DE19633797A1 - Vorrichtung zum Galvanisieren von elektronischen Leiterplatten oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Galvanisieren von elektronischen Leiterplatten oder dergleichen, insbe­ sondere von solchen, die eine Mehrzahl von Bohrungen enthalten, mit

• a) einem Maschinengehäuse, in dessen unterem Bereich sich ein Sumpf für einen Elektrolyten befindet;
• b) mindestens einer Galvanisierungs-Stromquelle;
• c) Kontakt und Transportmitteln, welche elektrisch mit dem negativen Pol der Galvanisierungs-Strom quelle verbunden sind, derart an den elektronischen Leiterplatten angreifen, daß deren metallische Be­ schichtungen ebenfalls auf negativem Potential lie­ gen, und welche die elektronischen Leiterplatten in im wesentlichen horizontaler Ausrichtung entlang eines Bewegungsweges durch die Vorrichtung hindurch­ führen;
• d) mindestens einer in der Nähe des Bewegungsweges angeordneten Anode, die mit dem positiven Pol der Galvanisierungs-Stromquelle verbunden ist;
• e) einem mindestens einen Teil des Rewegungsweges und die Anode(n) umgebenden Behälter, welcher einen Einlaß- und einen Auslaßschlitz für die elektronischen Leiterplatten aufweist;
• f) mindestens einer Pumpe, welche aus dem Sumpf Elektrolyt entnimmt und dem Behälter zuführt, derart, daß dessen Innenraum im dynamischen Gleichgewicht zwischen Zu- und Abfluß mit Elektrolyt angefüllt ist.

Bei Vorrichtungen dieser Art stellt sich das doppelte Problem, wie die in horizontaler Ausrichtung kontinuier­ lich durch den Elektrolyt hindurch bewegten elektronischen Leiterplatten einerseits angetrieben und andererseits auf das erforderliche negative Potential gebracht werden können. Dieses Problem wird bei einer bekannten Vorrich­ tung dieser Art dadurch gelöst, daß die seitlichen Ränder der elektronischen Leiterplatten von klammerartigen Kontakten ergriffen werden, die auf beiden Seiten des Bewegungsweges an endlos umlaufenden Ketten befestigt sind und selbst auf negativem Potential liegen. Diese Kontaktklammern halten also die Leiterplatten fest und führen diese auf einem Stück ihres Bewegungsweges durch das elektrolytische Bad. Durch geeignete Nockenvorrich­ tungen am Anfang des fraglichen Teiles des Bewegungsweges werden die Klammern auf den Rändern der Leiterplatten geschlossen und durch entsprechende Nockenvorrichtungen am Ende des Stückes des Bewegungsweges wieder geöffnet, so daß die Leiterplatten, die inzwischen galvanisiert wurden, freigegeben und auf eine andere Art Transport­ system übergeben werden können. Diese bekannte Vorrichtung hat zwar den Vorteil, daß die Kontaktstelle zwischen den Kontaktklammern und den elektronischen Leiterplatten keine Relativbewegung ausführt, daß also insofern die auf den Leiterplatten vorhandene Beschichtung geschont wird. Andererseits sind aber die Nockenvorrichtungen, die zum Öffnen und Schließen der Kontaktklammern erfor­ derlich sind, sowie die Endloskette, an welcher die einzelnen Kontaktklammern angebracht sind, und deren Antrieb sehr komplizierte und teuere Bauteile. Außerdem setzt diese Art der Kontaktierung und Förderung der elektronischen Leiterplatten voraus, daß am Rand der elektronischen Leiterplatten ein entsprechender metalli­ scher Kontaktierungssaum vorgesehen ist, wozu es im allgemeinen eines speziellen "Designs", der Leiterplatten bedarf.

Bekannt ist außerdem, die Kontaktierung elektronischer Leiterplatten über Kontaktrollen vorzunehmen, welche auf den Rändern der im übrigen durch ein konventionelles Fördersystem bewegten Leiterplatten abrollen. Auch bei dieser Kontaktierungsart ist jedoch der bereits oben angesprochene seitliche metallische Saum auf den Leiter­ platten erforderlich.

