DE102012017058A1 - Low-turbulence flow chemical coating unit for coating printed circuit board, has coating module which is provided with propeller device which moves and transports coating material with low-turbulence flow - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Anlagen zur nichtelektrochemischen (d. h. also: zur chemischen) Beschichtung von Substraten, insbesondere Leiterplatten, mit Veredelungsschichten, die Metalle oder Metalloxide und gegebenenfalls weitere Bestandteile wie intrinsisch leitfähige Polymere umfassen, sowie Beschichtungsverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlagen.The present invention relates to systems for the non-electrochemical (ie chemical) coating of substrates, in particular printed circuit boards, with finishing layers which comprise metals or metal oxides and optionally further constituents such as intrinsically conductive polymers, and also coating methods using the systems according to the invention.
Derartige Veredelungsschichten werden mit chemischen Verfahren abgeschieden, zumeist oxidativ oder reduktiv, indem entweder auf dem zu beschichtenden Substrat vorher eine reaktive Schicht aufgebracht wird, die mit dem abzuscheidenden Stoff (Metall, Metalloxid) in seiner gelösten oder dispergierten Form in einem Beschichtungsbad (Abscheidebad) reagiert und so den Stoff abscheidet, oder indem es mit einem Stoff, der Bestandteil des zu beschichtenden Substrats ist, direkt reagiert, diesen herauslöst und sich im Gegenzug der gewünschte Stoff (bzw. das Stoffgemisch), das die Veredlungsschicht bildet, abscheidet (Austauschreaktion, die zumeist in Form einer Redox-Reaktion verläuft). Ein Anwendungsgebiet ist das Aufbringen derartiger Schichten auf Leiterplatten.Such finishing layers are deposited by chemical methods, usually oxidatively or reductively, by applying either on the substrate to be coated beforehand a reactive layer which reacts with the substance to be deposited (metal, metal oxide) in its dissolved or dispersed form in a coating bath (deposition bath) and thus separates the substance, or by directly reacting with a substance that is part of the substrate to be coated, this dissolves and in turn the desired substance (or the mixture of substances) that forms the finishing layer, deposits (exchange reaction, the mostly in the form of a redox reaction). One field of application is the application of such layers to printed circuit boards.
Verfahren wie vorstehend beschrieben werden in der Regel in Beschichtungsanlagen durchgeführt, die ein oder mehrere Vorratsgefäße (Tanks) für die Beschichtungsmaterialien und ein oder mehrere Beschichtungsmodule aufweisen, in denen die Beschichtung der Substrate erfolgt, z. B. in Abscheidebädern, in denen die zu beschichtenden Substrate wie Leiterplatten in geeigneten Haltevorrichtungen angeordnet sind. Derartige Anlagen sind dem Fachmann an sich bekannt.Processes as described above are generally carried out in coating plants which have one or more storage vessels (tanks) for the coating materials and one or more coating modules in which the coating of the substrates takes place, for. B. in deposition baths, in which the substrates to be coated such as printed circuit boards are arranged in suitable holding devices. Such systems are known per se to those skilled in the art.
Für solche chemischen Beschichtungsreaktionen ist es entscheidend, dass sowohl die Konzentrationen der beteiligten Stoffe innerhalb des Beschichtungsbades, insbesondere an der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates, als auch die Temperatur des Bades, insbesondere an der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates, im Rahmen enger Toleranzen gleich sind.For such chemical coating reactions, it is crucial that both the concentrations of the substances involved within the coating bath, in particular on the surface of the substrate to be coated, and the temperature of the bath, in particular on the surface of the substrate to be coated, are equal within narrow tolerances ,
Diese Anforderungen gelten für Beschichtungsanlagen, die vertikal ausgelegt sind und deren Beschichtungsprozess diskontinuierlich ist. Bei derartigen Anlagen werden die zu beschichtenden Substrate zumeist durch Hub- und Transporteinrichtungen wie Kräne von einem zu einem anderen Beschichtungsbecken gemäß der Abfolge der Beschichtungsbäder transportiert und jeweils für die vorgesehene Zeit im jeweiligen Bad belassen. Die obigen Anforderungen gelten ferner für kontinuierlich arbeitende sogenannte Horizontalanlagen, die aber nur für planare Substrate geeignet sind.These requirements apply to coating systems that are designed vertically and whose coating process is discontinuous. In such systems, the substrates to be coated are usually transported by lifting and transport devices such as cranes from one to another coating tank according to the sequence of coating baths and each left for the intended time in each bath. The above requirements also apply to continuous so-called horizontal systems, which are only suitable for planar substrates.
