DE4418278C1 - Elektrolytisches Verfahren zur Leiterplattenbehandlung in horizontalen Durchlaufanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Entmetallisierung und Metallisierung von mit Bohrungen versehenen Leiterplatten und Leiterfolien in Anlagen mit horizontalem Durchlauf des Behandlungsgutes.

In diesen bekannten elektrolytischen Anlagen wie z. B. in der DE-PS 36 24 481 beschrieben wird mit einem Anoden-Kathoden­ abstand von ca. 100 mm gearbeitet. Dies hat zur Folge, daß sich die Strukturen des Leiterbildes auf die Qualität der zu bearbeitenden Schichten auswirken. Schmale Leiterzüge wirken in bezug auf benachbarte breite Leiterzüge als Spitze, auf die sich das elektrische Feld in der elektrolytischen Zelle stärker konzentriert. Die Folge ist eine höhere örtliche Stromdichte und somit eine intensivere, das heißt schnellere elektrolytische Ätzung oder Metallabscheidung. Schichtdicken­ unterschiede von 1 : 3 und mehr sind auf den Leiterplatten anzutreffen. Beim Ätzen führen derartig unterschiedliche Feldstärkekonzentrationen zum Angriff der seitlichen Flanken eines Leiterzuges und zu Unterätzungen. Dies wird in der Feinleitertechnik, die Leiterbahnbreiten von 0,1 mm und weniger aufweist, nicht toleriert.

Zur Lösung dieses Qualitätsproblems sind verschiedene Maßnahmen einzeln oder in Kombination möglich. So kann das elektrolytische Behandeln mit einer niedrigen Stromdichte durchgeführt werden. Verbesserungen werden auch mit vergrößertem Anoden-Kathodenabstand erreicht. Umgekehrt läßt sich die Spitzenwirkung auch vermeiden, wenn der Anoden-Kathodenabstand so weit reduziert wird, daß die schmalen Leiterzüge nicht mehr als Spitze, sondern als Fläche wirken. Dies ist dann der Fall, wenn die Elektrode, das heißt die Kathode beim Ätzen und die Anode beim Galvanisieren, im Bereich von einem Millimeter und darunter der Oberfläche des Behandlungsgutes angenähert wird.

In diesem Falle bestimmen die Qualitätsanforderungen der zu bearbeitenden Schichten und die Dicke der Diffusionsschicht, das heißt der Elektrolytaustausch an der Behandlungsstelle, die maximale anwendbare Stromdichte. Sie liegt deutlich über der Stromdichte, die bei Leiterzügen, die als Spitzen wirken, anwendbar ist. Deshalb ist der elektrolytischen Behandlung mit extrem kleinen Anoden-Kathodenabständen der Vorzug zu geben.

Realisierbar sind die kleinen Anoden-Kathodenabstände mit walzenförmigen Elektroden, die auf der Oberfläche des Behandlungsgutes abrollen. Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen der Badspannung muß ein isolierendes Distanzmittel vorgesehen werden. Hierzu eignen sich partielle Beschichtungen der Walzen derart, daß die Stromdurchlässigkeit weitgehend erhalten bleibt. Des weiteren ist es möglich, den auf die Leiterplatte aufgebrach­ ten Resist, der das Leiterbild positiv oder negativ darstellt, als Distanzmittel zu nutzen. Er ist elektrisch isolierend und seine Schichtdicke ist so groß, daß Kurzschlüsse sicher vermieden werden.

Die Walzen wirken als unlösliche Elektroden. Sie müssen wegen der Rotation über Schleifringe und Schleifbürsten mit der Badstromquelle elektrisch leitend verbunden werden. Die Schleifringtechnik erfordert einen technischen Aufwand. In diesem Zusammenhang wird auf den Inhalt der Schriften DE 44 17 550.7 und DE 44 17 551.5 verwiesen. Insbesondere wird auf die Ausführung der walzenförmigen Elektroden und auf die isolierenden Distanzmittel Bezug genommen. Sie werden auch in der hier vorliegenden Erfindung angewendet.