Eine Stauung des über die Leiterplatten strömenden Elektro­ lyten findet in beiden Fällen des Standes der Technik ausschließlich am Einlaß und Auslaß des Behälters statt, in dem sich die "stehende Welle" ausbildet, also in der Praxis in einem Abstand von 5 bis 6 Metern. Es wurde also nicht erkannt, daß der Stauung des Elektrolytflusses auch im Blick auf die Ausbildung einer gleichmäßigen Dicke der galvanisch abgeschiedenen Schicht zukommt. Deshalb gelingt es beim Stande der Technik Weise nur unzulänglich, über die gesamte Leiterplatte hinweg eine konstante Dicke der aufgalvanisierten Schicht zu erzielen. Dies gilt insbesondere auch für die Mantelflächen von Bohrungen, die im allgemeinen in den elektronischen Leiterplatten vorhanden sind und ebenfalls galvanisiert werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die zur Kontaktierung und zum Fördern verwendeten Mittel preiswert und einfach im Gebrauch sind und daß darüber hinaus die auf den elektronischen Leiterplatten abgeschie­ denen metallischen Schichten vor allem auch in den Bohrun­ gen eine gleichmäßigere Dicke aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontakt- und Transportmittel als drehbar angetriebene Kontakt- und Transportwalzen ausgebildet sind, welche sich quer zur Bewegungsrichtung der elektronischen Leiter­ platten über die gesamte Arbeitsbreite der Vorrichtung erstrecken, zumindest bereichsweise auf ihrer Mantelfläche eine metallische Beschichtung aufweisen, die mit dem negativen Pol der Galvanisierungs-Stromquelle verbunden ist, und welche zur Anlage jeweils an einer Hauptfläche der elektronischen Leiterplatte ausgebildet sind, derart, daß jede Kontakt- und Transportwalze eine Staubarriere für den strömenden Elektrolyt bildet, wodurch sich an den Leiterplatten lokal dynamisch variierende Druckunter­ schiede einstellen.

Erfindungsgemäß werden also als Kontakt- und Transport­ mittel angetriebene Walzen vorgesehen, die sich über die gesamte Arbeitsbreite der Vorrichtung, quer zur Bewegungsrichtung der Leiterplatten, erstrecken. Derar­ tige Kontakt- und Transportwalzen lassen sich problemlos in an und für sich bekannte Fördersysteme, die mit ange­ triebenen Rollen arbeiten, integrieren und von demselben Mechanismus in Bewegung setzen, der üblicherweise zum Antrieb der Förderrollen dient. Dadurch, daß sich diese Kontakt- und Transportwalzen über die gesamte Arbeitsbreite der Vorrichtung erstrecken, ergeben sich Staueffekte für den abfließenden Elektrolyten. Diese Staueffekte führen, zum Teil aufgrund der lokal unterschiedlichen Strömungs­ geschwindigkeiten, zu lokal variierenden Drucken, die auf die geförderten Leiterplatten wirken, wodurch die Elektrolyt-Durchströmung der Bohrungen in den Leiterplatten verbessert wird. Diese lokal variierenden Drucke haben also ihren Ursprung nicht in der Förderpumpe. Vielmehr wird durch Variation der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten entsprechend den Prinzipien der Bernoulli′schen Gleichung für eine lokale Variation des statischen Druckes gesorgt. Die als Staubarrieren dienenden Kontakt- und Transportwalzen bedeuten in diesem Zusammenhang lokale Engstellen des Strömungsweges für den Elektrolyten, an denen sich verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindig­ keiten und demzufolge verhältnismäßig niedrige lokale statische Drucke einstellen.

Mit Hilfe der die Leiterplatten in ihrer vollen Breite übergreifenden Kontakt- und Antriebswalzen kann außerdem eine Stromzufuhr zu den Leiterplatten an jeder gewünschten Stelle, auch an mehreren Stellen, erfolgen. Spannungsab­ fälle innerhalb der Leiterplatte, welche zu einer ungleich­ mäßigen Beschichtung mit Metall führen würden, können auf diese Weise vermieden werden.

Im allgemeinen sind die elektronischen Leiterplatten auf beiden gegenüberliegenden Hauptflächen zu galvani­ sieren. In diesem Falle empfiehlt sich eine Ausgestal­ tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Kontakt- und Transportwalzen in Paaren vorgesehen sind, deren Partner zur Anlage jeweils an gegenüberliegen­ den Hauptflächen der elektronischen Leiterplatten ausge­ bildet sind. Letztere werden also durch den zwischen gegenüberliegenden Kontakt- und Transportwalzen befindli­ chen Spalt hindurchgezogen; die Partner eines Kontakt- und Transportwalzenpaares drehen sich dabei in entgegen­ gesetztem Uhrzeigersinn.

Im einfachsten Falle sind die Kontakt- und Transport­ walzen über ihre gesamte axiale Abmessung hinweg mit einer metallischen Beschichtung versehen. Hierdurch lassen sich die gleichmäßigsten Dicken in den auf den elektronischen Leiterplatten abgeschiedenen Schichten erzielen, da Spannungsabfälle quer zur Bewegungsrichtung der Leiterplatten in deren Beschichtungen überhaupt nicht auftreten können. Allerdings können derartige Kontakt und Transportwalzen verhältnismäßig teuer werden, wenn das für ihre metallische Beschichtung eingesetzte Material selbst kostspielig ist.