In beiden der obigen Fälle werden die Flüssigkeiten durch außerhalb von Vorratstanks angeordnete Pumpen, die mit Rohren oder Schläuchen mit dem Tankinneren verbunden sind, bewegt. Man muss durch die Auslegung der Flüssigkeitszufuhr dafür sorgen, dass die Substrate und die Heizungsvorrichtungen, die meistens in den Tanks, bei Horizontalanlagen im sogenannten „Sumpf”, also unterhalb der aktiven Beschichtungsmodule, angeordnet sind, von wo aus „nach oben” gepumpt wird, ausreichend gut und gleichmäßig umspült sind.In both of the above cases, the liquids are moved by pumps located outside of storage tanks, which are connected by pipes or hoses to the tank interior. It must be ensured by the design of the liquid supply that the substrates and the heating devices, which are usually in the tanks, arranged in horizontal systems in the so-called "swamp", ie below the active coating modules, from where "pumped up", are sufficiently well and evenly rinsed.
In Horizontalanlagen gewährleistet man die gewünschte Umspülung durch spezielle Flüssigkeitszufuhrelemente, sogenannte „flow bars”, mit denen die Flüssigkeit über die gesamte aktive Breite des jeweiligen Beschichtungsmoduls der Anlage gleichmäßig an die horizontal durchlaufenden Substrate, wie insbesondere Leiterplatten geführt wird. Mit aktiver Breite ist die Breite innerhalb eines Beschichtungsmoduls der Anlage gemeint, die maximal mit Substraten belegt werden kann. Bei den Flüssigkeitszufuhrelementen („flow bars”) kann es sich um Düsen bzw. düsenähnliche Elemente handeln, durch die Flüssigkeit (die die Beschichtungsmaterialien enthält) durch die Anlage geleitet wird und die dazu dienen, in einem Beschichtungsmodul die Beschichtungsmaterialien enthaltende Flüssigkeit auf geeignete Weise mit den zu beschichtenden Substraten in Kontakt zu bringen, z. B. in Richtung der Oberseite oder der Unterseite der Substrate, wie insbesondere Leiterplatten.In horizontal systems ensures the desired rinsing by special liquid feed elements, so-called "flow bars", with which the liquid over the entire active width of the respective coating module of the system evenly to the horizontally continuous substrates, in particular printed circuit boards is performed. With active width is meant the width within a coating module of the plant, which can be occupied with substrates as much as possible. The "flow bars" may be nozzles or nozzle-like elements through which liquid (containing the coating materials) is passed through the equipment and which serves to suitably contain the liquid containing coating materials in a coating module to bring the substrates to be coated in contact, for. B. in the direction of the top or the bottom of the substrates, in particular printed circuit boards.
Zu obigem Zweck werden die flow bars durch Pumpen mit Flüssigkeit druckvoll befüllt. Die Pumpen müssen einerseits genug Druck aufbauen und genügend Flüssigkeit transportieren, um die gewünschte Umspülung sicher zu stellen. Andererseits müssen sie in vielen Fällen gegenüber aggressiven Chemikalien stabil sein.For the above purpose, the flow bars are filled with pressure by pumps with liquid. On the one hand, the pumps have to build up enough pressure and transport enough liquid to ensure the desired rinsing. On the other hand, in many cases they must be stable to aggressive chemicals.
Als Pumpen kommen vor allem Kreiselpumpen in Frage, da sie genügend Druck aufbauen und ausreichend viel Flüssigkeit pro Zeiteinheit transportieren können.Centrifugal pumps are the most suitable pumps because they can build up enough pressure and transport enough liquid per unit of time.
Axialpumpen sind zumeist nicht geeignet, da sie eine zu geringe Strömung aufbauen, ebenso Schlauch- oder Membranpumpen.Axial pumps are usually not suitable because they build too low a flow, as well as hose or diaphragm pumps.
