DE3637215A1 - Aetzdruckmaschine zum herstellen gedruckter schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Ätzdruckmaschinen zum Herstellen ge­ druckter Schaltungen, insbesondere für das chemische Ätzen von Schaltungen.

Bei der Herstellung gedruckter Schaltungen ist es üblich, die Leiterplatten durch eine Reihe von Verarbeitungsmaschinen über ein Fördersystem hindurch zu fördern. Die einzelnen Verfahrensschritte enthalten das sogenannte Resiststripping, Vorreinigen, Ätzen, Neutralisieren, mit Wasser ausspülen und Trocknen. Die Ätzdruckmaschine (etching machine) umfaßt eine im wesentlichen langgestreckte Ätzkammer mit einer Reihe von Walzen, die einen gegenseitigen Abstand haben, parallel zueinander und senkrecht zur Förderrichtung angeordnet sind. Ein Sprühsystem mit wenigstens einem Satz von Sprühdüsen, die über Rohrleitung miteinander verbunden sind, ist auf die Walzen gerichtet, um Ätzmittel auf die entlang der Walzen geförderten Leiterplatten zu sprühen. Sollen Schaltungen auf beiden Seiten der Leiterplatten aufgedruckt werden, so bedarf es natürlich zweier Sätze solcher Sprühdüsen, einen oberhalb und einen unterhalb der Walzen. Das Ätzmittel wird aus einem Sumpf herangefördert, normalerweise in der Maschine selbst enthalten. Dem Sumpf ist normalerweise ein Dosier­ system oder Regenerationssystem zugeordnet, um die chemische Zusammensetzung des Ätzmittels im wesentlichen konstant zu halten, sodaß die Leiterplatten bei im wesentlichen konstan­ ter Fördergeschwindigkeit durch die Ätzdruckmaschine hin­ durch gefördert werden können.

Bei diesem Ätzdruckverfahren bestand lange Zeit ein Problem darin, daß es praktisch unmöglich ist, die chemische Zusammen­ setzung des Ätzmittels absolut konstant zu halten, und zwar selbst bei Anordnung eines Regenerationssystems. Demgemäß war es notwendig und ganz normal, daß die Bedienungsperson die Qualität des Ätzdruckverfahrens durch visuelles Begut­ achten an einer Stelle nah dem Ende der Ätzkammer zu erfas­ sen versuchte, und zwar im Hinblick auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Kupfer, um sicherzustellen, daß das gesamte überschüssige Kupfer vor dem Verlassen der Leiterplatte aus der Ätzkammer entfernt wird. Das Problem einer derartigen Kontrolle liegt darin, daß die Bedienungsperson die Vorgänge in der Ätzkammer nicht genau genug erfassen kann, insbeson­ dere dann, wenn auf Ammoniakbasis aufgebaute Ätzmittel ver­ wendet werden, die von blauer Farbe sind. Bei solchen Ätz­ prozessen wurde das Förderorgan bisher auf eine so hohe Ge­ schwindigkeit gebracht, bis die aus der Ätzkammer austretende Leiterplatte nur noch minimale Kupfermengen auf ihrer Ober­ fläche enthält. Sodann wurde das Förderorgan schrittweise langsam heruntergefahren, bis zu der Geschwindigkeit, bei der das Kupfer gerade verschwindet. Bei einem solchen Vor­ gehen besteht jedoch die Gefahr des Überätzens der Leiter­ platte und deswegen des Unterschneidens des Widerstandes, wobei die gedruckte Schaltung in das Kupfer eingefräst wird, da die Verringerung der Geschwindigkeit nicht einwandfrei und genau gesteuert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ätzdruckma­ schine gemäß dem Gattungsbegriff zu schaffen, die in jeder Beziehung gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und vor allem die geschilderten Probleme nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Mit einer solchen Maschine läßt sich eine ganz einwandfreie und saubere Kontrolle des Ätzverfahrens durch Unterteilen der Kammer in zwei Abschnitte erzielen. Der größte Teil des Ätzdruckens wird in dem Hauptätzbereich ausgeführt, während die Feinkontrolle der Qualität der fertigen Leiterplatten im Kontrollätzbereich durchgeführt wird. Da ferner die Lei­ terplatten aus dem Hauptätzbereich austreten bevor sie den Kontrollätzbereich erreichen, läßt sich eine positive und direkte visuelle Überprüfung an dieser ersten Kontrollstelle durch einen Bedienungsmann vornehmen; die Überprüfung läßt sich leicht mit einer ähnlichen Überprüfung an einer zweiten Kontrollstation vergleichen.