Aus diesem und einem weiteren Grund, auf den weiter unten eingegangen wird, empfiehlt sich daher in vielen Fällen, daß die Kontakt- und Transportwalzen nur über einen Teil ihrer Mantelfläche in einem bestimmten geo­ metrischen Muster mit einer metallischen Beschichtung versehen sind. Das angesprochene geometrische Muster wird experimentell so bestimmt, daß sich die gewünschte gleichmäßige Schichtdicke in den aufgalvanisierten Schich­ ten ergibt, daß aber bei der Herstellung der Kontakt- und Transportwalzen nicht unnötig viel Metall benötigt wird. In den nicht metallisch beschichteten Bereichen der Mantelflächen der Kontakt- und Transportwalzen liegt dann ein Kunststoffgrundkörper, z. B. aus Polypropylen, frei.

Wenn zusätzlich Vorsorge getragen werden soll, daß durch nur bereichsweise aufgebrachte metallische Beschichtungen an den Kontakt- und Transportwalzen keine "Schattenbildung" beim Galvanisierungsprozeß auftritt, können in einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung Kontakt- und Transportwalzen mit unterschiedlichen geometrischen Mustern der metallischen Beschichtung kombiniert sein. Die elektronischen Leiterplatten werden also auf ihrem Weg durch den Elektrolyten hindurch zu­ nächst von einer oder zwei Kontakt- und Transportwalzen mit einem ersten geometrischen Muster bewegt und von dieser bzw. diesen auf eine oder zwei Kontakt- und Trans­ portwalzen übergeben, deren Mantelfläche mit einem solchen geometrischen Muster versehen ist, daß nunmehr die elek­ tronischen Leiterplatten an einer anderen Stelle auf ihrer Hauptfläche kontaktiert werden.

Es ist bekannt, daß sich ohne-besondere Vorsorgemaßnahme im Elektrolyten von Galvanisiervorrichtungen der hier beschriebenen Art Metallionen akkumulieren, ihre Konzen­ tration also in unerwünschter Weise ansteigt. Zwar läßt sich die Konzentration durch Zugabe entsprechender Chemi­ kalien und Wasser in den Elektrolyten konstant halten; dies hat aber den Nachteil, daß die Menge des in der Vorrichtung enthaltenen Elektrolyten im Laufe der Betriebs­ zeit ansteigt (das elektrolytische Bad "kalbt"). Um dieses "Kalben" zu vermeiden ist es bekannt, eine Hilfskathode vorzusehen, an welcher zur Konstanthaltung der Metallio­ nenkonzentration im Elektrolyten Metall elektrolytisch abgeschieden wird. Macht man auch bei einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung von einer derartigen Hilfskathode Gebrauch, so empfiehlt sich diejenige Ausgestaltung, bei welcher die metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen als Hilfskathoden dienen und ihre Gesamt­ fläche so gewählt ist, daß sich während der Betriebsdauer die gewünschte konstante Konzentration von Metallionen im Elektrolyten ergibt. Auf diese Weise wird der an und für sich unerwünschte Effekt, daß sich an den Kontakt- und Transportwalzen aus dem Elektrolyten Metall abscheidet, ins Positive umgekehrt: durch geeignete Wahl der Gesamt­ fläche der metallischen Beschichtungen (also durch entspre­ chendes "Design" der eingesetzten geometrischen Muster dieser metallischen Beschichtungen) läßt sich erreichen, daß die metallischen Beschichtungen der Kontakt und Transportwalzen genau die Funktion der Hilfselektrode übernehmen, so daß also ohne besondere Vorsorgemaßnahmen für die gewünschte konstante Konzentration von Metallionen im Elektrolyten gesorgt ist.

Ein ebenfalls bekanntes unerwünschtes Phänomen bei Vor­ richtungen der hier interessierenden Art ist, daß nicht nur die elektronischen Leiterplatten sondern auch die diese Kontaktmittel durch die Elektrolyse mit einem metallischen Überzug versehen werden. Um zu vermeiden, daß die Kontaktmittel in regelmäßigen Abständen von abgeschie­ denem Metall befreit werden müssen (wozu die Vorrichtung stillgelegt und die Kontaktmittel ausgebaut werden müßten) ist es bekannt, in der Nähe der Kontaktmittel und in demselben Elektrolyten mindestens eine Entkupferungskathode vorzusehen, die auf stärker negativem Potential als die Kontaktmittel liegen. Zwischen dieser Entkupferungs­ kathode und den Kontaktmitteln läuft auf diese Weise eine "Nebenelektrolyse" ab, unter deren Einfluß das auf den Kontaktmitteln abgeschiedene Metall wieder in Lösung geht und sich (statt dessen) auf der Entkupferungskathode niederschlägt. Verwendet man diesen sehr nützlichen Gedanken auch bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, so hat sich diejenige Ausgestaltung als besonders vorteil­ haft erwiesen, bei welcher die metallischen Beschichtungen der Kontakt und Transportwalzen mit einem Überzug aus katalytisch aktivem Metall versehen sind. Der Überzug braucht nur eine sehr geringe Dicke (im Bereich weniger µm) aufzuweisen. Durch diesen Überzug läßt sich der Wirkungsgrad der Entkupferungselektrolyse sehr stark verbessern: bereits bei einem Bruchteil der sonst erfor­ derlichen Stromstärke können die metallischen Beschich­ tungen der Kontakt- und Transportwalzen auf Dauer von unerwünschten Metallabscheidungen freigehalten werden. Ein vorteilhafter Nebeneffekt dieses katalytisch aktiven Metalls besteht darin, daß die Haftung der sich vorüber­ gehend bildenden galvanischen Metallabscheidungen besser ist und die Abscheidungen nicht schwammig sind, wie dies häufig auf Titan-Oberflächen der Fall ist. Aus schwammigen oder porösen Abscheidungen könnten sich Metallpartikel lösen und auf die Leiterplatten gelangen, die auf diese Weise zu Ausschuß würden.

