DE9011204U1 - Vorrichtung zum elektrischen Beschichten von Substraten - Google Patents
Vorrichtung zum elektrischen Beschichten von SubstratenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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Description
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Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Substraten 5
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung „zus? elektrostatischen
Beschichten von Substraten, insbesondere von nur
indirekt geerdeten Substraten, nichtleitenden Substraten und nichtleitenden Substraten mit isolierten bzw. nicht isolierten
Leitern* Substrate in diesem Sinn sind z.B. Leiterplatten, Dick- oder Dünnschichtschaltungen, Kunststoffteile aller Art.
Die elektrostatisch 2 Beschichtung solcher Substrate bereitet
aus verschiedenen Gründen Schwierigkeiten. Beim Auftreffen geladener
Lackpart iksl geben diese ihr?» Ladung an die Oberfläche
ab. Ist diese Oberfläche nur begrenzt elektrostatisch leitfähig (R = 10 OhmT, so kann die aufgebrachte Ladung nicht
abfließen. Ist sie dagegen leitfähig aber nicht geerdet, so ergibt sich durch das Auseinanderstreben gleichnamiger Ladung^n
eine Ladungskonzentration in Orten mit kleinem OberflSchenkrümmungsradius.
Bei der Beschichtung von Leiterplatten mit Fotoresist stellt sich z.B. das Problem, dünne, gleichmäßige Schichten mit ausreichender,
ätzdichter Resistschicht auch an der Substratkante zu erzielen, ohne jedoch eine als Randwulst bezeichnete Schichtdickenerhöhung
im Randbereich zu verursachen.
Speziell Leiterplatten oder ähnliche faserverstärkte Laminate weisen am Rand aus dem Substrat austretende Faserspitzen oder
einen vom Zuschnitt herrührenden Grat auf. An diesen Stellen ist nach kürzester Verweildauer des Substrats unter dem Sprühorgan
eine stark abschirmende Wirkung auf Lackpartikel festzustellen. Verursacht wird diese Wirkung durch Auflädung des
Substrats Über ionisierte Luft oder Abscheidung geladener Lackteilchen.
G U 5 9 OE ·'.::.::.
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Als abschirmende Kante ist in diesem Zusammenhang auch die Kante einer Bohrung anzusehen, bei der zusätzlich zu dem Abschirmeffekt
die Wirkung des Faradayeffektes in der Bohrung (kein
elektrisches Feld und damit keine Anziehung von Lackteilchen in der Bohrung.) auftritt.
Bei der Beschichtung von Substraten mit Lötstopplack ist eine vollständige Bedeckung aller Leiter erforderlich. Aufgrund
elektrostatischer Phänomene (Abstoßung gleichnamiger Ladungen und Influenz) können sich bei konventioneller elektrostatischer
Beschichtung Leiter so ungünstig aufladen, daß eine Abstoßung von Lackpartikeln erfolgt und kein geschlossener Lackfilm der
benötigten Lackschichtdicke erreicht wird. Ursächlich bedingt wird dieses Verhalten durch den bestimmungsgemäß hohen Oberflächenwiderstand
des Substrates und nicht nach außen geführte Leiter, die deshalb keine Ladung abgeben können. Vielmehr sind
bei entsprechenden Strukturen ladungspeichernde Effekte möglich.
Keramische oder ähnliche dielektrischen Substrate, wie Kunststoffe,
Glas, Silicium, zeigen analoge Probleme, d.h. Kanteneffekte, besonders an Außenkanten, aber auch an Bohrungen, Stufen
und Leiterzügen.
Bei 3-dlmensionalen Substraten und Strukturen, besonders bei
elektrostatischer Beschichtung ohne oder mit indirekter Erdung werden Kanten, Hinterschneldungen und/oder Winkel nur unvollkommen
beschichtet, da durch Aufladung und den beginnenden Feradeyffekt keine Anziehungskraft zwischen zu beschichtender
Oberfläche und Lackteilchen wirkt. Dreidimensionale Substrate sind in diesem Zusammenhang z.B. spritzgegossene Leiterplatten,
Möbelteile aus Kunststoff, Brillengestelle, AutomobilstoUstangen
aus Kunststoff etc..
Bisher wurde versucht, diese Probleme durch direkte Erdung (z.B. über die Aufhängung), leitfähige Vorbeschichtungen, Erniedrigung
des Oberflächenwiderstandes durch Vorbehandlungen
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(z.B. Corona-Vorbehandlung), Zusätze von elektrostatisch leitenden
Lösemitteln und Hilfselektroden partiell zu überwinden.
Dies ist jedoch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden:
Bei direkter Erdung der Substrate zeigt sich Wulstbildung, da
sich der oben beschriebene abstoßende Effekt umkehrt. Durch Feldlinienkonzentration werden vor allem Kanten beschichtet.
Das Erdungs- oder Transportsystem für die Substrate (Ketten. Gehänge, Rahmen oder ähnliches) wird mitlackiert und bildet
durch Reibungsstellen eine Quelle für störende Partikel. Deshalb muß bei hohen Anforderungen eine ständige Reinigung erfolgen.
Die Beeinflussung des Feldlinienverlaufs durch eine direkte Erdung ist außerdem so groß, daß keine ausreichende Gleichmäßigkeit
der Schichtdicke erzielt werden kann.
Leitfähige Vorbeschichtungen erfordern zusätzlichen Aufwand an Maschinen, Verfahrensschritten usw. Sie sind außerdem ungeeignet
für Leiterplatten, deren Zweck die Isolation von Leitern und der Schutz vor korrosiven bzw. Kurzschlüsse verursachenden
Einflüssen ist. Nicht zu vernachlässigen ist ferner der Einfluß einer Vorbeschichtung auf die Haftung der Beschichtung und
nachfolgende, oberflächensensitive Prozesse.
Die beste bisherige Lösung für einen Teil der oben genannten Probleme besteht in einem Transportband mit einer gewissen
Leitfähigkeit, z.B. einem Papierband oder einer Metall-Kunststoff-Verbundfolie,
auf der die Substrate direkt aufliegen. Dadurch kann eine Ableitung der Ladung über den Substratrand auf
das Papier und anschließendes Abfließen des Stromes auf eine unter dem Papiertransport angebrachte Erdungselektrode erfolgen
(Prinzip der indirekten Erdung).
Eine Alternative hierzu ist die Erdung über ein leitfähiges Transportband, das aber entweder zu reinigen ist oder verbraucht
wird. Die Spitzenwirkung im Randbereich, die Abstoßung durch Ladungsverschiebung und Influenz auf isolierten Leiterzügen,
die kapazitive Ladungsspeicherung des Substrats, oder
neU59DE . ':! i·! i :§'·:··&udigr; I
allgemein die Auswirkung von Störfeldern auf die Schichtdickenhomogenität
läßt sich aber durch ein derartiges leitfähiges Transportband nicht beseitigen.
Außerdem stellt das Papierband oder die Kunststoff-Verbund-Folie, da sie sich nur einmal verwenden lassen, einen nicht zu
vernachlässigenden wirtschaftlichen Aufwand und eine ökologische
Belastung dar.
Bei elektrostatisch leitfähigen Substraten, wie z.B. kupferkaschierten
Leiterplatten, kann eine indirekte Erdung auch über % vor bzw. nach der Sprühkammer angebrachte Ionlsierungselektro- T;
den erfolgen. Die Ladung wird dabei über die Stoß an Stoß durch %
die Sprühkammer transportierten Leiterplatten abgeführt. Als |
Vor- bzw. Nachläufer bezeichnete Leiterplatten beschichtet wer- ;;
den müssen, die den Kontakt zwischen einer geerdeten Ionisie- f
rungselektrode und der gerade zu beschichtenden Platte herstellen. Ferner muß die Erdung den Widerstand der ionisierten Luft- ;
zwischenräume überwinden? bei konstantem Sprühstrom verbleibt ;-
nach dem Ohm1sehen Gesetz immer eine erhebliche Restspannung J
und dsfüit sin elektrisches FsId suf der Pla^^e- ^-
Konventionelle Drück-Elektroden, z.B. in Form von Ringelektro- I
den, arbeiten lediglich mit dem hier nur relativ unpräzise be- | herrschbaren Effekt der Abstoßung gleichnamiger Ladungen. Ihre ;
unterschiedliche Raumladungen und damit unkontrollierbare Wirkungen
auf die Abscheidung. Drück-Elektroden versagen deshalb bei bestimmten Aufgabenstellungen.
Zusätze von leitfähigen Lösemitteln ermöglichen zwar eine bessere Abführung der aufbebrachten Ladung über die durch die
Beschichtung leitfähig gewordene Substratoberfläche, sie verhindern aber auch eine optimale Lackaufladung. Dies verursacht
schlechtere elektrostatische Aufladung und dadurch höhere Lackverluste durch Overspray.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die oben erläuterten
Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die das Ziel einer
möglichst gleichmäßigen Beschichtung von Substraten, insbesondere von nur indirekt geerdeten Substraten, nichtleitenden Substraten
und nichtleitenden Substraten mit isolierten bzw. nichtisolierten Leitern mit möglichst geringem Aufwand erreicht.
zwischen Sprühglocke, Substrat und gegebenenfalls Gegenelektrode (bei indirekter Erdung) ein zweites, weitgehend homogenes
elektrisches Feld überlagert wird. Dieses bewirkt, daß die Bahn der geladenen Lackteilchen der Richtung derjenigen Feldlinien
angeglichen wird, die durch überlagerung der beiden elektrisehen
Felder entstanden sind. Die Hemmung der elektrostatischen Lackabscheidung durch Spitzen, Oberflächen, Leiter etc. oder
die Raumladung der Sprühwolke wird dadurch stark vermindert, daß der Einfluß der durch die Oberflächenladung erzeugten Feldstärke
auf die Ausprägung der Feldlinien sinkt.
Die überlagerung der beiden elektrischen Felder läßt sich z.B.
dadurch erzielen, daß oberhalb des Sprühorgangs eine ebene Flächenelektrode angeordnet und das weitgehend homogene elektrische
Feld zwischen dieser und dem Substrat bzw. der Gegenelektrode ausgebildet wird.
Die Flächenelektrode muß aber nicht notwendigerweise zweidimensionale
Form haben, sondern kann auch dreidimensional ausgebildet sein. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn die Geometrie
des Substrats ebenfalls dreidimensional ist, denn durch eine solche angepaßte Ausgestaltung der Flächenelektrode läßt sich
eine Optimierung des Feldlinienverlaufs und damit der aufzubringenden Schichtdicke erreichen. Neben einer geschlossenen
Fläche kann ein Gitter, Netz oder ähnliches eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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FIG 1 zeigt zunächst eini bekannte Vorrichtung zum elektrostatischen
Beschichten von Substraten, bei der ein zu beschichtendes Substrat 1 unterhalb einer Sprühglocke 2 angeordnet ist.
Unterhalb des Substrats 1 und demit auch unterhalb der Sprühglocke
2 befindet sich eine Gegenelektrode 3. Zwischen Sprühglocke 2 und Gegenelektrode 3 liegt eine hohe Spannung 9, die
ein elektrisches Feld zwischen Sprühglocke 2 und Gegenelektrode 3 bewirkt, wie es schematisch durch die Feldlinien 5 angedeutet
ist. Zwischen Substrat 1 und Gegenelektrode 3 befindet sich außerdem noch eine Papierbahn 4, die den sogenannten Overspray
auffangen und dadurch eine Verschmutzung der Gegenelektrode verhindern soll.
schwindigkeit rotierenden Sprühglocke 2 austretenden Partikel durch das an der Sprühglocke 2 liegende Potential negativ aufgeladen,
wandern in dem elektrischen Feld 5 zwischen Sprühglocke 2 und Gegenelektrode 3 in Richtung auf das Substrat 1
und schlagen sich dort nieder. Durch die oben geschilderten Effekte treten Ladungsanhäufungen 6 z.B. an den Kanten des Substrats
oder an leitfähigen Oberflächenteilen auf, die ihrerseits zu einer Verzerrung der Feldlinien 5 im Bereich des Substrats
1 führen. Diese sind andererseits die Ursache für eine ungleichmäßige Beschichtung des Substrats 1.
FIG 2 zeigt demgegenüber eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei
der zwar die Anordnung von Substrat 1, Sprühgloc^e 2, Gegenelektrode
3 und Papierbahn A dem Beispiel von FIG 1 entspricht. Das neue an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aber die Tatsache,
daß dem elektrischen Feld 5 zwischen Sprühglocke 2 und Substrat I bzw. Gegenelektrode 3 ein zweites, weitgehend homogenes
elektrisches Feld 7 überlagert ist. Dies wurde im dargestellten Beispiel dadurch erzielt, daß oberhalb des Sprühorgangs
2 eine Flächenelektrode 8 angeordnet und zwischen dieser und dem Substrat 1 bzw. der Gegenelektrode 3 ein weitgehend homogenes
elekrisches Feld 7 ausgebildet ist.
6 M 5 S DE
Im Beispiel, von FIG 2 ist die Flachenelektrode 8 parallel zu
dem zu beschichtenden Teil des Substrats 1 und parallel zur Gegenelektrode 3 angeordnet und entspricht in ihrer Ausdehnung
und Form in etwa der Gegenelektrode 3. Mit einer solchen An-5 Ordnung erhält man ein sehr gut homogenes elektrisches Feld 7,
welches seinerseits das zwischen der Sprühglocke 2 und dem Substrat 1 bzw. der Gegenelektrode 3 vorhandene elektrische Feld
Ober und in der Nähe des Substrates 1 so beeinflußt, daß das Feld 5 dort weitgehend homogen ist. Aus FIG 2 ist ferner zu erkennen;
daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die mit den Beschichtungspartikeln auf das Substrat aufgebrachten Ladungen
das Feld deutlich weniger beeinflussen als bei der in FIG 1 gezeigten bekannten Vorrichtung. Dies wiederum führt zu einer
Vergleichmäßigung der Beschichtung des Substrats.
Da sich die Beschichtungspartikel nach dem Ablösen bereits innerhalb
eines definierten elektrischen Feldes befinden, kann mit einer geringeren Aufladung dies einzelnen Partikels gearbeitet
werden. Damit verringert sich die Komponente der Partikelladung an der gesamten Raumladung und das für die gerichtete
Abscheidung verantwortliche Feld ist nicht so stark gestört. Ferner können die einzelnen Partikel die Sprühpartikelwolke
nicht durch gegenseitige Abstoßung gezwungen verlassen, vielmehr kann sich der Strom geladener Partikel nur insoweit aufspalten,
wie die Kraft der sich gegenseitig abstoßenden Partikel mit der des überlagerten Feldes nicht im Gleichgewicht ist.
Dieses Kräftegleichgewicht senkrecht zur Flugbahn der Partikel ist insbesondere am Rand des Feldes, also zwischen den Außenkanten
der Elektroden, gegeben.
»GH59OE
Das Feld zwischen der Flächenelektrode 8 und der Gegenelektrode 3 kann dadurch erzeugt werden, daß die Flächenelektrode
auf dem gleichen Potential wie das Sprühorgan 2 liegt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, die Flächenelektrode 8 an eine eigene
Hochspannungsquelle 9 zu legen oder die Flächenelektrode ober einen definierten Widerstand mit dem Spruhsrgsr» 2 zu verbinden.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Substraten,
insbesondere von nur indirekt geerdeten Substraten, nichtleitenden Substraten sowie Substraten mit isolierten oder
nichtisolierten Leitern, mit einer Sprühglocke, einer Transporteinrichtung
fur das Substrat und gegebenenfalls einer un~
tsxftalb des Substrats angeordneten Gegenelektrode sowie einem
zwischen Spruhgiocke und Substrat bzw. Gegenelektrode liegeriden
elektrischen Feld,
dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen feld <5>
zwischen i.->ruh"locke (2>
und Substrat (1) bzw. Gegenelektrode (3/ ein zweite- weitgehend homogenes elektrisches
Feld (7) überlagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Sprühorgans (2) eine Flächenelektrode (8) angeordnet und
zwischen dieser (8) und dem Substrat (1) bzw. der Gegeneiektro- <*.?. (3) das weitgehend homogene elektrische Feld (7) ausgebildet
ist.
3« Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode (8) parallel zu dem zu beschichtenden Teil des Substrats
(1) angeordnet ist«
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode
(8) in etwa die Ausdehnung und Form der Gegenelektrode (3) hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die FlM-chenelektrode (8) In ihrer Form an die Form des zu beschichtenden
Substrats (1) angepaßt 1st.
6 U 5 9 DE
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode
als geschlossene Fläche ausgebildet ist*
7. Verrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode
in Form eines Gitters oder Netzes ausgebildet
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 74.
dadurch gekennzeichnet, daß dir Flächenelektrode (8) auf deun gleichen Potential wie das Sprühorgan
(2) liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode (8) an einer eigenen Hochspannungsquelle (9)
liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektrode
(8) über einen definierten Widerstand mit dem Sprühorgan (2) verbunden ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE9011204U DE9011204U1 (de) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | Vorrichtung zum elektrischen Beschichten von Substraten |
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DE9011204U1 true DE9011204U1 (de) | 1990-10-04 |
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DE9011204U Expired - Lifetime DE9011204U1 (de) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | Vorrichtung zum elektrischen Beschichten von Substraten |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE9011204U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0510938A1 (de) * | 1991-04-26 | 1992-10-28 | W.R. Grace & Co.-Conn. | Elektrostatische Sprühvorrichtung |
WO2012062419A1 (de) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Eisenmann Ag | Verfahren zum elektrostatischen beschichten von gegenständen sowie applikationsvorrichtung |
-
1990
- 1990-07-30 DE DE9011204U patent/DE9011204U1/de not_active Expired - Lifetime
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