In manchen Fällen entwickeln sich durch die Verwendung von Kreiselpumpen Nachteile, vor allem bei der Abnutzung der Pumpengehäuse und der Schaufeln der Laufräder aufgrund turbulenzbedingter Kavitation, was zu Unregelmäßigkeiten in der Flüssigkeitsförderung und Umströmung von Heizvorrichtungen und Substraten führen kann, aber auch zu einer Beeinträchtigung der Eigenschaften der Flüssigkeiten selbst durch Turbulenz und Kavitation.In some cases, the use of centrifugal pumps has disadvantages, especially in the wear of the pump housings and the blades of the impellers due to turbulence-induced cavitation, which can lead to irregularities in the liquid delivery and flow around heaters and substrates, but also to a deterioration of the properties the fluids themselves through turbulence and cavitation.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Beschichtungsanlage zur Verfügung zu stellen, insbesondere für die Beschichtung von Leiterplatten, die die obigen Nachteile vermeidet und insbesondere Pumpen der vorstehenden Art durch andere Vorrichtungen zu ersetzt, die eine möglichst turbulenz- und kavitationsfreie Strömung erzeugen. The present invention is therefore based on the object to provide a coating system available, in particular for the coating of printed circuit boards, which avoids the above drawbacks and in particular pumps of the above type replaced by other devices that produce a turbulence as possible and cavitation-free flow ,
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit Propellervorrichtungen bzw. propeller-ähnlichen Vorrichtungen, die erfindungsgemäß auch als Mischflügel bzw. Mischpropeller bezeichnet werden, und die in Vorratsgefäßen (Tanks) und/oder Beschichtungsmodulen der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlagen. angeordnet werden, trotz hoher Drehzahlen Turbulenz weitgehend vermieden werden kann und dennoch eine ausreichende Umströmung der zu beschichtenden Substrate und der Heizvorrichtungen (auch Heizelemente oder Heizungsmodule genannt) erreicht wird. Der Nachteil von Axialpumpen, eine zu schwache Strömung aufzubauen, wird hierdurch überraschenderweise aufgehoben, ohne dass schädliche Turbulenz oder Kavitation erzeugt wird.Surprisingly, it has been found that with propeller devices or propeller-like devices, which are also referred to as mixing blades or mixing propellers according to the invention, and in the storage vessels (tanks) and / or coating modules of the coating systems according to the invention. can be arranged, despite high speeds turbulence can be largely avoided and yet sufficient flow around the substrates to be coated and the heating devices (also heating elements or heating modules called) is achieved. The disadvantage of axial pumps to build up a flow that is too weak is thereby surprisingly canceled, without damaging turbulence or cavitation being generated.
Propeller im Sinne der vorliegenden Erfindung sind hydrodynamische Strömungsarbeitsmaschinen zur Erzeugung eines Vortriebs (siehe z. B. die Definition in
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Je nach Auslegung der Tanks und Module (Länge, Breite, Tiefe, Gesamtvolumen) wird die Größe (Durchmesser) der Mischflügel (Mischpropeller), ihre Anzahl pro Tank bzw. Modul und ihre Anordnung und Drehrichtung bestimmt. Dies kann für die unterschiedlichen Beschichtungsaufgaben wie Metallisierung wie z. B. Verkupferung, Verzinnung, Abscheidung von Silber, Beschichtung mit Metalloxiden sehr verschieden ausfallen. Für alle ist aber erfindungsgemäß kennzeichnend, dass sich an der Oberfläche der Module unregelmäßig verlaufende Wellen ausbilden, ohne große stabile Strudel zu bilden. Ebenso ist charakteristisch, dass sich die Wellenbilder ändern, sich also keine stehenden Wellen ausbilden.Depending on the design of the tanks and modules (length, width, depth, total volume), the size (diameter) of the mixing blades (mixing propellers), their number per tank or module and their arrangement and direction of rotation are determined. This can for the different coating tasks such as metallization such. B. copper plating, tinning, deposition of silver, coating with metal oxides very different. However, for all according to the invention is characteristic that form on the surface of the modules irregularly extending waves without forming large stable vortex. It is also characteristic that the wave patterns change, so that no standing waves form.
Kurzzeitig auftretende kleine Strudel sind problemlos, während größere, stabile Strudel auf Turbulenz und Kavitation am Mischflügel (Mischpropeller) und auf eine falsche Position oder falsche Drehrichtung hinweisen. Dann ist es erforderlich, die Drehrichtung der Propeller und/oder die Position so zu ändern, dass die Strudel beseitigt werden.Short-term small whirlpools are problem-free, while larger, stable whirlpools point to turbulence and cavitation on the mixing blade (mixing propeller) and an incorrect position or wrong direction of rotation. Then it is necessary to change the direction of rotation of the propellers and / or the position so that the vortexes are eliminated.