Bei dem katalytisch aktiven Metall kann es sich z. B. um Gold, Palladium, Iridium oder eine Legierung aus diesen Bestandteilen handeln.

Schließlich zeichnet sich eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, daß in Bewegungs­ richtung der Leiterplatten gesehen mehrere einzelne Anoden vorgesehen sind, zwischen denen jeweils ein Kon­ takt- und Transportwalzenpaar vorgesehen ist. Auf diese Weise können die Anoden sehr nahe (mit einem Abstand, der kleiner als der Durchmesser der Kontakt- und Transport­ walzen ist) am Bewegungsweg der Leiterplatten angeordnet werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Elektrolyse verbessert und gleichzeitig eine gleichmäßigere Dicke der aufgalvanisierten Schichten erzielt. Die Unterbrechungen zwischen den einzelnen Anoden sind ohne Nachteil, da ja auch bei einer einstückig oberhalb der Kontakt- und Transportwalzen durchlaufenden Anode die oberhalb dieser Kontakt- und Transportwalzen liegenden Anodenbereiche abgeschattet und daher im wesentlichen unwirksam wären.

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

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrich­ tung zum Galvanisieren von elektronischen Leiterplatten;

Fig. 2 und 3 Seitenansichten zweier Kontakt- und Transportwalzen, wie sie bei der Vorrichtung von Fig. 1 Verwendung finden können.

In Fig. 1 ist im senkrechten Schnitt eine Vorrichtung dargestellt, in welcher elektronische Leiterplatten, die mit Bohrungen versehen sind, auf galvanischem Wege mit einem metallischen Überzug versehen werden können. Dieser metallische Überzug soll insbesondere auch die Mantelflächen der Bohrungen der Leiterplatte bedecken, so daß z. B. über diese Mantelflächen eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungsmustern auf der oberen und unteren Seite (den "Hauptflächen") der Leiterplatte ge­ schaffen werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Ma­ schinengehäuse 1 mit einem Einlaßschlitz 2 und einem Auslaßschlitz 3. Die elektronischen Leiterplatten werden in horizontaler Ausrichtung im Sinne des Pfeiles 4 der Vorrichtung zugeführt und treffen nach dem Durchtritt des Einlaßschlitzes 2 zunächst auf vier Quetschwalzen­ paare 5, in denen an den Leiterplatten noch anhaftende, von früheren Bearbeitungsvorgängen stammende Behandlungs­ flüssigkeit weitestgehend entfernt wird.

Von den Quetschwalzenpaaren 5 werden die Leiterplatten auf eine erstes Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 über­ geben. Auf die genaue Ausgestaltung dieser Kontakt- und Transportwalzen 6 wird weiter unten näher eingegangen. Die Kontakt- und Transportwalzen 6 schieben die Leiter­ platte weiter in Förderrichtung vor. Diese gelangen dabei zwischen eine obere Anode 7 und eine unteren Anode 8. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Anoden 7 und 8 als Anodenkörbe ausgestaltet, die schubla­ denartig seitlich aus dem Maschinengehäuse 1 herausgezogen werden können. Es lassen sich jedoch auch beliebige andere Arten von Anoden einsetzen, so etwa inerte Anoden aus Titan-Streckmetall. Nach dem Passieren der Anodenkörbe 7 und 8 werden die Leiterplatten wiederum von einem Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 erfaßt, welches die Leiterplatten weiter vorschiebt, so daß diese erneut zwischen einen oberen Anodenkorb 7 und einen unteren Anodenkorb 8 gelangen. Die Leiterplatten, welche die Strecke zwischen den letztgenannten Anodenkörben 7 und 8 durchlaufen haben, werden von einem letzten Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 erfaßt und erneut an vier Quetschwalzenpaare 5 übergeben, welche von den Leiter­ platten den Elektrolyten, in dem sie sich zuvor befunden haben (siehe hierzu die weiter unter folgende Beschrei­ bung) weitestgehend entfernen. Die Leiterplatten werden schließlich durch das Transportsystem, von dem die Kon­ takt- und Transportwalzen 6 Teil sind, über den Auslaß­ schlitz 15 aus der Vorrichtung ausgegeben und einer nach­ folgenden Behandlungsstation zugeführt.

Im unteren Bereich des Maschinengehäuses 1 befindet sich ein Sumpf 9, in dem sich der für die Elektrolyse eingesetzte Elektrolyt sammelt. Eine Pumpe 10 entnimmt laufend Elektrolyt dem Sumpf 9 und führt diesen über ein Filter 11, ein Ventil 12 und Leitungen 16a, 16b in nach oben in einen Behälter 13, welcher die Bewegungsebene der Leiterplatten im Bereich der Kontakt- und Transport­ walzen 6 sowie die Anodenkörbe 7 und 8 umgibt. Auch der Behälter 13 weist einen Einlaßschlitz 17 und einen Auslaß­ schlitz 18 auf, die jedoch durch die benachbarten, als Stauwalzen dienenden Quetschwalzenpaare 5 und an diesen gleitend anliegende Schotts weitgehend abgedichtet sind. Im dynamischen Gleichgewicht zwischen Zuförderung von Elektrolyten in das Innere des Behälters 13 und Auslaufen aus dem Behälter 13 wird der Behälter 13 weitestgehend mit Elektrolyt angefüllt, so daß sich also die Leiterplat­ ten zwischen dem in Fig. 1 ganz rechten Kontakt- und Trans­ portwalzen-Paar 6 und dem in Fig. 1 ganz linken Kontakt- und Transportwalzenpaar 6 sch innerhalb eines sich ständig austauschenden Elektrolyten bewegen. Diese Vorgänge sind dem Fachmann unter dem Begriff der "stehenden Welle" bekannt.

Im einzelnen wird der Elektrolyt von der Pumpe 10 über eine erste Zweigleitung 16a Verteilerkanälen 17 im Bereich der oberen Anodenkörbe 7 und über eine zweite Zweigleitung 16b Verteilerkanälen 18 im Bereich der unteren Anodenkörbe 8 zugeführt. Von den Verteilerkanälen 17 führen einzelne Düsenkanäle 19 nach unten zu Düsenöffnungen 20, 21, die sich in der Nähe der Bewegungsebene der Leiterplatten befinden. Über die Düsenöffnungen 20 wird der Elektrolyt unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel gegen die Oberfläche der vorbeiwandernden Leiterplatten ausgestoßen, während der Elektrolyt aus den Düsenöffnungen 21 senkrecht nach unten strömt, also unter rechtem Winkel auf die vorbeiwandernden Leiterplatten auftrifft.

Der weitere Verlauf des Elektrolyten aus den unteren Verteilerkanälen 18 nach oben ähnelt im wesentlichen demjenigen, der für den Weg des Elektrolyten aus den oberen Verteilerkanälen 17 schon beschrieben wurde. Zu beachten ist jedoch, daß den schräg gerichteten Düsen­ öffnungen 20 oberhalb des Bewegungsweges der Leiterplatten jeweils eine vertikal ausgerichtete Düsenöffnung 21 unterhalb des Bewegungsweges der Leiterplatten gegenüber­ steht bzw. umgekehrt. Hierdurch wird vermieden, daß die vorbeiwanderende Leiterplatte auf beiden Seiten unter demselben Druck mit Elektrolyt beaufschlagt wird, was die Durchströmung der Bohrungen behindern würde.