Eine weitere wichtige Ausführungsform der Erfindung ist in Anspruch 2 enthalten. Hierdurch wird sichergestellt, daß selbst Spuren von Kupfer, die noch zu ätzen sind, durch den Sensor erfaßt werden, da diese Spuren die durch die Leiter­ platte hindurchtretende Lichtmenge verringern. Es hat sich ferner herausgestellt, daß der Sensor derart gestaltet und angeordnet werden kann, daß er genügend empfindlich ist, um Kupferstreifen auf der Leiterplatte zu erfassen, die ein Anzeichen eines blockierten Ätzstrahles sind.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Hauptelemente der Ätzdruckmaschine.

Die Fig. 2-6 sind Seitenansichten von Ausschnitten einer Leiterplatte.

Die in Fig. 1 dargestellte Ätzkammer ist in einen relativ langgestreckten Hauptätzabschnitt 1 (beispielsweise 1,2 m) und einen zweiten, relativ kurzen Kontrollätzabschnitt 2 (beispielsweise 5 cm) unterteilt. Die Abschnitte sind durch einen Waschabschnitt 3 voneinander getrennt, der eine klare Sicht schafft, sowie durch eine Kontrollstation 5. An Kon­ trollstation 5 kann eine klare visuelle Überprüfung vorgenom­ men werden. Deren Ergebnis läßt sich mit einer weiteren visuellen Überprüfung vergleichen, und zwar an einem weite­ ren Kontrollabschnitt 6, der sich hinter einem weiteren Waschabschnitt 4 befindet, der seinerseits nach dem Kontroll­ ätzabschnitt 2 angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich saubere Vergleichsmessungen visuell an den Kontrollabschnit­ ten 5 und 6 durchführen und entsprechende Geschwindigkeits­ einstellungen manuell von einer Bedienungsperson vornehmen. Bei dieser Ausführungsform werden diese Vergleichsmessungen entsprechend einer bevorzugten Entwicklung der Erfindung automatisch durch das Messen der Lichtpegel durchgeführt. Zu diesem Zweck sind unter dem Förderer 1 a in den beiden Kontrollabschnitten 5 und 6 Lichtboxen 7 und 8 vorgesehen. Lichtsensoren 9 und 10 sind gegenüber den entsprechenden Boxen 7 und 8 oberhalb des Förderers angeordnet und jeweils an eine Kontrolleinheit 11 angeschlossen, um den Förderer mittels eines Schrittschaltmotors 12, eines Potentiometers 13, eines Gleichstrommotors 14 und eines Antriebsmotors 15 zu beschleunigen oder zu verzögern.

Im praktischen Betrieb sind die Sensoren am besten fotosen­ sitive Dioden, beispielsweise von 5 V, die einen Bereich von beispielsweise 0-1,8 V ergeben. Je nach der von der Leiterplatte wegzuätzenden Kupfermenge, das heißt dem Pro­ zentsatz von zu entfernendem Kupfer, beispielsweise 50%, läßt sich der Spannungsbereich der Sensoren beispielsweise zwischen 1 und 400 einstellen, um die Menge des übertragenen Lichtes von null durch eine ungeätzte Leiterplatte (1) bis zu der durch eine geätzte Leiterplatte (400) übertragene Lichtmenge abzudecken. Die wegzuätzende Kupfermenge läßt sich somit entsprechend Skalenzahlen über die Dioden sowie ein vorbestimmtes Programm über das Komparatorsystem steuern.

Um das Maß der mittels der Erfindung möglichen Kontrollen erfassen zu können - gegenüber bisher verwendeten Verfahren -, sei das folgende Beispiel aufgeführt:

Typische Daten:

Effektive Länge der Ätzung1,25 m Stärke der Kupferschicht0,0254 mm Ätzzeitdauer50 s Ätzfaktor2 : 1 (das heißt Ätztiefe zur Ätzbreite)

Fig. 2 zeigt eine perfekte Ätzung bei typischen Bedingungen. Man erkennt eine Widerstandsschicht 16, eine Kupferschicht 17 und ein Basislaminat 18, das normalerweise lichtdurch­ lässig ist. Wie man sieht, liegt bei einer Unterätzung des Basislaminats von null dennoch eine Unterätzung des Kupfers an der Widerstandsschicht von etwa 0,0127 mm vor (Angaben in der Zeichnung in Zoll). Wie oben erwähnt, läßt sich eine Unterätzung (Undercut) von null nicht leicht erreichen; in Fig. 3 ist ein anerkanntes Kontrollmaß dargestellt, bei Ein­ satz geschulten Bedienungspersonals, das visuelle Überprü­ fungen durchführt. Man sieht, daß eine Unterätzung von 0,0127 mm am Basislaminat toleriert wird, weshalb eine Unter­ ätzung von 0,0254 mm an der Widerstandsschicht entsteht. In vielen Fällen ist jedoch selbst dieses Kontrollmaß nicht zuverlässig, was die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit Ätzbreiten von weniger als 0,127 mm schwierig macht. In Fig. 4 erkennt man einen typischen Ätzabschnitt, der diese Beschränkung veranschaulicht. Wie man dort sieht, ist die gesamte Breite des Ätzstriches an der Widerstandsschicht 0,0762 mm.