Vorzugsweise werden die Mischflügel (Mischpropeller) nach strömungstheoretischen Erkenntnissen (Fluiddynamik) und praktischen Erfahrungen optimal ausgelegt, so dass Turbulenz und Kavität weitestgehend vermieten werden können. Ein Beispiel zeigt
Insbesondere kann jeder Tank bzw. jedes Modul eine oder mehrere Propellervorrichtungen aufweisen.In particular, each tank or module may have one or more propeller devices.
Die Anlage kann auch so ausgelegt sein, dass eine räumliche Trennung zwischen separaten Vorratsgefäßen (Tanks) und Beschichtungsmodulen entfällt.The system can also be designed so that a spatial separation between separate storage vessels (tanks) and coating modules is eliminated.
Die Mischpropeller können wahlweise, je nach den praktischen Anforderungen, von oben in die Tanks bzw. Beschichtungsanlagenmodule eingeführt werden, wobei die Antriebseinheiten(-motoren) dann über den Tanks bzw. Modulen angeordnet sind.Depending on the practical requirements, the mixing propellers can optionally be introduced from above into the tanks or coating system modules, the drive units (motors) then being arranged above the tanks or modules.
Alternativ können die Mischflügel (Mischpropeller) auch von der Seite durch die Tank-/Modulwandungen hindurch eingeführt werden, wobei dann die jeweilige Durchführung mit geeigneten O-Ringen abgedichtet wird.Alternatively, the mixing blades (mixing propellers) can also be introduced from the side through the tank / Modulwandungen, in which case the respective implementation is sealed with suitable O-rings.
Ebenso ist es möglich, die Propeller innerhalb der Tanks und/oder Beschichtungsmodule anzuordnen ohne sie mittels Achsen mit einem Motor zu verbinden, sondern sie ohne mechanische Verbindung anzutreiben, z. B. durch außerhalb der Beschichtungsmodule bzw. Tanks angebrachte sich drehende Magnete (wie sie in kleinem Maßstab in Labors als Magnetrührer eingesetzt werden), wozu dann der innen rotierende Propeller ein entsprechendes magnetisches Bauteil, z. B. einen Stabmagnet aufweist. Die Kraftübertragung erfolgt in diesem Fall also z. B. über ein in das Modul bzw. Vorratsgefäß hinein wirkendes Feld.It is also possible to arrange the propellers within the tanks and / or coating modules without connecting them by means of axes with a motor, but to drive them without mechanical connection, for. B. by outside the coating modules or tanks mounted rotating magnets (as they are used in small scale in laboratories as a magnetic stirrer), what then the inside rotating propeller, a corresponding magnetic component, eg. B. has a bar magnet. The power transmission takes place in this case so z. B. over an acting in the module or storage vessel in the field.
Das überraschende Ergebnis bei einer so ausgelegten erfindungsgemäßen Anlage ist, dass die Beschichtungsergebnisse in kritischen bzw. sensiblen Beschichtungsverfahren stabil gut sind. So konnte bei der Beschichtung von Leiterplatten mit dem als „Chemisch Zinn” bekannten Verfahren gemäß der
Ferner konnten bei der Beschichtung von Leiterplatten mit einer nanoskopischen Beschichtung gemäß der Lehre der
Ein weiterer erfindungsgemäßer Effekt ist, dass die Beschichtungsanlagen, insbesondere Horizontalanlagen, wesentlich kompakter und somit kostensparender ausgelegt werden können. Die Bereitstellung von Heizungsmodulen (sogenannter „Sumpf”), die mit den eigentlichen Beschichtungsmodulen durch komplizierte Verrohrungen und flow bars verbunden werden, kann entfallen.A further effect according to the invention is that the coating installations, in particular horizontal installations, can be designed to be much more compact and thus cost-saving. The provision of heating modules (so-called "sump"), which are connected to the actual coating modules through complicated piping and flow bars, can be omitted.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2008/031492 [0025] WO 2008/031492 [0025]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 22. Auflage, Springer 2007 [0014] Dubbel, Paperback for Mechanical Engineering, 22nd Edition, Springer 2007 [0014]
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Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |