DE4225961C2 - Vorrichtung zur Galvanisierung, insbesondere Verkupferung, flacher platten- oder bogenförmiger Gegenstände - Google Patents
Vorrichtung zur Galvanisierung, insbesondere Verkupferung, flacher platten- oder bogenförmiger GegenständeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Galvanisierung,
insbesondere Verkupferung, flacher, platten- oder bogenför
miger Gegenstände, insbesondere von gedruckten Leiterplat
ten, mit
- a) einem Maschinengehäuse, welches einen mit einem flüssi gen Elektrolyten anfüllbaren Raum aufweist;
- b) einer Fördereinrichtung, welche die Gegenstände im we sentlichen horizontal, parallel zu ihrer Haupterstrec kungsrichtung, kontinuierlich von einem Eingang zu ei nem Ausgang durch das Maschinengehäuse befördert;
- c) mindestens einer Anode, welche sich parallel zum Bewe gungsweg der Gegenstände erstreckt und mit einem ersten Pol einer Spannungsquelle verbunden ist;
- d) einer Kontaktiereinrichtung, welche einen elektrischen Kontakt zu den Gegenständen herstellt und mit einem zwei ten Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
Derartige Vorrichtungen mit unterschiedlichen Förderein
richtungen sind in der DE-OS 36 24 481 bzw. der DE-OS 32 36 545
beschrieben. Sie arbeiten durchweg mit einer kon
stanten Gleichspannung, so daß sich die zu galvanisieren
den Gegenstände auf dem Wege durch das Maschinengehäuse
der Vorrichtung hindurch im wesentlichen stets in demselben
elektrischen Feld befinden. Die Plattiergeschwindig
keit, also die Geschwindigkeit, mit der sich die galvani
sierte Metallschicht auf den Gegenständen aufbaut, ist da
bei verhältnismäßig gering; dies bedeutet, daß bei einer
vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit der Gegenstände die
Länge der Vorrichtungen sehr groß sein muß. Hierdurch wer
den die bekannten Vorrichtungen außerordentlich teuer.
In dem Zeitschriftenartikel "Pulse Plating of Copper
for Printed Board Technology", Metal Finishing, April
1991, Seiten 21 bis 27 wird von wissenschaftlichen Unter
suchungen über die galvanische Abscheidung von Kupfer
mit pulsierendem Strom bei der Leiterplattenanfertigung
berichtet, wobei auch rechteckige Pulsformen berücksichtigt
wurden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich
tung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß hö
here Plattiergeschwindigkeiten erzielbar sind und diesel
ben Schichtdicken mit kürzeren Vorrichtungen erreicht wer
den können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Spannungsquelle mindestens einen einstellbaren Impulsgene
rator umfaßt, dessen Ausgangssignale an die Anode und die
Kontaktiereinrichtung gelegt und Rechteckimpulse mit wähl
barer Wiederholfrequenz, Taktverhältnis, Amplitude und Po
larität sind, wobei im zeitlichen Mittelwert die Anode ge
genüber der Kontaktiereinrichtung positiv ist.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Plat
tiergeschwindigkeit um ein Vielfaches dann erhöht werden
kann, wenn statt einer konstanten Gleichspannung an den
Elektroden der Elektrolyse, d. h., an der Anode einerseits
und den zu galvanisierenden Gegenständen andererseits, eine
pulsierende Gleichspannung anliegt. Die stromlosen Zeiten,
die zwischen den einzelnen Impulsen liegen, werden dadurch
kompensiert, daß die Amplitude der Impulse entsprechend
erhöht wird. Mit gleichem Stromverbrauch ist die Abschei
dungsrate bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
damit die Stromausbeute erheblich höher als beim Stande
der Technik. Die physikalischen Vorgänge, auf denen dies
beruht, sind im einzelnen noch nicht erforscht. Es scheint
jedoch festzustehen,
daß hierbei Konzentrations- und Polarisationsef
fekte im Bereich der Anoden und der zu plattierenden Gegen
stände eine Rolle spielen, welche bei gepulstem Betrieb
günstig beeinflußt werden. Insbesondere dürfte durch die
höheren Spannungen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt werden können, das Durchdringen der Metallionen
durch die Ladungs-Doppelschicht im Bereich der zu plattie
renden Gegenstände begünstigt zu werden, so daß die Abschei
dung von Metall erleichtert wird. Die genauen Parameter der
von dem Impulsgenerator erzeugten Ausgangssignale, insbeson
dere also die Wiederholfrequenz, das Taktverhältnis und die
Amplitude, können durch Versuche optimiert und so den gege
benen geometrischen Verhältnissen ebenso wie dem jeweils
vorhandenen Elektrolyten angepaßt werden. Unterschiedliche
Elektrolyte, also insbesondere unterschiedliche Arten von
Metallionen und unterschiedliche Additive, können anders
aussehende Impulse erforderlich machen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfaßt die Spannungsquelle mindestens zwei unab
hängig voneinander betriebene Impulsgeneratoren, deren
addierte Ausgangssignale an die Anode bzw. die Kontaktier
einrichtung gelegt sind und deren relative Phasenlage
einstellbar ist. Durch die Überlagerung der mehreren,
insbesondere zwei, von den unabhängigen Impulsgeneratoren
erzeugten Rechteckimpulse, deren charakteristische Parameter
unabhängig voneinander wählbar sind, lassen sich sehr
differenzierte Gesamtimpulse zusammensetzen, die zu günstigen
Resultaten führen.
Besonders schnelle Galvanisierungsgeschwindigkeiten werden
mit einer Ausführungsform der Erfindung erzielt, bei wel
cher der oder die Impulsgeneratoren solche Ausgangssignale
erzeugen, daß die effektiv an der Anode bzw. der Kontak
tiereinrichtung liegende Spannung während eines Teiles der
Zeit die umgekehrte Polarität aufweist, bei welcher die
Anode gegenüber der Kontaktiereinrichtung negativ ist. Die
se zeitweilige Umkehrung der Polarität der Betriebsspannung
scheint insbesondere nachteilige Konzentrationseffekte aus
zuschließen. Möglicherweise geht dabei auch jeweils wieder
ein kleiner Teil der zuvor bereits aufplattierten Schicht
wieder in Lösung, was die Oberfläche von anhaftenden Ver
unreinigungen befreit.
Die Wiederholfrequenz der Ausgangssignale des Impulsge
nerators kann zwischen 10 und 10.000 Hz liegen.
Die zu galvanisierenden platten- bzw. bogenförmigen Gegen
stände, insbesondere die Leiterplatten, weisen häufig
Durchgangsbohrungen auf, deren Mantelflächen ebenfalls zu
galvanisieren sind. In vielen Fällen ist gerade die bevor
zugte oder ausschließliche Galvanisierung der Mantelflächen
dieser Durchgangsbohrungen erwünscht. Überraschenderweise
hat sich bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen herausgestellt,
daß eine bevorzugte Abscheidung von Metall an den Mantel
flächen der Durchgangsbohrungen erfolgt, wenn der Elektro
lyt gekühlt wird. Besonders brauchbar ist ein Temperaturbe
reich zwischen 10 und 30°C, vorzugsweise zwischen 18 und
24°C. Deshalb ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher der
Elektrolyt kühlbar ist.
Eine günstige Ausgestaltung sieht so aus, daß ein Sumpf
für den Elektrolyten vorgesehen ist, aus welchem der Elek
trolyt kontinuierlich in den mit Elektrolyt befüllbaren
Raum des Maschinengehäuses gebracht und in welchen der Elek
trolyt von dort wieder zurückgebracht wird, und daß die
Kühleinrichtung umfaßt:
- a) einen Hauptkühler, mit welchem der in dem Sumpf befindliche Elektrolyt unterhalb einer ersten vorwählbaren Temperatur gehalten wird;
- b) mindestens einen Hilfskühler, mit welchem der dem Sumpf entnommene Elektrolyt auf dem Wege zu dem mit Elektrolyt befüllbaren Raum des Maschinengehäuses kühlbar ist und der diesen Elektrolyten auf einer zweiten vorwählbaren Temperatur hält, die niedriger als die erste ist.
Durch die Aufteilung der gesamten Kühlwirkung auf einen
Haupt- und einen Hilfskühler läßt sich eine besonders prä
zise und rasche Regelung der Elektrolyttemperatur "vor Ort",
d. h. in der Nähe der zu plattierenden Gegenstände, bewerk
stelligen. Die "Hauptkühlung" auf die erste vorwählbare
Temperatur erfolgt durch ein verhältnismäßig großes Aggregat
bereits im Sumpf. Diese erste vorwählbare Temperatur liegt
nur wenig über derjenigen Temperatur, die der Elektrolyt
"vor Ort" erreichen soll. Die endgültige, zweite Temperatur,
die unter dem ersten Temperaturwert liegt, wird dann von
dem schnell arbeitenden Hilfskühler geringerer Leistung be
wirkt, welcher auf den Elektrolyten erst auf dessen Weg
zu der Anode Einfluß nimmt.
In den meisten Vorrichtungen der eingangs genannten Art
werden die Gegenstände auf beiden Seiten plattiert. Daher
erstreckt sich beidseits zum Bewegungsweg der Gegenstände
jeweils eine Elektrode. Bei derartigen Vorrichtungen ist
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßigerwei
sen vorgesehen, daß zwei unabhängig voneinander betreib
bare Hilfskühler vorgesehen sind, wobei der den ersten
Hilfskühler durchströmende Elektrolyt den Gegenständen
auf der der einen Anode zugewandten Seite und der den
anderen Hilfskühler durchströmende Elektrolyt den Gegen
ständen auf der der anderen Anode zugewandten Seite zu
geführt wird.
Bei einer Ausgestaltung dieser Art der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist jedem Hilfskühler ein in der Nähe Gegenstände
auf der der entsprechenden Anode zugewandten Seite angeord
neter Temperatursensor zugeordnet, welcher die dortige
lokale Temperatur des Elektrolyten überwacht und danach den
zugeordneten Hilfskühler steuert. Sind mehrere Anoden
vorhanden, so kann es durchaus zweckmäßig sein, zur Vergleich
mäßigung des Auftrages auf den gegenüberliegenden Seiten
der zu galvanisierenden Gegenständen die lokale Temperatur
des Elektrolyten unterschiedlich zu wählen, um so unterschied
lichen geometrischen Verhältnissen, auch in der Strömungs
bewegung des Elektrolyten, Rechnung tragen zu können.
Zweckmäßigerweise ist die Anode eine inerte dimensionssta
bile Elektrode; dann ist eine gesonderte Einrichtung vor
gesehen, mit welcher dem Elektrolyten die bei der Galvani
sierung entzogenen Metallionen wieder zuführbar sind. Die
bekannten, eingangs erwähnten Vorrichtungen verwenden sich
verbrauchende Anoden, d. h. Anodenkörbe, die mit dem Metall
angefüllt sind, welches aufgalvanisiert werden soll. Dieses
Metall geht dann während der Elektrolyse in den Elektro
lyten über und ersetzt so diejenigen Metallionen, die dem
Elektrolyten durch die Abscheidung an den zu galvanisie
renden Gegenständen verloren gehen. Inerte Elektroden, wie
sie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, führen jedoch
zu besser reproduzierbaren Bedingungen und ermöglichen so
günstigere Resultate bei der Aufplattierung. Außerdem las
sen sich derartige inerte Elektroden leichter an unter
schiedliche Arbeitsbreiten der Maschinen anpassen als die
mit Metall gefüllten bekannten Anodenkörbe.
Die inerten Anoden können beispielsweise aus platiniertem
Streckmetall oder mit leitfähigem Oxid überzogenem Material
oder Kohlenstoff bestehen.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kupfergalvanisie
rung eingesetzt, kann die Einrichtung, mit welcher dem Elek
trolyten die bei der Galvanisierung entzogenen Kupferionen
wieder zuführbar sind, umfassen:
- a) einen Vorrat an metallischem Kupfer;
- b) eine Einrichtung, mit welcher ein Teil des Elektrolyten mit Sauerstoff anreicherbar und dem metallischen Kupfer zuführbar ist.
Metallisches Kupfer ist in den üblicherweise verwendeten,
schwefelsauren Kupfersulfatlösungen nicht lösbar. Dies än
dert sich, wenn der Elektrolyt zusätzlich mit Sauerstoff
angereichert wird. Die dosierte Sauerstoffanreicherung kann
also dazu eingesetzt werden, eine ganz bestimmte Menge
metallischen Kupfers chemisch aufzulösen, die so gewählt
wird, daß die Konzentration der Kupferionen im Elektrolyten
im wesentlichen konstant bleibt.
Insbesondere kann in diesem Zusammenhang eine Pumpe vorge
sehen sein, welche dem Sumpf Elektrolyt entnimmt und über
einen oder mehrere Luftinjektoren dem Vorrat an metalli
schem Kupfer zuführt. In diesem Falle wird der Sauerstoff,
der zum Lösen des metallischen Kupfers erforderlich ist,
der Umgebungsluft entnommen und bei der Passage der Luft
injektoren dem Elektrolyten beigemischt.
Zur Erzielung guter Galvanisierungsresultate sind günstige
Strömungsverhältnisse des Elektrolyten innerhalb des Maschi
nengehäuses von Bedeutung. Diesbezüglich erweist sich eine
Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft, bei welcher in
dem Maschinengehäuse mehrere senkrecht zur Bewegungsrich
tung der Gegenstände verlaufende Wände vorgesehen sind,
welche bis nahe an die Gegenstände heranreichen und eine
Mehrzahl von Bohrungen umfassen, über welche Elektrolyt den
Gegenständen zuführbar bzw. von den Gegenständen abführbar
ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird also der
Elektrolyt an einer Vielzahl von Stellen innerhalb des
Maschinengehäuses zugeführt und in gleicher Weise an einer
Vielzahl von Stellen wieder entnommen. Die Einmündungsstellen
und die Entnahmestellen liegen verhältnismäßig nahe an den
Gegenständen, so daß sich in ihrem Bereich wohldefinierte
Strömungswege bilden.
Wenn die Strömungsrichtung des Elektrolyten sich bei in
Bewegungsrichtung der Gegenstände aufeinanderfolgenden Wän
den abwechselt, werden Einflüsse der Strömungsrichtung auf
das Galvanisierungsergebnis beim Durchgang durch die ge
samte Vorrichtung gegenseitig kompensiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgen an
hand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung
zur Galvanisierung von gedruckten Leiterplatten;
Fig. 2 schematisch die Einrichtung zur Aufbereitung des
Elektrolyten, der in der Vorrichtung von Fig.
1 verwendet wird;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung, mit
welcher die Betriebsspannung für die in Fig.
1 dargestellte Vorrichtung erzeugt wird.
Die Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Vor
richtung zum Galvanisieren von gedruckten Leiterplatten,
wobei die Schnittebene in der linken Hälfte der Figur ge
genüber der Schnittebene in der rechten Hälfte der Figur
versetzt ist. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.
Die zu galvanisierenden Leiterplatten werden von einer För
dereinrichtung, die eine Vielzahl angetriebener Rollen 2
umfaßt, im Sinne des Pfeiles 3 durch das Maschinengehäuse
1 der Vorrichtung hindurchbefördert. Unmittelbar oberhalb
und unterhalb des Bewegungsweges der Leiterplatten er
streckt sich parallel zu diesem jeweils eine Anode 4 bzw.
5 aus inertem Material, beispielsweise aus platiniertem
Streckmetall. Die Anoden 4, 5 sind über eine Leitung 6 mit
einer Stromversorgungseinrichtung verbunden, die in Fig.
3 dargestellt ist und weiter unten näher beschrieben wird.
Die randseitigen Rollen des Fördersystemes sind als Kontakt
rollen 7 ausgebildet, die über eine an und für sich bekannte
Bürsteneinrichtung mit einer Leitung 8 verbunden ist. Die
Leitung 8 führt ebenfalls zu der oben bereits erwähnten
Stromversorgungseinrichtung.
Die Anoden 4, 5 sind außer an ihren Enden über Distanz
halter 9 am Maschinengehäuse 1 befestigt. Die Befestigung
erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel mittelbar
über Bleche 10, die ihrerseits abgedichtet am Maschinenge
häuse 1 angeschraubt sind. Zwischen den Blechen 10 und wei
teren Blechen 11, die sich oben und unten über die gesamte
Maschinenbreite und -länge erstrecken, wird eine Vielzahl
von Verteilerräumen 12, 13 gebildet. Die Verteilerräume
12 dienen der Zufuhr von Elektrolyt, die Verteilerräume
13 der Entnahme von Elektrolyt aus dem Innenraum des Ma
schinengehäuses 1. Die Verteilerräume 12, 13 wechseln sich
in Bewegungsrichtung (Pfeil 3) ab; senkrecht hierzu stehen
sich jeweils ein Verteilerraum 12 einem Verteilerraum 13
gegenüber.
Das Maschinengehäuse 1 umfaßt im Inneren eine Vielzahl von
Verteilerwänden 14, die senkrecht zur Bewegungsrichtung
stehen. Durch jede dieser Verteilerwände 14 sind mehrere
abgewinkelte Bohrungen 15, senkrecht zur Zeichenebene gegen
einander versetzt, geführt, welche den zwischen den Anoden
4, 5 liegenden Raum mit jeweils einem Verteilerraum 12,
13 verbinden.
An der Ober- und Unterseite des Maschinengehäuses 1 er
strecken sich, senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 ge
geneinander versetzt, jeweils ein Elektrolyt-Zufuhrkanal
16 (rechte Hälfte von Fig. 1) bzw. Elektrolyt-Abfuhrkanal
17 (linke Hälfte von Fig. 1). Damit wird deutlich, in wel
cher Weise die Schnittebenen in den beiden Hälften von
Fig. 1 gegeneinander verschoben sind. Die Verteilerräume 12
sind über Öffnungen 60 mit den Elektrolyt-Zufuhrkanälen
16, die Verteilerräume 13 über Öffnungen 61 mit den Elektro
lyt-Abfuhrkanälen 17 verbunden.
Der obere Elektrolyt-Zufuhrkanal 16 weist einen Anschluß
stutzen 18 auf, der mit der Leitung 19 der in Fig. 2 ge
zeigten Einrichtung zur Aufarbeitung des Elektrolyten ver
bunden ist. In entsprechender Weise ist der untere Elek
trolyt-Zufuhrkanal 16 mit einem Anschlußstutzen 20 ver
sehen, der mit der Leitung 21 der Einrichtung zur Aufar
beitung des Elektrolyten von Fig. 2 in Verbindung steht.
Auch die beiden Elektrolyt-Abfuhrkanäle 17 weisen jeweils
einen Anschlußstutzen 22 und 23 auf; beide stehen gemeinsam
mit der Leitung 24 in Fig. 2 in Verbindung.
In die in Fig. 1 linke Seitenwand 25 des Maschinengehäuses
1 sind ein zusätzlicher Verteilerraum 12a sowie ein abge
winkelter Kanal 14a eingearbeitet; in entsprechender Weise
findet sich in der in Fig. 1 rechten Seitenwand 26 des
Maschinengehäuses 1 ein zusätzlicher Verteilerraum 12a,
der über Bohrungen 14a, 14b mit dem benachbarten Verteilerraum
12 bzw. dem Raum zwischen den Anoden 4, 5 verbunden
ist. Über die Verteilerräume 12a und 12b sowie die zugehö
rigen Bohrungen 14a, 14b, 14c wird frischer Elektrolyt in
den unmittelbaren Anfangs- bzw. Endbereich des Raumes zwi
schen den Anoden 4, 5 eingebracht.
Unmittelbar benachbart dem Eintrittsschlitz 27 für die Lei
terplatten in der linken Stirnwand 25 des Maschinengehäuses
sind Quetschwalzenpaare 28 vorgesehen. In entsprechender
Weise befinden sich in der Nähe des Austrittsschlitzes 29
in der rechten Stirnwand 26 des Maschinengehäuses 1 Quetsch
walzenpaare 30. Die Quetschwalzenpaare 28 bzw. 30 vermin
dern das Einschleppen bzw. Ausschleppen von Behandlungs
flüssigkeit in das Maschinengehäuse 1 bzw. aus dem Maschi
nengehäuse 1 heraus und stellen zudem eine Art dynamischer
Dichtung dar, welche das Ausströmen von Elektrolyt aus dem
Maschinengehäuse 1 durch die Spalte 27 bzw. 29 begrenzt.
Die Menge von Elektrolyt, die über diese zwangsläufig vor
handenen Undichtigkeiten in der Zeiteinheit entweicht, ist
verglichen mit derjenigen Elektrolytmenge, die über die
Anschlußstutzen 22 bzw. 23 abgezogen wird, klein und kann
durch die über die Anschlußstutzen 18 bzw. 20 in der Zeit
einheit zugeführte Elektrolytmenge leicht ersetzt werden.
In Fig. 2 ist diejenige Einrichtung dargestellt, welche
der Aufbereitung des Elektrolyten dient, der über die An
schlußstutzen 18, 20 in die in Fig. 1 dargestellte Vor
richtung eingebracht und über die Anschlußstutzen 22, 23
dieser Vorrichtung wieder entnommen wird. Da die Vorrich
tung mit inerten Anoden 4, 5 arbeitet, muß das Kupfer,
welches auf die Leiterplatten aufgalvanisiert wird, über
den Elektrolyten zugeführt werden. Der Elektrolyt bedarf
zudem, wie später noch deutlich werden wird, einer bestimm
ten Temperierung. Beide Arten der "Aufbereitung" erfolgen
in der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung.
Diese Einrichtung umfaßt einen als Sumpf für den Elektro
lyten dienenden Behälter 31, der bis zu einem bestimmten
Niveau mit Elektrolyt angefüllt ist. In diesen ist ein
durchlässiger Korb 32 eingetaucht, in dem sich Kupferschrott
33 befindet. Durch den Elektrolyten selbst, der im wesent
lichen aus schwefelsaurem Kupfersulfat besteht, löst sich
der Kupferschrott 33 nicht. Die Einbringung von Kupferionen
in den Elektrolyten geschieht wie folgt:
Eine Pumpe 34 entnimmt dem Sumpf 31 Elektrolyt und führt diesen über eine Leitung 35 einer Vielzahl parallel geschal teter Luft-Injektoren 36 zu. In den Luft-Injektoren 36 wird der Elektrolyt mit Luft-Sauerstoff angereichert und so auf den Kupferschrott 33 im Behälter 32 gerichtet. Mit Hilfe des Luftsauerstoffes kann der Elektrolyt nunmehr den Kup ferschrott 33 auflösen, so daß zusätzliche Kupferionen in den Elektrolyten gelangen.
Eine Pumpe 34 entnimmt dem Sumpf 31 Elektrolyt und führt diesen über eine Leitung 35 einer Vielzahl parallel geschal teter Luft-Injektoren 36 zu. In den Luft-Injektoren 36 wird der Elektrolyt mit Luft-Sauerstoff angereichert und so auf den Kupferschrott 33 im Behälter 32 gerichtet. Mit Hilfe des Luftsauerstoffes kann der Elektrolyt nunmehr den Kup ferschrott 33 auflösen, so daß zusätzliche Kupferionen in den Elektrolyten gelangen.
Der Kupfergehalt im Elektrolyten kann in weiten Grenzen,
etwa zwischen 2 und 240 g/l, vorzugsweise zwischen 10
und 200 g/l schwanken. Besonders typisch ist eine Kupfer
konzentration von 100 g/l. Häufig werden außerdem etwa 10 g/
l EDTA als Additiv eingesetzt.
In der Leitung 35 liegt ein Magnetventil 37, welches von
einer Regeleinrichtung 38 für den Kupfergehalt des Elektro
lyten gesteuert wird. Die Regeleinrichtung 38 ist über eine
Leitung 39 mit einem im Elektrolyten angeordneten Sensor
40 verbunden. Dieser überwacht die Konzentration der Kup
ferionen im Elektrolyten, beispielsweise indem er die Dich
te des Elektrolyten feststellt, oder auf photometrische
Weise. Sinkt die Kupferionenkonzentration im Elektrolyten
unter einen bestimmten Wert ab, so öffnet die Regeleinrich
tung 38 das Magnetventil 37. Nunmehr kann über die Luft-Injektoren
36 mit Luftsauerstoff angereicherter Elektrolyt
auf den Kupferschrott 33 treffen und aus diesem so lange
Kupferionen herauslösen, bis die vom Sensor 40 überwachte
Kupferionenkonzentration wieder den gewünschten Wert er
reicht hat. Dann schließt die Regeleinrichtung 38 das Mag
netventil 37.
Durch die Temperierung des Elektrolyten kann, wie bereits
erwähnt, Einfluß darauf genommen werden, wo sich bevorzugt
das Kupfer während der Elektrolyse in der Vorrichtung von
Fig. 1 auf den Leiterplatten abscheidet. Es hat sich he
rausgestellt, daß eine Kühlung des Elektrolyten dazu führt,
daß die Metallabscheidung bevorzugt an den Mantelflächen
der Durchgangsbohrung in den Leiterplatten erfolgt. Besonders
geeignet ist ein Temperaturbereich zwischen 10 und 30°C,
vorzugsweise zwischen 18 und 24°C. Aus diesem Grunde wird
durch die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung der Elektrolyt
zusätzlich gekühlt. Hierzu ist zunächst eine Haupt-Kühlein
richtung 41 vorgesehen, welche eine im Sumpf 31 angeordnete
Kühlschlange 42 mit Kühlmittel versorgt. Durch die Kühlschla
nge 42 wird der im Sumpf 31 befindliche Elektrolyt auf einer
bestimmten Grundtemperatur gehalten.
Eine Pumpe 43 entnimmt dem Sumpf 31 derart vorgekühlten
Elektrolyt und führt diesen über die Leitung 19 dem oberen
Anschlußstutzen 18 der in Fig. 1 gezeigten Maschine zu.
In der Leitung 19 liegt ein Hilfskühler 44, dessen Kühl
schlange 45 von einer Hilfs-Kühleinrichtung 46 versorgt
wird. Die Hilfs-Kühleinrichtung 46 steht über eine elek
trische Leitung 47 mit einem Temperatursensor 48 in Ver
bindung, der im Bereich der zu galvanisierenden Gegenstände
auf der der oberen inerten Anode 4 zugewandten Seite (Fig.
1) angeordnet ist. Der Temperatursensor 47 mißt die dort
herrschende lokale Temperatur des Elektrolyten. Steigt diese
über einen bestimmten Wert an, so sorgt die Hilfs-Kühleinrichtung
46 durch Beschickung der Kühlschlange 45 im Hilfs
kühler 44 dafür, daß die Temperatur im Bereich des Sensors
48 wieder in entsprechender Weise absinkt.
Eine weitere Pumpe 49 entnimmt dem Sumpf 31 der Einrich
tung von Fig. 2 Elektrolyten und führt diesen über die
Leitung 21 dem unteren Anschlußstutzen 20 der in Fig. 1
dargestellten Vorrichtung zu. In der Leitung 21 liegt ein
weiterer Hilfskühler 50, dessen Kühlschlange 51 unabhängig
von der Kühlschlange 45 von der Hilfs-Kühleinrichtung 46
versorgt wird. Hierzu ist die Hilfs-Kühleinrichtung 46 über
eine elektrische Leitung 52 mit einem Temperatursensor 53
verbunden, der im Bereich der zu galvanisierenden Gegenstände
auf der der unteren Anode 5 zugewandte Seite angeordnet ist
und dort die lokale Temperatur mißt. Mit Hilfe des Tempera
tursensors 53, der Hilfs-Kühleinrichtung 46 und des Hilfs
kühlers 50 wird diese lokale Temperatur des Elektrolyten
unterhalb eines bestimmten Wertes gehalten, der sich durchaus
von dem Sollwert der Temperatur auf der anderen Seite der
zu galvanisierenden Gegenstände unterscheiden kann. Da
die Grundkühlung des Elektrolyten bereits im Sumpf durch
die Haupt-Kühleinrichtung 41 bzw. deren Kühlschlange 42
besorgt wird, braucht die Leistung der Hilfs-Kühleinrichtung
46 nicht sehr groß ausgelegt zu sein. Die Temperatur des
Elektrolyten im Sumpf 31 befindet sich bereits recht nahe
an den Sollwerten der Temperaturen im Bereich der oberen
und unteren Anode 4, 5, so daß die Einregelung auf diese
Sollwerte durch die Hilfskühler 44 und 50 sehr rasch und
mit geringen Regelschwankungen erfolgen kann.
Die Stromversorgungseinrichtung für die Vorrichtung von
Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Sie umfaßt einen schema
tisch dargestellten Transformator 54, der primärseitig mit
der Netzspannung und sekundärseitig mit zwei Impulsgenera
toren 55, 56 verbunden ist. Die Impulsgeneratoren 55 und
56 können jeweils unabhängig voneinander Rechteckimpulse
erzeugen, deren Frequenz, Taktverhältnis, Amplitude, Pola
rität und relative Phasenlage im wesentlichen frei wählbar
sind. Die Ausgangssignale der beiden Impulsgeneratoren 55
und 56 werden überlagert und über die Leitungen 6 bzw. 8
den Elektroden der Vorrichtung von Fig. 1 zugeführt. An den
Elektroden (Anoden 4, 5, Kontakträdern 7 und damit letzt
endlich den Leiterplatten selbst) liegt somit eine gepuls
te Gleichspannung. Der Funktion der Vorrichtung entsprechend
liegt an den Anoden 4, 5 im zeitlichen Mittel überwiegend
eine positive Spannung an; während gewisser Zeitspannen
jedoch kann eine Umpolung dergestalt stattfinden, daß die
Anoden 4, 5 gegenüber den Kontaktrollen 7 und damit gegenüber
den Leiterplatten negativ sind. Während dieser Zeitphasen
wird die auf den Leiterplatten abgeschiedene Kupferschicht
kurzzeitig wieder etwas abgetragen. Außerdem werden Polarisa
tions- und Konzentrationseffekte in der Nähe der Elektro
den der Vorrichtung von Fig. 1 weitgehend eliminiert. Die
von den beiden Impulsgeneratoren 55 und 56 abgegebenen Im
pulse werden für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert und
an die gegebene Geometrie sowohl der Leiterplatten selbst
als auch der Vorrichtung sowie die chemische Zusammenset
zung und Temperatur des Elektrolyten angepaßt. Bei optima
ler Einstellung, die durch gezielte Versuchsserien zu er
mitteln ist, lassen sich sehr hohe Abscheideraten von ei
nigen µ pro Meter bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von
etwa einem Meter pro Minute der Leiterplatten erzielen.
