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Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leiterplattenherstellung unter Bearbeitung eines Substrats, das eine Trägerschicht aus einem elektrisch isolierenden Material und eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist.
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Eine Leiterplatte (englisch: printed circuit board, kurz PCB) dient als Träger für elektronische Bauteile und gewährleistet deren elektrische Kontaktierung. Nahezu jedes elektronische Gerät enthält eine oder mehrere Leiterplatten.
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Leiterplatten umfassen eine flache Trägerschicht mit einer Vorder- und einer Rückseite, die aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, sowie auf der Trägerschicht befindliche Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Bauteile. Als isolierendes Material können beispielsweise faserverstärkter Kunststoff, Kunststofffolien oder Hartpapier dienen. Die Leiterbahnen bestehen üblicherweise aus einem Metall.
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Im einfachsten Fall ist lediglich eine Seite der Trägerschicht mit Leiterbahnen versehen. Für komplexere Schaltungen wird allerdings häufig mehr als eine Leiterbahnebene benötigt. In diesen Fällen können beide Seiten einer Trägerschicht mit Leiterbahnen versehen sein. Die Leiterbahnen der zwei Leiterbahnebenen sind dann meist über Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden. Hierzu können beispielsweise in die Trägerschicht Löcher gebohrt und die Bohrlochwandungen metallisiert werden.
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Als Ausgangssubstrat dient bei der Leiterplattenherstellung ein Substrat, das neben der erwähnten Trägerschicht aus dem elektrisch isolierenden Material eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist, aus der die Leiterbahnen gebildet werden. Dies geschieht in einem mehrstufigen fotolithografischen Prozess unter Einsatz eines Fotolacks (engl.: photoresist), dessen Löslichkeit in einer Entwicklerlösung mittels Strahlung, insbesondere mittels UV-Strahlung, beeinflusst werden kann.
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Bei einer üblichen Vorgehensweise zur Bildung der Leiterbahnen wird die elektrisch leitende Schicht des Ausgangsmaterials mit einer Schicht aus dem Fotolack abgedeckt. Die Schicht aus dem Fotolack kann beispielsweise auf die elektrisch leitende Schicht des Ausgangsmaterials auflaminiert werden. Anschließend wird die Schicht aus dem Fotolack in einem Belichtungsschritt der erwähnten Strahlung ausgesetzt, wobei Teilbereiche der Schicht mittels einer Belichtungsmaske vor einer Strahlungsexposition geschützt werden. In Abhängigkeit des verwendeten Fotolacks und der verwendeten Entwicklerlösung sind nach dem Belichtungsschritt entweder die belichteten oder die unbelichteten Teilbereiche der Schicht aus dem Fotolack in der Entwicklerlösung löslich und können in einem Folgeschritt entfernt werden. Bei diesem Folgeschritt, dem Entwicklungsschritt, werden Teilbereiche der elektrisch leitenden Schicht des Ausgangsmaterials freigelegt, die in einem weiteren Folgeschritt, einem Ätzschritt, nasschemisch entfernt werden können. Die verbleibenden Reste der elektrisch leitenden Schicht bilden die gewünschte Leiterbahnstruktur. Gegebenenfalls kann diese freigelegt und - beispielsweise durch galvanische Abscheidung eines geeigneten Metalls - in einem Abscheidungsschritt noch verstärkt werden.
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Nach jeder chemischen Behandlung wird das Substrat in der Regel in einem Spülschritt mit einem Spülmedium, beispielsweise hochreinem, deionisiertem Wasser, behandelt. Gegebenenfalls folgt auf den Spülschritt ein Trockenschritt, bevor das Substrat dem nächsten Bearbeitungsschritt unterworfen wird.
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Die mehrstufigen fotolithografischen Prozesse sowie insbesondere auch die sich an den Entwicklungsschritt anschließenden Ätz-, Spül- und Abscheidungsschritte können grundsätzlich entweder im Rahmen eines Batch-Verfahrens oder im Rahmen eines Inline-Verfahrens durchgeführt werden.
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Beim Batch-Verfahren wird das zu bearbeitende Substrat nacheinander in mehreren Becken behandelt, die jeweils unterschiedliche chemische Behandlungsmedien enthalten. Das Substrat kann gegebenenfalls automatisiert von einem in das nächste Becken überführt werden, während der einzelnen Behandlungen wird seine Position in der Regel aber nicht verändert. Es bewegt sich somit nicht kontinuierlich entlang einer Prozesslinie.
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Einen strafferen zeitlichen Ablauf gewährleisten hingegen Inline-Verfahren. Bei diesen wird das zu bearbeitende Substrat im Wesentlichen kontinuierlich entlang einer Prozesslinie bewegt. Inline-Verfahren werden daher oft auch als Durchlaufverfahren bezeichnet. In den meisten Fällen wird es fließbandartig über ein Rollenfeld befördert, wobei es in aufeinanderfolgenden, nicht streng voneinander abgegrenzten Behandlungsabschnitten der Prozesslinie variablen chemischen und physikalischen Bedingungen ausgesetzt wird, ohne dabei das Rollenfeld verlassen zu müssen. Ein Beispiel eines solchen Abschnitts ist in
2 der
DE 10 2005 011 298 A1 dargestellt. Es ist allerdings auch möglich, das Substrat in einer Halteeinrichtung zu fixieren und die Halteeinrichtung entlang der Prozesslinie zu bewegen. Ein Rollenfeld ist in diesem Fall nicht zwingend erforderlich.
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Aus der
DE 10 2009 049 905 A1 ist eine hierfür geeignete Halteeinrichtung bekannt. Die Halteeinrichtung umfasst einen rechteckigen Rahmen, in dem die Leiterplatten fixiert werden können. An zwei außen liegenden Längsseiten des Rahmens sind Transportschlitten angeordnet, mittels derer die Halteeinrichtung entlang der Prozesslinie transportiert werden kann, wobei Behandlungsabschnitte durchlaufen werden, in denen Reinigungs- oder Ätzschritte oder gegebenenfalls auch Beschichtungen durch Abscheidung von Metallen durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer solchen Halteeinrichtung bei der Herstellung sehr dünner Leiterplatten.
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Inline-Verfahren haben gegenüber Batch-Verfahren den großen Vorteil, dass ein Austausch von verbrauchten Behandlungs- und Spülmedien ohne Probleme kontinuierlich und ohne Verfahrensunterbrechung erfolgen kann. Es gibt allerdings auch Nachteile. Bedingt durch die lineare Verfahrensführung passiert das zu bearbeitende Substrat Einrichtungen, beispielsweise Düsen, mit denen das Substrat mit einer Ätzflüssigkeit besprüht wird, entlang der Prozesslinie exakt einmal. Um das gewünschte Ätzergebnis zu erzielen, müssen in vielen Fällen sehr viele Düsen installiert werden, die nacheinander von dem Substrat passiert werden, was Ätzeinrichtungen und damit ausgestattete Prozesslinien sehr stark verteuern kann. Eine Drosselung der Geschwindigkeit, mit der das Substrat die Düsen passiert, wäre eine denkbare Alternative. Gerade bei Ätz- und Entwicklungsschritten, die in einer Prozesslinie oft ohnehin einen Flaschenhals darstellen, ist dies aber keine zweckmäßige Maßnahme.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Vorgehensweise zur Leiterplattenherstellung bereitzustellen, die sich insbesondere durch Verbesserungen bei Ätz- und Entwicklungsschritten auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung das Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen, die Vorrichtung mit den in Anspruch 7 genannten Merkmalen und die Anlage mit den in Anspruch 14 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Leiterplattenherstellung. Hierbei kommt es zur Bearbeitung eines Substrats, das eine Trägerschicht aus einem elektrisch isolierenden Material und eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist (im Folgenden auch als Leiterplattensubstrat bezeichnet). Die Bearbeitung des Substrats umfasst dabei einige oder alle der folgenden Bearbeitungsschritte:
- - Chemische oder elektrische Aufbringung metallischer Schichten auf das Substrat in einem Metallisierungsschritt
- - Einbringen von Bohrungen in das Substrat in einem Bohrschritt
- - Durchkontaktieren der in das Substrat eingebrachten Bohrungen in einem Kontaktierungsschritt
- - Aufbringen einer Schicht aus einem Fotolack auf die elektrisch leitende Schicht in einem Abdeckschritt
- - Belichten des Fotolacks unter Verwendung einer Belichtungsmaske in einem Belichtungsschritt
- - Entfernen belichteter oder unbelichteter Bereiche der Schicht aus dem Fotolack unter bereichsweiser Freilegung der elektrisch leitenden Schicht in einem Entwicklungsschritt
- - Entfernen der freigelegten Bereiche der elektrisch leitenden Schicht in einem Ätzschritt
- - Reinigen des Substrats in einem Spülschritt
- - Trocknen des Substrats in einem Trocknungsschritt,
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Gegebenenfalls kann das Verfahren noch weitere, hier nicht aufgeführte Bearbeitungsschritte umfassen. Manche der angeführten Schritte können auch wiederholt erfolgen, beispielsweise der Spülschritt und der Trocknungsschritt, die sich beispielsweise sowohl an den Entwicklungsschritt als auch an den Ätzschritt anschließen können.
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Im Umfang der erstgenannten Schritte, insbesondere des Bohrschritts, des Kontaktierungsschritts, des Abdeckschritts und des Belichtungsschritts, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht von bekannten Verfahren. Unterschiede können sich jedoch im Hinblick auf den Entwicklungsschritt, den Ätzschritt oder sogar beide Schritte ergeben. Weiterhin können sich auch Unterschiede in Bezug auf den Spülschritt und/oder den Trocknungsschritt ergeben.
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Besonders zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass das Substrat zur Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts in Rotation versetzt und eine Entwicklerlösung und/oder eine Ätzflüssigkeit mittels mindestens einer Düse auf das rotierende Substrat aufgebracht wird. Kurzum, es können sowohl der Entwicklungsschritt als auch der Ätzschritt als auch beide Schritte mit einem rotierenden Substrat durchgeführt werden.
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Diese Vorgehensweise bringt eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich. Bedingt durch die Rotation passieren einzelne Bereiche des Substrats den Wirkungsbereich der Düse nicht nur einmal sondern mehrfach. Die verwendete Düse lässt sich somit effizienter einsetzen als die Düsen bei der eingangs diskutierten linearen Verfahrensführung. Zur Erzielung des gleichen Verfahrensergebnisses werden konsequenterweise sehr viel weniger Düsen benötigt, was wiederum die Verwendung sehr hochwertiger, teurer Düsen wirtschaftlich darstellbar werden lässt. Eine Modifikation der verwendeten Ätzflüssigkeiten und Entwicklerlösungen ist nicht erforderlich, es können die gleichen Chemikalien eingesetzt werden, die auch bei klassischen Ätz- und Entwicklungsschritten zum Einsatz kommen. Ungeachtet dessen wurde bei Vergleichsuntersuchungen eine überraschend deutlich verringerte Chemikalienumwälzung beobachtet. Und da sich das Aufbringen von Entwicklerlösung und/oder Ätzflüssigkeit auf das rotierende Substrat vergleichsweise raumsparend durchführen lässt, fällt auch deutlich weniger Abluft an.
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Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren durchführen, wenn das Substrat in einem ringförmigen Trägerrahmen angeordnet wird, der mitsamt dem Substrat in Rotation versetzt wird. Dabei ist es möglich, das Substrat unmittelbar in dem Trägerrahmen zu fixieren. Es kann aber auch zunächst in einem rechteckigen Rahmen einer Halteeinrichtung fixiert werden, die dann mitsamt dem Substrat in dem ringförmigen Trägerrahmen angeordnet wird. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn das Substrat für vorgeschaltete Bearbeitungsschritte, beispielsweise für Behandlungsschritte, die in einer im Durchlaufverfahren betriebenen Prozesslinie erfolgen, ohnehin in der Halteeinrichtung fixiert werden muss.
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Es ist besonders bevorzugt, im Rahmen des vorliegend beschriebenen Verfahrens rechteckige Leiterplatten, insbesondere mit den folgenden Dimensionen, zu verarbeiten:
- - Dicke: 1 µm bis 10 mm
- - Länge: Bis zu 700 mm
- - Breite: Bis zu 700 mm
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Besonders bevorzugt wird das Substrat zur Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts in eine Behandlungskammer überführt. In dieser können einer der Schritte aber auch beide Schritte nacheinander durchgeführt werden.
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Bevorzugt wird das Substrat in der Behandlungskammer mittels eines Antriebssystems, das eine tangentiale Kraft auf den ringförmigen Trägerrahmen ausüben kann, in Rotation versetzt.
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Grundsätzlich können der Entwicklungsschritt und/oder der Ätzschritt sowohl an einem horizontal als auch an einem vertikal ausgerichteten Substrat vollzogen werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Substrat in der Behandlungskammer allerdings vertikal ausgerichtet, insbesondere gemeinsam mit dem ringförmigen Trägerrahmen. Der Entwicklungsschritt und/oder der Ätzschritt werden dann an dem vertikal ausgerichteten, rotierenden Substrat vollzogen.
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Eingangs wurde darauf hingewiesen, dass für komplexere Schaltungen Leiterplatten mit mehr als eine Leiterbahnebene benötigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung solcher Leiterplatten. Hierzu wird ein Substrat verarbeitet, bei dem die Trägerschicht eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, auf die jeweils eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist. Solch ein Substrat wird im Folgenden auch als beidseitig beschichtetes Substrat bezeichnet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es in diesen Fällen bevorzugt, wenn die Vorderseite und die Rückseite des Substrats gleichzeitig dem Entwicklungsschritt und/oder dem Ätzschritt unterzogen werden, insbesondere in der Behandlungskammer. Besonders bevorzugt wird die Vorderseite mittels einer ersten Düse mit der Entwicklerlösung und/oder der Ätzflüssigkeit besprüht während gleichzeitig die Rückseite mittels einer zweiten Düse mit der Entwicklerlösung und/oder der Ätzflüssigkeit besprüht wird.
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Die gleichzeitige Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite ist bei der erwähnten vertikalen Ausrichtung des Substrats besonders vorteilhaft. Bei einer horizontalen Verarbeitung kann es auf der obenliegenden Seite eines flachen Substrats zu einer Pfützenbildung kommen. Hieraus können unterschiedliche Bearbeitungsergebnisse resultieren. Bei vertikaler Verarbeitung kann aufgesprühte Entwicklerlösung oder Ätzflüssigkeit hingegen gleichmäßig ablaufen. Die Behandlungsintensität kann für die Vorder- und die Rückseite gleich gehalten werden.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen können
- - zusätzlich zu dem Ätzschritt auch ein unmittelbar vorgeschalteter und/oder ein unmittelbar folgender Spülschritt
und/oder
- - zusätzlich zu dem Entwicklungsschritt auch ein unmittelbar vorgeschalteter und/oder ein unmittelbar folgender Spülschritt
in der Behandlungskammer durchgeführt werden. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kommt als Spülmedium hierbei bevorzugt deionisiertes Wasser zum Einsatz.
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Mit besonderem Vorteil kann zusätzlich zu einem der Spülschritte auch ein unmittelbar folgender Trocknungsschritt in der Behandlungskammer durchgeführt werden.
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Sowohl die zusätzlichen Spülschritte als auch die zusätzlichen Trockenschritte können bei der Verarbeitung eines beidseitig beschichteten Substrats - wie der Entwicklungs- und/oder der Ätzschritt - gleichzeitig auf der Vorder- und der Rückseite des Substrats durchgeführt werden. Hierzu können mehrere Düsen vorgesehen sein, mit denen die Vorder- und die Rückseite gleichzeitig mit einem Spülmedium und/oder Druckluft beaufschlagt werden können.
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Anhand der obigen Ausführungen wird klar, dass eine ganze Anzahl von Bearbeitungsschritten, die bei Inline-Verfahren entlang einer Prozesslinie in aufeinanderfolgenden Behandlungsabschnitten durchgeführt werden, gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren in ein und derselben Behandlungskammer erfolgen können. Beispielsweise können nacheinander
- - das Substrat in die Behandlungskammer überführt und in Rotation versetzt werden,
- - Entwicklerlösung auf das rotierende Substrat aufgebracht werden,
- - das rotierende Substrat mit einem Spülmedium gereinigt werden,
- - das gereinigte, rotierende Substrat mit einer Ätzflüssigkeit behandelt werden, und
- - das rotierende Substrat nach der Behandlung mit der Ätzflüssigkeit ein weiteres Mal mit dem Spülmedium gereinigt werden.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch einen oder beide der folgenden Schritte aus:
- - Das Substrat wird zur Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts aus einer im Durchlaufverfahren oder im Batch-Verfahren betriebenen Prozesslinie ausgeschleust.
- - Das Substrat wird nach der Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts in eine im Durchlaufverfahren oder im Batch-Verfahren betriebene Prozesslinie eingeschleust.
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So kann es beispielsweise bevorzugt sein, den Abdeckschritt und den Belichtungsschritt in unterschiedlichen Behandlungsabschnitten eines Inline-Verfahrens durchzuführen und das Substrat zur Durchführung des Entwicklungsschritts und des Ätzschritts sowie eines zwischengeschalteten und eines auf den Ätzschritt folgenden Spülschritts aus der Prozesslinie auszuschleusen. Gegebenenfalls sich anschließende Schritte, beispielsweise ein abschließender Trockenschritt, können wieder als Inline-Verfahren durchgeführt werden.
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Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, gegebenenfalls sogar bevorzugt, auch den Trockenschritt in der Behandlungskammer an dem rotierenden Substrat durchzuführen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Entwicklerlösung und/oder die Ätzflüssigkeit mittels einer beweglichen Düse auf das rotierende Substrat aufgebracht werden. Bevorzugt ist die Düse zu diesem Zweck an einem Arm befestigt.
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In bevorzugten Ausführungsformen wird die Position der Düse relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats bei der Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts variiert. Hierzu kann, wie unten noch ausgeführt wird, die Düse beispielsweise an einem schwenkbaren und/oder einem verschiebbaren Arm befestigt sein, so dass die Variation der Position der Düse durch eine Schwenkbewegung und/oder eine Verschiebung des Armes bewirkt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass jeder Punkt auf dem Substrat senkrecht von oben angesprüht werden kann, was eine optimale und gleichmäßige Sprühwirkung gewährleistet.
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Alternativ wäre es auch möglich, die Entwicklerlösung und/oder die Ätzflüssigkeit mittels mehrerer unbeweglicher Düsen, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet, auf das rotierende Substrat aufzubringen. Diese Verfahrensvariante ist allerdings weniger bevorzugt.
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Das Spülmedium kann grundsätzlich wie die Entwicklerlösung und die Ätzflüssigkeit über die bewegliche Düse auf das Substrat aufgebracht werden. In bevorzugten Ausführungsformen wird das Spülmedium allerdings mittels der mehrerer unbeweglicher Düsen, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet, nach Abschluss des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts auf das rotierende Substrat aufgebracht. Die Düsen sind zu diesem Zweck bevorzugt in einer Reihe an einem Trägerarm befestigt.
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Die mehreren unbeweglichen Düsen können auch dazu dienen, das Substrat nach Abschluss des Spülschritts trocken zu blasen. Hierzu können sie beispielsweise mit einer Druckluftquelle gekoppelt sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus:
- - Sie verfügt über ein Antriebssystem, mit dem das Substrat in Rotation versetzt werden kann, oder ist mit einem solchen System gekoppelt, und
- - sie verfügt über die mindestens eine Düse, mit der die Entwicklerlösung und/oder die Ätzflüssigkeit auf das rotierende Substrat aufgebracht werden kann.
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Als Düse kann in bevorzugten Ausführungsformen eine Ultraschalldüse verwendet werden, die neben einem Auslass für die zu applizierende Flüssigkeit einen Ultraschallgenerator umfasst. Der generierte Ultraschall wird über die aus der Düse austretende Flüssigkeit auf das Substrat übertragen und kann Ätz- und Entwicklungsvorgänge erheblich beschleunigen.
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Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, das einen Innenraum umschließt, in dem sich eine Aufnahme für das zu behandelnde Substrat findet. Der Innenraum des Gehäuses mit der Aufnahme kann als die oben erwähnte Behandlungskammer dienen.
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Wie oben erwähnt, kann es vorteilhaft sein, das Substrat während des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Halteeinrichtung zu fixieren. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das Substrat oder die Halteeinrichtung mitsamt dem darin fixierten Substrat in einem ringförmigen Trägerrahmen zu positionieren bevor es zur Durchführung des Entwicklungsschritts und/oder des Ätzschritts in Rotation versetzt wird. Der ringförmige Trägerrahmen kann hierbei Bestandteil der Vorrichtung sein oder als Wechselrahmen jeweils mit einem zu behandelnden Substrat in die Vorrichtung eingeführt werden.
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Wenn der ringförmige Trägerrahmen Bestandteil der Vorrichtung ist, so kann der ringförmige Trägerrahmen selbst die Aufnahme für das zu behandelnde Substrat aufweisen. Ein zu behandelndes Substrat kann zunächst in der Halteeinrichtung fixiert werden, die dann in der Aufnahme in dem ringförmigen Trägerrahmen positioniert wird. Alternativ kann das zu behandelnde Substrat unmittelbar in der Aufnahme in dem ringförmigen Trägerrahmen fixiert werden.
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Wenn der ringförmige Trägerrahmen als Wechselrahmen jeweils mit einem zu behandelnden Substrat in die Vorrichtung eingeführt wird, so ist die Aufnahme bevorzugt zur drehbaren Lagerung des ringförmigen Trägerrahmens in der Vorrichtung ausgebildet.
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Bei Einsatz des ringförmigen Trägerrahmens weist die Vorrichtung - unabhängig davon, ob der ringförmige Trägerrahmen Bestandteil der Vorrichtung ist oder nicht - in bevorzugten Ausführungsformen mehrere Rollen und/oder Wellen auf, an denen der Rand des in Rotation versetzten ringförmigen Trägerrahmens abrollen kann.
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Weiterhin ist es bei Einsatz des ringförmigen Trägerrahmens bevorzugt, dass die Vorrichtung mindestens eine Antriebswelle umfasst, die auf den Rand des ringförmigen Trägerrahmens eine tangentiale Kraft ausüben kann, um den Trägerrahmen in Rotation zu versetzen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung die genannte mindestens eine Antriebswelle sowie darüber hinaus zwei oder drei Führungsrollen, um den ringförmigen Trägerrahmen in der Ebene der Rotation zu halten. Die Führungsrollen und auch die mindestens eine Antriebswelle können hierbei angefedert gelagert sein.
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Sowohl die mindestens eine Antriebswelle als auch die Führungsrollen können umlaufende Vertiefungen, insbesondere umlaufende nutartige Vertiefungen aufweisen, in denen der Rand des in Rotation versetzten ringförmigen Trägerrahmens abrollen kann.
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Besonders bevorzugt sind die Antriebswelle und die Führungsrollen derart in dem Innenraum positioniert, dass der Rand eines vertikal in dem Innenraum positionierten ringförmigen Trägerrahmens bei der Rotation an der Welle und den Führungsrollen abrollen kann.
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Das Antriebssystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst bevorzugt die erwähnte Antriebswelle. Weiterhin kann das Antriebssystem einen Motor umfassen sowie gegebenenfalls eine Antriebseinheit zur Kopplung des Motors mit der Antriebswelle.
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Die mindestens eine Düse, mit der die Entwicklerlösung und/oder die Ätzflüssigkeit auf das rotierende Substrat aufgebracht werden kann, ist bevorzugt beweglich, insbesondere schwenk- oder verschiebbar, gelagert. Sie kann hierzu insbesondere an einem schwenk- oder verschiebbaren Arm befestigt sein. Es ist aber beispielsweise auch möglich, die mindestens eine Düse verschiebbar in einer Schiene zu lagern.
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In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein weiteres Antriebssystem, das dazu ausgebildet ist, den schwenk- oder verschiebbaren Arm zu schwenken oder aber zu verschieben oder die in der Schiene verschiebbar gelagerte Düse zu verschieben, oder ist mit einem solchen Antriebssystem gekoppelt.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine elektronische Kontrolleinheit, die mit beiden Antriebssystemen gekoppelt ist und die mechanischen Aktionen der Antriebssysteme aufeinander abstimmen kann, beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der das Substrat rotiert, an die Geschwindigkeit, mit der die Düse geschwenkt wird, anpassen kann.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Düsen, mit denen Entwicklerlösung und/oder Ätzflüssigkeit auf das rotierende Substrat aufgebracht werden kann, wobei die Düsen innerhalb der Vorrichtung derart angeordnet sind, dass bei einem beidseitig beschichteten Substrat dessen Vorderseite und dessen Rückseite gleichzeitig von den Düsen besprüht werden können. Beispielsweise kann eine erste der Düsen derart angeordnet sein, dass sie die Vorderseite des Substrats besprühen kann während eine zweite der Düsen die Rückseite des Substrats besprüht. Es ist bevorzugt, dass dabei jede der Düsen an einem schwenk- oder verschiebbaren Arm befestigt ist.
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Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck besonders bevorzugt einen Doppelarm mit zwei jeweils schwenkbaren oder verschiebbaren Armen, an denen jeweils mindestens eine der Düsen befestigt ist, auf. Grundsätzlich können die beiden Arme unabhängig voneinander schwenkbar oder verschiebbar sein. Bevorzugt sind die beiden Arme allerdings an einer gemeinsamen Schwenkachse fixiert und parallel zueinander ausgerichtet, so dass die Arme und die daran befestigten Düsen jede Schwenkbewegung gemeinsam vollziehen.
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Die Arme des Doppelarms sind dabei bevorzugt derart voneinander beabstandet, dass zwischen ihnen der ringförmige Trägerrahmen samt dem Substrat rotieren kann. Die an den Armen befestigten Düsen sind dabei bevorzugt derart ausgerichtet, dass ihre Sprührichtung senkrecht zu dem rotierenden Substrat gerichtet ist.
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In aller Regel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Ätzflüssigkeit-Reservoir und/oder einem Entwicklerlösung-Reservoir gekoppelt, aus denen die Ätzflüssigkeit und/oder die Entwicklerlösung zu der mindestens einen Düse transportiert werden kann. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung weiterhin auch mit einem Spülmedium-Fördermittel gekoppelt sein, aus dem Spülmedium in die Vorrichtung, gegebenenfalls auch zu der Düse, transportiert werden kann.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen verfügt die Vorrichtung über eigene Ätzflüssigkeit-Fördermittel und/oder Entwicklerlösung-Fördermittel, mit denen Entwicklerlösung und/oder eine Ätzflüssigkeit aus einem Ätzflüssigkeit-Reservoir und/oder Entwicklerlösung-Reservoir zu der Düse transportiert werden kann. Gegebenenfalls verfügt die Vorrichtung weiterhin auch über Spülmedium-Fördermittel, mit denen Spülmittel zu der Düse transportiert werden kann.
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Aus den obigen Ausführungen ergibt sich bereits implizit, dass die Düse in bevorzugten Ausführungsformen an das Ätzflüssigkeit-Reservoir und/oder an das Entwicklerlösung-Reservoir sowie gegebenenfalls an das Spülmedium-Reservoir gekoppelt ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Düse sowie das Ätzflüssigkeit-Reservoir und das Entwicklerlösung-Reservoir über mindestens ein Ventil, insbesondere ein Mehrwegeventil, aneinander gekoppelt. Das Mehrwegeventil sperrt in einer ersten Schaltstellung den Transportweg für Ätzflüssigkeit zur Düse und öffnet den Transportweg für Entwicklerlösung zur Düse. In einer zweiten Schaltstellung öffnet es den Transportweg für Ätzflüssigkeit zur Düse und sperrt den Transportweg für Entwicklerlösung zur Düse. Wenn zusätzlich das Spülmedium-Reservoir an die Düse gekoppelt ist, insbesondere über das Mehrwegeventil in einer dritten Schaltstellung, in der lediglich der Transportweg für Spülmedium zur Düse geöffnet ist, so können die Düse und natürlich auch das Substrat zwischen Entwicklungs- und Ätzvorgängen mit Spülmedium gereinigt werden.
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Allerdings wird die bewegliche Düse nicht zwingend zur Reinigung des Substrats benötigt. Vielmehr ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung neben der beweglichen Düse auch über mehrere unbewegliche Düsen verfügt, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet und die mit dem Spülmedium-Reservoir gekoppelt sind. Die Reinigung des Substrats kann somit auch mittels dieser unbeweglichen Düsen erfolgen.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Vorrichtung über mehrere unbewegliche Düsen verfügt, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet und die mit einer Druckluft-Quelle gekoppelt sind. Über diese Düsen kann das Substrat einem Trocknungsschritt unterzogen werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen weist die Vorrichtung mehrere unbewegliche Düsen auf, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet und die sowohl mit dem Spülmedium-Reservoir als auch mit der Druckluft-Quelle gekoppelt sind, bevorzugt auch hier über ein Mehrwegeventil, das den Zugang zu dem Spülmedium-Reservoir und der Druckluft-Quelle selektiv sperren kann.
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Die unbeweglichen Düsen können beispielsweise in einer Reihe an einem unbeweglichen, starr fixierten Arm befestigt sein, der parallel zu einer zu behandelnden Oberfläche des rotierenden Substrats ausgerichtet ist, so dass alle Düsen den gleichen Abstand zu der Oberfläche haben.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung einen Auslass für gebrauchte Ätzflüssigkeit und/oder gebrauchte Entwicklerlösung und/oder gebrauchtes Spülmedium auf. Dieser Auslass ist in der Regel am tiefsten Punkt des Gehäuses angeordnet. Der Auslass kann mit einem Mehrwegeventil gekoppelt sein, um die abzuführenden Flüssigkeiten ihrem jeweiligen Bestimmungsort zuzuführen. So kann der Innenraum des Gehäuses über das Mehrwegeventil in einer ersten Schaltstellung mit einem Behälter für gebrauchte Entwicklerlösung und in einer zweiten Schaltstellung mit einem Behälter für gebrauchte Ätzflüssigkeit verbunden werden. Natürlich ist es auch denkbar, die Entwicklerlösung in einem Kreislaufverfahren wieder dem Entwicklerlösung-Reservoir und/oder die Ätzflüssigkeit in einem Kreislaufverfahren wieder dem Ätzflüssigkeit-Reservoir zuzuführen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Behandlungskammer mit einem Abluftsystem gekoppelt ist.
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In bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung Temperiermittel umfassen, um die Ätzlösung und/oder und die Entwicklerlösung vor ihrer Applikation auf eine gewünschte Applikationstemperaturzu erwärmen oderabzukühlen.
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Jede Anlage zur Leiterplattenherstellung, die die beschriebene Vorrichtung umfasst, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Wie aus den obigen Ausführungen implizit bereits hervorgeht, kann eine solche Anlage neben der beschriebenen Vorrichtung insbesondere auch Module umfassen, in denen Behandlungsschritte im Durchlaufverfahren oder im Batch-Verfahren durchgeführt werden, also beispielsweise Module, in denen der Abdeckschritt und der Belichtungsschritt im Durchlaufverfahren durchgeführt werden.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Hierbei zeigen:
- 1 schematisch einen bei dem vorgeschlagenen Verfahren einsetzbaren ringförmigen Trägerrahmen samt eines darin fixierten quadratischen Leiterplattensubstrats und eine an einem schwenkbaren Arm befestigte bewegliche Düse zum Aufbringen von Ätzflüssigkeit und/oder Entwicklerlösung auf das Substrat (Draufsicht von oben); und
- 2 schematisch eine Anordnung umfassend eine Antriebswelle und mehrere Rollen und Düsen, die zum Zwecke der Durchführung eines Entwicklungsschritts und/oder Ätzschritts gemäß der Erfindung um ein in einem ringförmigen Trägerrahmen gemäß 1 fixiertes Leiterplattensubstrat gruppiert sind (perspektivische Darstellung schräg von vorn); und
- 3a schematisch eine von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung umfassend die in 2 dargestellte Anordnung in vertikalerAusrichtung in einem Gehäuse; und
- 3b eine Draufsicht auf die nach vorne weisende Seite der in 3a dargestellten Vorrichtung; und
- 3c eine Draufsicht auf die nach hinten weisende Seite der in 3a dargestellten Vorrichtung.
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Der in 1 dargestellte ringförmige Trägerrahmen 110 weist eine zentrale Aufnahme 111 auf, die von einem quadratischen Rahmen 110a definiert wird und in der ein quadratisches Leiterplattensubstrat 112 fixiert ist. Der quadratische Rahmen wird seinerseits von einem Außenring 110b umrahmt und ist über mehrere Streben, unter anderem die Streben 110c und 110d, fest mit diesem verbunden. Eine bewegliche Düse 113 befindet sich an der Unterseite der Spitze des schwenkbaren Arms 114, der an einer Schwenkachse (hier nicht sichtbar) befestigt ist, die mit der Antriebseinheit 115 gekoppelt ist.
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Durch das Schwenken des Arms 114 wird es der beweglichen Düse 113 ermöglicht, entlang der Kreislinie 116 auf das Leiterplattensubstrat 112 einzuwirken. Bei gleichzeitiger Rotation des ringförmigen Trägerrahmens 110 sowie des darin fixierten Leiterplattensubstrats 112 kann mit der beweglichen Düse 113 in Abhängigkeit der Schwenkstellung jeder Punkt auf dem Leiterplattensubstrat 112 erfasst und senkrecht zur Ebene des Leiterplattensubstrats besprüht werden.
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Die in 2 dargestellte Anordnung umfasst die Antriebswelle 117 sowie die Führungsrollen 118 und 119, die eine Aufnahme für den in 1 dargestellten ringförmigen Trägerrahmen 110 samt dem darin fixierten Leiterplattensubstrat 112 bilden. Die Antriebswelle 117 ist über die Antriebseinheit 120 mit einem Motor (nicht dargestellt) gekoppelt, der die Antriebswelle 117 antreibt. Sowohl die Antriebswelle 117 als auch die Führungsrollen 118 und 119 weisen umlaufende nutartige Vertiefungen auf, in denen der Rand 110e des in Rotation versetzten ringförmigen Trägerrahmens 110 abrollen kann. Gut sichtbar ist etwa die umlaufende Nut 119e in der Führungsrolle 119. Die Führungsrolle 118 kann beispielsweise mittels eines Schwenkarms oder einer Feder (hier nicht dargestellt) gegen den Rand 110e gepresst werden. Wenn sich die Antriebswelle 117 dreht, so übt sie eine tangentiale Kraft auf den anliegenden Rand 110e des ringförmigen Trägerrahmens 110 aus und versetzt den Trägerrahmen 110 samt dem darin befindlichen Substrat 112 in Rotation.
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An der Schwenkachse 121 sind die schwenkbaren Arme 114 und 112 befestigt, an denen jeweils eine Düse befestigt ist, mit denen das Leiterplattensubstrat 112 mit Ätzflüssigkeit oder mit einer Entwicklerlösung besprüht werden kann. Die schwenkbaren Arme 114 und 112 bilden zusammen mit der Schwenkachse einen Doppelarm. Die Arme 114 und 112 sind hierbei parallel zueinander ausgerichtet und bewegen sich synchron zueinander. Mit den an ihnen befestigten Düsen können die Oberflächen des Leiterplattensubstrats 112 jeweils senkrecht von oben besprüht werden, so etwa die Oberfläche 112a des Leiterplattensubstrats mittels der beweglichen Düse 113. Wären die Düse 113 und das Leiterplattensubstrat 112 jeweils starr und unbeweglich, würde sich der Wirkungsbereich der Düse 113 auf den Sprühkegel 123 beschränken. Da das Leiterplattensubstrat 112 bei der Behandlung aber rotiert und die Düse 113 schwenkbar ist, kann jeder Punkt auf der Oberfläche 112a mit der Düse 113 besprüht werden. Analoges gilt für die hier nicht dargestellte Unterseite des Leiterplattensubstrats 112. Diese kann in jedem Punkt von der an dem Arm 122 befestigten Düse erfasst werden.
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An zwei unbeweglichen, parallel zueinander ausgerichteten Armen 124 und 125, die beispielsweise am Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung fixiert werden können, sind jeweils fünf Düsen in einer Reihe befestigt. Mittels dieser Düsen kann das Leiterplattensubstrat 112 mit einem Spülmedium besprüht werden. So kann die Oberfläche 112a beispielsweise von der Düse 127a erfasst werden, deren Wirkungsbereich auf den Sprühkegel 128 beschränkt ist. Die hier nicht dargestellte Unterseite des Leiterplattensubstrats 112 kann beispielsweise von den Düsen 126a, 126b und 126c erfasst werden. Die Abstände der an den Armen befestigten Düsen sind so bemessen, dass sich die Wirkungsbereiche benachbarter Düsen, etwa der Düsen 126b und 126c, überlappen. Obwohl die Arme 124 und 125 nicht schwenkbar ausgebildet sind, kann so jeder Punkt der Oberflächen des rotierenden Leiterplattensubstrats 112 von den Düsen erfasst werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen weist die Vorrichtung mehrere unbewegliche Düsen auf, deren Position relativ zur Drehachse des rotierenden Substrats sich jeweils unterscheidet und die sowohl mit dem Spülmedium-Reservoir als auch mit der Druckluft-Quelle gekoppelt sind, bevorzugt auch hier über ein Mehrwegeventil, das den Zugang zu dem Spülmedium-Reservoir und der Druckluft-Quelle selektiv sperren kann.
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Die unbeweglichen Düsen können beispielsweise in einer Reihe an einem unbeweglichen, starr fixierten Arm befestigt sein, der parallel zu einer zu behandelnden Oberfläche des rotierenden Substrats ausgerichtet ist, so dass alle Düsen den gleichen Abstand zu der Oberfläche haben.
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Die in 3a dargestellte Vorrichtung 130 umfasst das transparente Gehäuse 129 sowie die in 2 dargestellte Anordnung in vertikaler Ausrichtung, die in dem von dem Gehäuse definierten Innenraum angeordnet ist. Das Leiterplattensubstrat 112 kann hier in vertikal rotiert und mit Ätzflüssigkeit oder Entwicklerlösung besprüht werden.
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Das Gehäuse 129 weist den schlitzförmigen Einlass 129a, auf, durch den der innerhalb des Gehäuses angeordnete ringförmige Trägerrahmen 110 samt dem darin fixierten Leiterplattensubstrat 112 nach abgeschlossener Behandlung entnommen werden kann. Der Einlass 129a kann verschlossen werden um das Gehäuse abzudichten.
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Am tiefsten Punkt des Gehäuses 129 befindet sich der Auslass 129b. Dieser Auslass ist mit einem Mehrwegeventil (nicht dargestellt) gekoppelt, um die abzuführenden Flüssigkeiten ihrem jeweiligen Bestimmungsort zuzuführen. In einer ersten Schaltstellung verbindet das Ventil den Innenraum des Gehäuses 129 mit einem Behälter für gebrauchte Entwicklerlösung und in einer zweiten Schaltstellung mit einem Behälter für gebrauchte Ätzflüssigkeit.
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Die dargestellte Vorrichtung wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit allen ihren Funktionsteilen gezeigt. Es fehlen beispielsweise Versorgungsleitungen für Ätzflüssigkeit und Entwicklungslösungen, Befestigungsmittel und elektrische Komponenten für den Antrieb der Antriebswelle 117 und die Antriebseinheit 115.
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Dargestellt ist hingegen der Schwenkarm 131, mit dem die Führungsrolle 118 gegen den Rand des ringförmigen Trägerrahmens 110 gepresst werden kann.
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In 3b ist eine Draufsicht auf die nach vorne weisende Seite der in 3a dargestellten Vorrichtung dargestellt, in 3c eine Draufsicht auf die nach hinten weisende Seite der in 3a dargestellten Vorrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005011298 A1 [0010]
- DE 102009049905 A1 [0011]