Beim Galvanisieren mit den über Schleifringe kontaktierten walzenförmigen Elektroden ist es nachteilig, daß nur mit unlöslichen Anoden gearbeitet werden kann. Die Anreicherung des Elektrolyten mit dem abzuscheidenden Metall durch Metallsalze und die fortlaufende Ergänzung erfordert einen ständigen Verbrauch von Stoffen. Dieser zieht wieder Abbauprodukte nach sich, die aufwendig entsorgt werden müssen. Die Verwendung von kostengünstigen löslichen Anoden ist nicht möglich, weil sie infolge ihrer Auflösung nicht formstabil sind und deshalb keine gleichbleibend kleine Anoden-Kathodenabstände zulassen.

Beim elektrolytischen Ätzen ist ebenfalls die Schleifringtechnik zum Anschluß der Badstromquelle erforderlich. Hier kommt hinzu, daß sich auf der Elektrode das abgeätzte Metall niederschlägt. Es muß fortlaufend oder zyklisch von der Elektrode entmetallisiert werden. Zum fortlaufenden Abtrag eignet sich eine zweite Badstromquelle, die gemäß Fig. 1 angeschlossen ist und nachfolgend erläutert wird. Das Behandlungsgut 1, die Leiterplatte, wird in Pfeilrichtung 2 horizontal durch die Ätzanlage gefördert. Die walzenförmige Ätzelektrode 3, die mindestens an ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig ist, rollt von einem nicht dargestellten isolierenden Distanzmittel distanziert auf der Behandlungsgutober­ fläche ab. Die Ätzstromquelle 4 wird mit ihrem Pluspol, z. B. über Klammern, in bekannter Weise mit dem Behandlungsgut verbunden. Der Minuspol wird über einen Schleifkontakt 5 und über den Schleifring 6 mit der Ätzelektrode 3 verbunden. Auf ihr wird das abgeätzte Metall abgeschieden. Eine zweite elektrolytische Zelle wird von der Badstromquelle 7, der Ätzelektrode 3 und von der Hilfselektrode 8 gebildet. Die Badstromquelle 7 wird mit ihrem Pluspol über den Schleifkontakt 5 und den Schleifring 6 mit der Ätzelektrode 3 verbunden. An der negativ gepolten Hilfselektrode 8 scheidet sich das Metall ab, das von der Ätzelektrode 3 wieder abgelöst wird. Auf den Inhalt der DE-OS 43 24 330.4 wird in diesem Zusammenhang verwiesen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben der zweiten erforderlichen Badstromquelle die Schleifkontakttechnik.

Der zyklische Abtrag des Metalles von der Ätzelektrode 3 kann zum Beispiel durch Umpolen und Dummyleiterplatten in bekannter Weise erfolgen. Nachteilig ist hier die Unterbrechung des Produktionsprozesses während der Umpolzeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrolytisches Verfahren anzugeben, das es erlaubt, mit extrem kleinen Anoden-Kathodenabständen zu arbeiten, und das beim Galvanisieren die Metallanreicherung des Elektrolyten auch durch lösliche zyklische Entmetallisierungsvorgänge der Elektroden unterbrochen werden. Ferner soll der Anschluß der Badstromquelle an die rotierenden walzenförmigen Elektroden über Schleifkontakte vermieden werden.

Gelöst wird die Aufgabe in einer elektrolytischen Zelle mit Elektroden, die gebildet werden aus der metallischen Oberfläche des Behandlungsgutes und einer gegenüberliegenden Platte. An diese Elektroden wird die Badstromquelle angeschlossen. Zwischen dem Behandlungsgut und der plattenförmigen Elektrode befindet sich eine rotierende walzenförmige Elektrode. Sie überbrückt die große, im Elektrolyten befindliche Anoden-Kathodenstrecke weitgehend. Die elektrisch leitfähige walzenförmige Elektrode ist nicht an der Badstromquelle angeschlossen. Sie ist isoliert gelagert und wirkt als Zwischenleiter, der in sehr geringem Abstand auf der Oberfläche des Behandlungsgutes abrollt. Zur Vermeidung einer direkten metallischen Berührung befinden sich zwischen den Oberflächen der walzenförmigen Elektrode und des Behandlungsgutes elektrisch isolierende Distanzmittel. Der andere Abstand der Walze von der plattenförmi­ gen Elektrode ist so groß, daß auch hier eine Berührung sicher vermieden wird. Ein derart isoliert eingebrachter elektrischer Leiter in eine Anoden-Kathoden­ strecke wird auf der der Anode zugewandten Seite metallisiert und auf der der Kathode zugewandten Seite entmetallisiert, das heißt geätzt. Diese Vorgänge nutzt die vorliegende Erfindung, die anhand der Fig. 2 bis 4 weiter erläutert wird.

Fig. 1 zeigt entsprechend dem Stand der Technik eine elektrolytische Zelle mit Schleifkontaktierung der walzenförmigen Elektrode.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäß angewandte Prinzip des Zwischenleiters.

Fig. 3 zeigt in der Seitenansicht die erfindungsgemäße elektrolytische Zelle zum Ätzen mit walzenförmiger Elektrode als Zwischenleiter.

Fig. 4 zeigt desgleichen eine Zelle zum Galvanisieren.

Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung sind die Figuren nicht maßstabs­ gerecht wiedergegeben.

In Fig. 2 befinden sich in einem Badbehälter 9 mit Elektrolyt 10 eine Kathode 11 und eine Anode 12. Eine Badstromquelle 13 kontaktiert die Anode und die Kathode. Wird bei eingeschalteter Badstromquelle 13 in die Anoden-Kathoden­ strecke ein elektrischer Leiter, hier ein Metallteil 14, eingebracht, der keinen Kontakt zur Anode oder Kathode hat, so geschieht folgendes: Im Bereich 15 des Teiles 14 scheidet sich Metall der löslichen Anode 12 ab. Ist das Metallteil 14 selbst löslich, so wird vom Bereich 16 Metall elektrolytisch abgetragen und auf der Kathode 11 abgeschieden. Ist das Metallteil 14 im Elektrolyten unlöslich, so entsteht an diesen Oberflächen Gas. Mit 17 wird eine Achse symbolisiert, um die das Metallteil 14 gedreht werden kann. Bei 180° Drehung in Pfeilrichtung 18 steht das im Bereich 15 abgeschiedene Metall der Kathode 11 gegenüber. Hier wird es wegen seiner Löslichkeit geätzt und auf der Kathode 11 endgültig abgeschieden. Gleichzeitig scheidet sich jetzt geätztes Metall auf den Bereich 16 ab. Dies wiederholt sich bei fortlaufender Rotation des Metallteiles. Der Elektrolysestrom durch das nicht kontaktierte Metallteil kommt wegen der sehr unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten des Elektrolyten und des Metallteiles zustande. Das Metallteil dient als Leiter zwischen den Elektroden, das heißt zwischen Anode 12 und Kathode 11. Es wird als Zwischenleiter bezeichnet. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Zwischenleiter eine langgestreckte Walze, die in sehr geringem Abstand an der Oberfläche des Behandlungsgutes abrollt. Weil bei einem Zwischenleiter immer metallisiert und entmetallisiert wird, eignet sich dieses Verfahren zum Galvanisieren und zum Ätzen.

Fig. 3 zeigt im Prinzip eine erfindungsgemäße elektrolytische Zelle zum Ätzen. Das Behandlungsgut 19 ist über nicht dargestellte Klammern mit dem Pluspol der Badstromquelle 20 verbunden. Der andere Pol der Badstromquelle ist an einer Ablagerungskathode 21 angeschlossen. Die in der Tiefe der Figur langgestreckte Walze 22 ist zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch gut leitfähig. Sie ist mit ihrem Lagerzapfen 23 höhenbeweglich so gelagert, daß Leiterplattendicken selbsttätig ausgeglichen werden. Der Abstand der Oberflächen vom Behand­ lungsgut und Walze wird durch isolierende und vorzugsweise sehr dünne Distanzmittel konstant gehalten. Die Walze 22 rotiert mit einer Umfangs­ geschwindigkeit, die vorzugsweise der Transportgeschwindigkeit des Behand­ lungsgutes entspricht. Der Abstand der Ablagerungskathode 21 von der Walze 22 ist für die Qualität der elektrolytischen Bearbeitung des Behandlungsgutes unkritisch. Durch sporadischen Versatz der Ablagerungskathode in Pfeilrichtung 24 kann die größte Ablagerungsstelle, die sich im Bereich der oberen Mantellinie der Walze 22 befindet, erneuert werden. Dies erlaubt die vollständige Nutzung der verfügbaren Elektrodenfläche zur Ablagerung. Vorteilhaft ist hierbei, daß im Prozeß eine Metallrückgewinnung stattfindet. Zusätzliche chemische Recyclingverfahren sind nicht nötig.

Beim elektrolytischen Ätzen gelangt das Metall zunächst auf die Walze und dann auf die Ablagerungskathode. Hierzu ist erfindungsgemäß nur eine Badstromquel­ le erforderlich. Ferner ist keine elektrische Kontaktierung der Walze 22 nötig. In einer Ätzanlage werden eine Vielzahl von Walzen in Durchlaufrichtung des Behandlungsgutes nacheinander angeordnet. Desgleichen werden sie zur beidseitigen Leiterplattenbehandlung auch auf der Unterseite der Leiterplatten angeordnet.

Fig. 4 zeigt die prinzipielle Situation der Erfindung beim Galvanisieren des Behandlungsgutes 25. Die Badstromquelle 26 ist entsprechend gepolt ange­ schlossen. Die rotierende Walze 22 arbeitet wieder als Zwischenleiter, wie es anhand der Fig. 3 beschrieben wurde. Die Anode 27 kann sowohl als unlösliche wie auch als lösliche Elektrode betrieben werden. In beiden Fällen wird mit exakt gleichen und sehr kleinen Anoden-Kathodenabständen am Behandlungsgut 25 galvanisiert. Unabhängig davon ist die Strecke zwischen der Anode 27 und der Walze 22 für die Qualität der Galvanisierschicht auf dem Behandlungsgut unkritisch. Dies erlaubt es, kostengünstige lösliche Anoden einzusetzen, die in ihrer Geometrie durch das permanente Auflösen nicht konstant sind und daher für den direkten Einsatz mit extrem kleinen Anoden-Kathoden­ strecken ungeeignet wären.

Durch zyklisches Verschieben der löslichen Anoden in Transportrichtung 24 werden nacheinander alle Bereiche der Anoden zum Galvanisieren genutzt. Zur beidseitigen Galvanisierung der Leiterplatten befinden sich auch an der Unterseite die walzenförmigen Elektroden.

Claims (6)

1. Verfahren zur beidseitigen elektrolytischen Entmetallisierung und Metallisierung von Leiterplatten und Leiterfolien in Anlagen mit horizon­ talem Durchlauf des Behandlungsgutes, gekennzeichnet durch elek­ trolytische Zellen jeweils mit der Oberfläche des Behandlungsgutes als erste Elektrode und im Abstand davon mit einer Platte als zweite Elektrode sowie einer Badstromquelle, die an diese Elektroden ange­ schlossen ist, und mit einer weiteren walzenförmigen, elektrisch nicht kontaktierten unlöslichen Elektrode, die zwischen diesen beiden Elek­ troden elektrisch kurzschlußfrei zu den Elektroden der elektrolytischen Zelle und drehbar als Zwischenleiter so angeordnet ist, daß kontinuierlich und mit sehr geringem Anoden-Kathodenabstand, der sich nur um die zu bearbeitende Schichtdicke auf dem Behandlungsgut ändert, das Behand­ lungsgut entmetallisiert oder galvanisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Galvanisie­ ren mit unlöslicher Elektrode (12, 27) die Metallanreicherung des Elektrolyten mit Metallsalzen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Galvanisie­ ren die Metallanreicherung des Elektrolyten mit einer löslichen Elektrode (12, 27) erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die walzenförmige Elektrode mit dem Behandlungs­ gut transportsynchron auf der Oberfläche desselben abrollt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (12, 21, 27) sporadisch in ihrer Lage zur rotierenden Elektrode in Transportrichtung des Behandlungsgutes so verschoben wird, daß die gesamte verfügbare Fläche zum Metallabtrag beim Galvanisieren mit löslicher Anode und zum Metallauftrag beim Ätzen genutzt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur beidseitigen Bearbeitung entlang des Transportweges des Behandlungsgutes durch die horizontale elektrolytische Anlage an der Ober- und Unterseite elektrolytische Zellen rotierend walzenförmigen Elektroden befinden.