Jeder Kontakt- und Transportwalze 6 ist eine Entkupferungs­ kathode 22 zugeordnet. Dabei kann es sich um stabähnliches Gebilde aus Titan handeln, welches sich parallel zu der zugeordneten Kontakt- und Transportwalze 6 erstreckt und gegenüber letzterer auf (stärker) negativem Potential liegt.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Mit Hilfe der Pumpe 10 wird dem Sumpf 9 im Maschinenge­ häuse 1 Elektrolyt entnommen und in der bereits geschil­ derten Weise so dem Inneren des Behälters 13 zugeführt, daß sich dieser in dynamischem Gleichgewicht mit Elektro­ lyt anfüllt. Die zu galvanisierenden Leiterplatten werden über den Einlaßschlitz 2 und die Quetschwalzenpaare 5 dem Kontakt- und Transportsystem zugeführt, welches von den Kontakt- und Transportwalzen 6 gebildet wird. Die Kontakt- und Transportwalzen 6 erstrecken sich über die volle Maschinenbreite, erfassen also auch die Leiterplatten über deren gesamte Querabmessung hinweg. Die Kontakt- und Transportwalzen 6 sind an ihrer Mantelfläche zumindest teilweise (hierzu weiter unten) metallisch beschichtet. Diese metallische Beschichtung ist über geeignete Bürsten bzw. Schleifer mit dem negativen Pol der Galvanisierungs- Stromquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden, deren positiver Pol wiederum mit den verschiedenen Anoden­ körben 7, 8 verbunden ist. Durch die Berührung mit den metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwal­ zen 6 erhalten auch die metallischen Beschichtungen der elektronischen Leiterplatten negatives Potential. Zwischen diesen metallischen Beschichtungen der elektronischen Leiterplatten und den Anodenkörben 7, 8 baut sich daher beim Durchlauf der elektronischen Leiterplatten ein elektrisches Feld auf. In diesem findet in bekannter Weise die Elektrolyse statt, in deren Verlauf die Oberflä­ chen der Leiterplatten, insbesondere aber auch die Mantel­ flächen der in den Leiterplatten enthaltenen Bohrungen, mit einem metallischen (im allgemeinen kupfernen) Überzug versehen werden. Durch das mehrfache Durchlaufen einer Galvanisierungsstrecke zwischen zwei Anodenkörben 7, 8 wird in mehreren Stufen die erforderliche Schichtdicke auf den elektronischen Leiterplatten aufgebaut. Die Anzahl der hintereinander zu durchlaufenden Strecken zwischen gegenüberliegenden Anodenkörben 7, 8 kann grundsätzlich beliebig groß sein; sie richtet sich ausschließlich nach der erforderlichen Dicke der auf den Leiterplatten gewünschten metallischen Beschichtungen. Bei den die in Fig. 1 am weitesten links liegenden Kontakt- und Transportwalzen 6 passierenden Leiterplatten ist also anzunehmen, daß die gewünschte Schichtdicke der metalli­ schen Beschichtung erreicht ist. Diese Leiterplatten können dann über die Quetschwalzenpaare 5 und den Aus­ laßschlitz 3 den Galvanisierungsmodul verlassen und einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden.

Das die Galvanisierung bewirkende elektrische Feld wirkt bekanntlich nicht nur zwischen den Anodenkörben 7, 8 und den jeweils vorbeiwandernden Leiterplatten sondern auch zwischen den Anodenkörben 7, 8 und den jeweils benachbarten Kontakt und Transportwalzen 6. Dies hat zur Folge, daß auch die auf negativem Galvanisierungs­ potential liegenden metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 galvanisch mit einem metallischen Überzug versehen werden, was auch bei guter mechanischer Abschirmung der Kontakt- und Transportwalzen 6 gegen den Elektrolyten nicht vollständig vermeidbar ist. Aus diesem Grunde sind die Entkupferungselektroden 22 vor­ gesehen, die sich auf einem gegenüber den metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 noch stärker negativen Potential befinden. Zwischen den Ent­ kupferungselektroden 22 und den metallischen Beschich­ tungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 findet also ein Elektrolysevorgang statt, in dessen Verlauf von den metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Trans­ portwalzen 6 galvanisch abgeschiedenes Metall wieder in Lösung gebracht und anschließend an den Entkupferungs­ kathoden niedergeschlagen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 über lange Betriebszeiten hinweg frei von unerwünschten Abscheidungen zu halten.

Grundsätzlich ist es möglich, die Kontakt- und Transport­ walzen 6 über ihre ganze axiale Abmessung hinweg mit einer metallischen Beschichtung, beispielsweise einer Titanbeschichtung zu versehen. Dies ist jedoch nicht immer erforderlich. In vielen Fällen reicht es aus, wenn die Kontakt- und Transportwalzen 6 nur über einen Teilbereich ihrer axialen Abmessung hinweg mit metalli­ schen Beschichtungen versehen sind. Ein derartiges Bei­ spiel ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die hier gezeigte Kontakt- und Transportwalze 106 umfaßt einen zylindrischen Grundkörper 130 aus Kunststoffmaterial, z. B. Polypropylen, der nur zwei ringartige seitliche Bereiche 131, 132 mit metallischer Beschichtung trägt.

Das Flächenverhältnis zwischen metallischer Beschichtung und (unverkleidetem) Kunststoffgrundkörper sowie das geomet­ rische Muster der metallischen Beschichtung kann beliebig nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten verändert werden. So ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kontakt- und Transportwalze 206 die halbe axiale Abmessung mit einer metallischen Beschichtung 231 versehen, während in der zweiten Hälfte der axialen Erstreckung der Kunststoffgrundkörper 230 freiliegt.