Im folgenden soll auf Fig. 5 eingegangen werden. Diese stellt den Grad der möglichen Kontrolle durch Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Ätzdruckmaschine (etching machine) dar. Die wirksame Ätzlänge von 1,25 m wird am besten in eine Haupt­ kammer von 122 cm und einer Kontrollätzkammer von 3 cm Länge unterteilt. Die Daten dieses Systemes lassen sich wie folgt modifizieren:

Länge der Hauptätzung122 cm Länge der Kontrollätzung3 cm Ätzzeitdauer - Hauptätzung48 s Ätzzeitdauer - Kontrollätzung2 s Entferntes Kupfer - Hauptätzung0,02 mm Entferntes Kupfer - Kontrollätzung0,005 mm

Wie man sieht, läßt sich am Basislaminat eine Unterätzung bis in eine Größenordnung von 0,00254 mm erreichen, mit dem Ergebnis, daß die Unterätzung an der Widerstandsschicht bei 0,0152 mm gehalten wird. Bei einem typischen Ätzabschnitt von 0,127 mm am Basislaminat, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben ist, nunmehr auf Fig. 6 angewandt, erkennt man, daß die Breite eines Striches an der Widerstandsschicht auf 0,0965 mm angehoben wird. Durch Verringerung der unter Ätzung auf die kontrollierten Bereiche gemäß der Erfindung läßt sich die Herstellung von Strichbreiten von weniger als 0,127 mm mit größerer Zuverlässigkeit erreichen.

Claims (5)

1. Ätzdruckmaschine zur Herstellung gedruckter Schaltungen (Leiterplatten), mit einer langgestreckten Ätzkammer und einem Förderer zum Fördern der Leiterplatten durch die Ätzkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzkammer in zwei Abschnitte unterteilt ist, die einen gegenseitigen Abstand aufweisen, umfassend einen ersten, relativ langen Hauptätzabschnitt, gefolgt von einem zweiten, relativ kurzen Kontrollätzabschnitt, daß zwei Kontrollstationen vorgesehen sind, deren erste sich zwischen den beiden Abschnitten befindet und deren zweite auf den zweiten Abschnitt folgt, daß die beiden Kontrollabschnitte Orte zum Überprüfen und Vergleichen der Ätzbedingungen der Leiterplatten an den beiden Stationen umfassen, um die Geschwindigkeit des Förderers derart zu kontrollieren, daß die Menge der Unterätzung der Leiterplatte, die aus der zweiten Ätzkammer austritt, auf einem Minimum gehalten wird.

2. Ätzdruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle unterhalb des Förderers an den beiden Kontrollstationen angeordnet ist, die Licht nach oben durch die Leiterplatten wirft, die die Kontrollstationen durchlaufen, daß lichtempfindliche Sensoren oberhalb des Förderers und gegenüber einer jeden Lichtquelle angeordnet sind, daß die Sensoren ein Signal erzeugen, das sich mit der Menge der durch die einzelne Leiterplatte hindurch­ tretenden Lichtmenge ändert, und daß ein Komparator vor­ gesehen ist, dem die Signale aus den beiden Sensoren ein­ gespeist werden, um ein entsprechendes Korrektursignal zum Einstellen der Geschwindigkeit des Förderers zu erzeu­ gen.

3. Ätzdruckmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, der das Korrek­ tursignal aus dem Komparator eingespeist wird, und die eine Regeleinheit enthält, die das Korrektursignal über einen Schrittschaltmotor und einen Potentiometer einem Gleichstrommotor einspeist, der seinerseits die Drehzahl des Antriebsmotors des Förderers justiert.

4. Ätzdruckmaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor eine Reihe lichtempfind­ licher Vorrichtungen enthält, die einen Spannungsbereich abdecken (beispielsweise 0-1,8 V) und Skalenwerte (bei­ spielsweise 1-400) liefern, um einen Bereich von Null bis Maximum der Menge des durch die Leiterplatten hindurch­ tretenden Lichtes abzudecken, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß die Menge des wegzuätzenden Kupfers in Abhängigkeit von den Skalenwerten geregelt wird, die mittels der lichtempfindlichen Vorrichtungen erzeugt wur­ den.

5. Ätzdruckmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Vorrichtungen dem Komparator ein Signal einspeisen, das ein Maß für die erzeugten Skalenwerte ist, und daß der Komparator einen Vergleich mit einem vorbestimmten Programm vornimmt.