreien Streifen und/oder diskontinuierlich aufgetragen wird.

31. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-30, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung unter einem bestimmten Winkel bezüglich der Normalen auf eine zu beschichtende Metalloberfläche geneigt ist.

32. Galvanisierungssystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel 1-10 Grad beträgt.

33. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-32, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung mit hoher Präzision parallel zur Metalloberfläche verfahrbar ist oder verfahren wird.

34. Galvanisierungssystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzision besser ist als 50 Mikrometer.

35. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-34, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung so ausgelegt ist, dass eine kurzzeitige Unterbrechung eines Beschichtungsvorgangs erfasst und durch automatisches Zurückverfahren der Spritz- oder Sprüheinrichtung kompensiert wird.

36. Galvanisierungssystem nach nach einem der Ansprüche 26-35, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung oberhalb der Halte- oder Führungseinrichtung angeordnet ist.

37. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-36, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritz- oder Sprüheinrichtung mehrere neben- und/oder hintereinander angeordnete Spritz- bzw. Sprühköpfe umfasst.

38. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-37, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- oder Führungseinrichtung zu beschichtendes Metall mit einer Lagepräzision von weniger als 50 Mikrometer hält oder führt.

39. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-38, dadurch gekennzeichnet, dass zu beschichtendes Metall durch die Halte- oder Führungseinrichtung mit einer Geschwindigkeit von 3-10 m/min bewegt wird oder bewegbar ist.

40. Galvanisierungssystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte- oder Führungseinrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Metalls zugeordnet ist.

41. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-40, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- oder Führungseinrichtung eine Wippeinrichtung zum automatischen Zurücksetzen des Metalls umfasst.

42. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-41, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskierungseinrichtung eine erste Reinigungs- und Trocknungseinrichtung für zu beschichtendes Metall vorgeschaltet ist.

43. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-42, dadurch gekennzeichnet, dass der Maskierungseinrichtung eine zweite Trocknungseinrichtung zur Erzeugung einer erhöhten Temperatur von maximal 200 Grad Celsius nachgeschaltet ist.

44. Galvanisierungssystem nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trocknungseinrichtung eine Absaugeinrichtung umfasst.

45. Galvanisierungssystem nach einem der Ansprüche 26-44, dadurch gekennzeichnet, dass der Galvanisiereinrichtung eine Ablöseeinrichtung für aufgebrachtes Dielektrikum nachgeschaltet ist.

46. Galvanisierungssystem nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseeinrichtung eine Ultraschalleinrichtung umfasst.