Das Muster und die Größe der metallischen Beschichtung, die sich jeweils auf den Kontakt- und Transportwalzen 6 befindet, wird entsprechend der Geometrie der auf den Leiterplatten aufgebrachten Leiterbahnen und der Anordnung der Bohrungen so gewählt, daß sich eine schat­ tenfreie, gleichmäßige Ausbildung des galvanischen Nieder­ schlages insbesondere auf den Mantelflächen der Bohrungen ergibt. Dabei können, in Bewegungsrichtung der Leiter­ platten gesehen, durchaus unterschiedliche Kontakt- und Transportwalzen 6 kombiniert werden. So könnte also beispielsweise die Kontakt- und Transportwalze 206 von Fig. 3 jeweils um 180° versetzt abwechselnd in die Vorrichtung von Fig. 1 eingebaut werden. Es wäre auch denkbar, Kontakt und Transportwalzen, wie sie in Fig. 106 dargestellt sind, mit Kontakt- und Transportwalzen 206 nach Fig. 3 in derselben Vorrichtung zu kombinieren.

Bei der Wahl der Gesamtfläche der metallischen Beschich­ tungen auf den Kontakt- und Transportwalzen 6 empfiehlt sich die Beachtung des folgenden Gesichtspunktes:

Es ist bekannt, daß bei Galvanisiervorrichtungen der hier beschriebenen Art der Elektrolyt sich im Laufe der Betriebs zeit mit Ionen des auf den elektronischen Leiterplatten abzuscheidenen Metalls, im allgemeinen also von Kupfer, anreichert. Um ein Ansteigen der Metallionen­ konzentration im Elektrolyt zu vermeiden, sind zwei Gegenmaßnahmen bekannt: Entweder wird der Elektrolyt durch Zugabe von Chemikalien und Wasser so regeneriert, daß sich wieder die gewünschte Metallionenkonzentration einstellt. Dies hat jedoch die nachteilige Folge, daß die Menge des in der Vorrichtung befindlichen Elektoly­ ten wächst, das elektrolytische Bad also "kalbt". Daher wird die zweite Gegenmaßnahme bevorzugt. Hierbei wird eine Hilfselektrolyse eingesetzt, welche dem Elektro­ lyten laufend Metallionen durch galvanische Abscheidung an einer Hilfskathode entzieht.

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung kann die an und für sich unerwünschte Abscheidung von Metallionen aus dem Elektrolyten auf den metallischen Bereichen der Kontakt- und Transportwalzen 6 im Sinne dieser Hilfs­ elektrolyse eingesetzt werden. Die Gesamtmenge des Me­ talles, welches auf den metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 abgeschieden wird, hängt von der Gesamtfläche dieser metallischen Beschich­ tungen ab. Es ist im allgemeinen immer möglich, durch entsprechende Versuche für die jeweils verarbeiteten Elektrolyten und elektronischen Leiterplatten diejenige Fläche der metallischen Beschichtungen auf den Kontakt- und Transportwalzen 6 zu ermitteln, bei welcher die Konzentration der Metallionen im Elektrolyten konstant bleibt.

Nach dem oben Gesagten verbleibt das so dem Elektrolyten entzogene Metall nicht auf den metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 sondern wird durch die oben angesprochene Hilfselektrolyse von diesen wieder abgelöst und schlußendlich auf den Entkupferungskathoden 22 abgeschieden.

Die metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transport­ walzen 6 können im einfachsten Falle aus Titan bestehen, einem Metall, welches in Galvanisiervorrichtungen der hier interessierenden Art ohnehin sehr weit verbreitet ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Wirkungs­ grad der Entkupferungselektrolyse, also die zum "Blankhal­ ten" der metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 erforderlichen Stromstärke, sehr viel geringer gehalten werden kann, wenn die metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 mit einem katalytisch aktiven Metall überzogen sind. In Frage kommen hierbei insbesondere Gold, Palladium, Iridium und dergleichen. Die Schichtdicke dieses katalytisch aktiven Metalles braucht nicht größer als wenige µm zu sein. Versuche haben gezeigt, daß sich auf diese Weise der zur Durchführung der Entkupferungselektrolyse erforderliche Strom auf bis zu einem Viertel des Wertes verringern läßt, der bei Verwendung von metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 aus Titan erforderlich wäre. Die sich vorübergehend auf derartigen katalytisch aktiven Überzügen bildenden galva­ nischen Abscheidungen sind kompakt; es besteht daher nicht die Gefahr, daß sich aus diesen Abscheidungen Metallpartikel lösen und auf die Leiterplatten gelangen können.