Dies bedeutet, daß in einer Vorrichtung, deren Gesamtlänge
5 Meter nicht übersteigt, auf einen Schritt eine Schicht
mit einer Dicke von 25 µ aufgalvanisiert werden kann. Die
bisher bei Galvanisierungsvorgängen von Leiterplatten ein
gesetzte Sicherheitsschicht mit einer Dicke von 4-5 µ, die
gesondert aufgebracht wurde, kann weggelassen werden.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Galvanisierung, insbesondere Verkup
ferung, flacher, platten- oder bogenförmiger Gegen
stände, insbesondere von gedruckten Leiterplatten, mit
- a) einem Maschinengehäuse, welches einen mit einem flüssi gen Elektrolyten anfüllbaren Raum aufweist;
- b) einer Fördereinrichtung, welche die Gegenstände im we sentlichen horizontal, parallel zu ihrer Haupterstrec kungsrichtung, kontinuierlich von einem Eingang zu ei nem Ausgang durch das Maschinengehäuse befördert;
- c) mindestens einer Anode, welche sich parallel zum Bewe gungsweg der Gegenstände erstreckt und mit einem ersten Pol einer Spannungsquelle verbunden ist;
- d) einer Kontaktiereinrichtung, welche einen elektrischen Kontakt zu den Gegenständen herstellt und mit einem zwei ten Pol der Spannungsquelle verbunden ist;
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsquelle mindestens zwei unabhängig
voneinander arbeitende Impulsgeneratoren (55, 56) umfaßt,
deren addierte Ausgangssignale an die Anode (4, 5) bzw. die
Kontaktiereinrichtung (7) gelegt sind und deren relative
Phasenlage einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der oder die Impulsgeneratoren (55, 56)
solche Ausgangssignale erzeugen, daß die effektiv an der
Anode (4, 5) bzw. der Kontaktiereinrichtung (7) liegende
Spannung während eines Teils der Zeit die umgekehrte Pola
rität aufweist, bei welcher die Anode (4, 5) gegenüber der
Kontaktiereinrichtung (7) negativ ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholfrequenz der
Ausgangssignale des Impulsgenerators (55, 56) zwischen
10 und 10.000 Hz liegt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
daß eine Einrichtung (42, 44, 50) vorgesehen ist, mit
welcher der Elektrolyt kühlbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Sumpf (31) für den Elektrolyten vorgesehen
ist, aus welchem der Elektrolyt kontinuierlich in den mit
Elektrolyt befüllbaren Raum des Maschinengehäuses (1) ge
bracht und in welchen der Elektrolyt von dort wieder zu
rückgebracht wird, und daß die Kühleinrichtung umfaßt:
- a) einen Hauptkühler (42), mit welchem der in dem Sumpf (31) befindliche Elektrolyt unterhalb einer ersten vor wählbaren Temperatur gehalten wird;
- b) mindestens einen Hilfskühler (44, 50), mit welchem der dem Sumpf (31) entnommene Elektrolyt auf dem Wege zu dem mit Elektrolyt befüllbaren Raum des Maschinengehäu ses (1) kühlbar ist und der diesen Elektrolyt auf einer zweiten vorwählbaren Temperatur hält, die niedriger als die erste ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher sich beid
seits parallel zum Bewegungsweg der Gegenstände je
weils eine Anode erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei unabhängig voneinander betreibbare Hilfskühler (44,
50) vorgesehen sind, wobei der den ersten Hilfskühler (44)
durchströmende Elektrolyt den Gegenständen auf der der einen
Anode (4) zugewandten Seite und der den anderen Hilfskühler
(50) durchströmende Elektrolyt den Gegenständen auf der der
anderen Anode (5) zugewandten Seite zugeführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Hilfskühler (44, 50) ein in der Nähe der
Gegenstände auf der der entsprechenden Anode (4, 5) zuge
wandten Seite angeordneter Temperatursensor (48, 53) zuge
ordnet ist, welcher die dortige Temperatur des Elektrolyten
überwacht und danach den zugeordneten Hilfskühler (44, 50)
steuert.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (4, 5) eine in
erte dimensionsstabile Elektrode ist und eine gesonderte
Einrichtung (34-40) vorgesehen ist, mit welcher dem Elek
trolyt die bei der Galvanisierung entzogenen Metallionen
wieder zuführbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (4, 5) aus platiniertem Streckmetall
oder mit leitfähigem Oxid überzogenem Material oder Kohlenstoff
besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Kupfergalvanisierung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit wel
cher dem Elektrolyten die bei der Galvanisierung entzogenen
Kupferionen wieder zuführbar sind, umfaßt:
- a) einen Vorrat (33) an metallischem Kupfer;
- b) eine Einrichtung (34-40), mit welcher ein Teil des Elek trolyten mit Sauerstoff anreicherbar und dem metalli schen Kupfer zuführbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Pumpe (34) vorgesehen ist, welche dem Sumpf
(31) Elektrolyt entnimmt und über einen oder mehrere Luft
injektoren (36) dem Vorrat (33) an metallischem Kupfer zu
führt.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Maschinengehäuse
(1) mehrere senkrecht zur Bewegungsrichtung der Gegenstände
verlaufende Wände (14) vorgesehen sind, welche bis nahe
an die Gegenstände heranreichen und eine Mehrzahl von Boh
rungen (15) umfassen, über welche Elektrolyt den Gegenstän
den zuführbar bzw. von den Gegenständen abführbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsrichtung des Elektrolyten sich bei
in Bewegungsrichtung der Gegenstände aufeinanderfolgenden
Wänden (14) abwechselt.
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