Unabhängig davon, aus welchem Metall die metallischen Beschichtungen der Kontakt- und Transportwalzen 6 be­ stehen, und unabhängig davon, welchen prozentualen An­ teil diese metallischen Beschichtungen auf den Mantel­ flächen der Kontakt- und Transportwalzen 6 einnehmen, ist es wichtig, daß sich die Kontakt- und Transportwalzen 6 über die gesamte Breite der bearbeiteten elektro­ nischen Leiterplatten hinweg erstrecken. Auf diese Weise wird nämlich ein Staueffekt und ein dynamisches Strömungs­ verhalten des Elektrolyten auf den elektronischen Leiter­ platten hinweg bewirkt, welches lokal unterschiedliche, auf die elektronischen Leiterplatten wirkende Drucke erzeugt und so die Durchströmung der Bohrungen in den Leiterplatten und damit auch die Gleichmäßigkeit der Beschichtung der Mantelflächen dieser Bohrungen ("Streuung") verbessert. Auf Einzelheiten in diesem Zusammenhang wurde bereits weiter oben eingegangen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Galvanisieren von elektronischen Leiterplatten oder dergleichen, insbesondere von
solchen, die eine Mehrzahl von Bohrungen enthalten, mit

• a) einem Maschinengehäuse, in dessen unterem Bereich sich ein Sumpf für einen Elektrolyten befindet;
• b) mindestens einer Galvanisierungs-Stromquelle;
• c) Kontakt- und Transportmitteln, welche elektrisch mit dem negativen Pol der Galvanisierungs-Strom­ quelle verbunden sind, derart an den elektronischen Leiterplatten angreifen, daß deren metallische Be­ schichtungen ebenfalls auf negativem Potential lie­ gen, und welche die elektronischen Leiterplatten in im wesentlichen horizontaler Ausrichtung entlang eines Bewegungsweges durch die Vorrichtung hindurch­ führen;
• d) mindestens einer in der Nähe des Bewegungsweges angeordneten Anode, die mit dem positiven Pol der Galvanisierungs-Stromquelle verbunden ist;
• e) einem mindestens einen Teil des Bewegungsweges und die Anode(n) umgebenden Behälter, welcher einen Einlaß- und einen Auslaßschlitz für die elektronischen Leiterplatten aufweist;
• f) mindestens einer Pumpe, welche aus dem Sumpf Elektrolyt entnimmt und dem Behälter zuführt, derart, daß dessen Innenraum im dynamischen Gleichgewicht zwischen Zu- und Abfluß mit Elektrolyt angefüllt ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontakt- und Transportmittel als drehbar angetrie­ bene Kontakt- und Transportwalzen (6; 106; 206) ausgebildet sind, welche sich quer zur Bewegungsrichtung der elektro­ nischen Leiterplatten über die gesamte Arbeitsbreite der Vorrichtung erstrecken, zumindest bereichsweise auf ihrer Mantelfläche eine metallische Beschichtung (131, 132; 231) aufweisen, die mit dem negativen Pol der Galvanisierungs-Stromquelle verbunden ist, und welche zur Anlage jeweils an einer Hauptfläche der elektronischen Leiterplatte ausgebildet sind, derart, daß jede Kontakt- und Transportwalze (6; 106; 206) eine Staubarriere für den strömenden Elektrolyt bildet, wodurch sich an den Leiterplatten lokal dynamisch variierende Druckunterschiede einstellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt- und Transportwalzen (6) in Paaren vorgesehen sind, deren Partner zur Anlage jeweils an gegenüberliegenden Hauptflächen der elektronischen Leiter­ platten ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontakt- und Transportwalzen (6) über ihre gesamte axiale Abmessung hinweg mit einer metallischen Beschichtung versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontakt- und Transportwalzen (106; 206) nur über einen Teil ihrer Mantelfläche in einem bestimmten geometrischen Muster mit einer metal­ lischen Beschichtung (131, 132; 231) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr Kontakt- und Transportwalzen (106, 206) mit unterschiedlichen geometrischen Mustern der metalli­ schen Beschichtung (131, 132; 231) kombiniert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher eine Hilfskathode vorgesehen ist, an welcher zur Konstanthaltung der Metallionenkonzentration im Elektro­ lyten Metall elektrolytisch abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Beschichtungen (131, 132; 231) der Kontakt- und Transportwalzen (6; 106; 206) als Hilfs­ kathoden dienen und ihre Gesamtfläche so gewählt ist, daß sich während der Betriebsdauer die gewünschte kon­ stante Konzentration von Metallionen im Elektrolyten ergibt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens eine Entkupferungskathode vorgesehen ist, die auf stärker negativem Potential als die Kontakt- und Transportmittel liegen und in deren Nähe angeordnet sind, derart, daß auf den Kontakt- und Transportmitteln abgeschiedenes Metall wieder in Lösung geht und sich auf der Entkupferungskathode niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Beschich­ tungen (131, 132; 231) der Kontakt- und Transportwalzen (6; 106; 206) mit einem Überzug aus katalytisch aktivem Metall versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metall Gold, Palladium, Iridium oder eine Legierung dieser Bestandteile ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung der Leiterplatten gesehen mehrere einzelne Anoden (7, 8) vorgesehen sind, zwischen denen jeweils ein Kontakt und Transportwalzenpaar (6) angeordnet ist.