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Vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem eine zunächst elektrisch
nicht leitende Oberfläche
elektrisch leitend gemacht wird, indem die Oberfläche gereinigt
und konditioniert, und anschließend
ein elektrisch leitender Überzug
aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren,
um zunächst nicht
leitende durchgehende Löcher
und Durchgangswandungen bzw. Vias von gedruckten Schaltungsplatten elektrisch
leitend zu machen, damit sie galvanisiert werden können (die
Bezeichnung „durchgehende
Löcher", wie sie hier verwendet
wird, umfasst sowohl Durchgangslöcher
wie auch Vias bzw. Durchgangswandungen).
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Stromleitende
Graphit- und Ruß-Dispersionen
werden verwendet, um einen ausgezeichneten stromleitenden Überzug an
Wandungen von durchgehenden Löchern
und anderen nichtleitenden Oberflächen zu erzielen. Derartige
Dispersionen, Verfahren zur Verwendung solcher Dispersionen für das Überziehen
von durchgehenden Löchern
und verbesserten gedruckten Schaltungsplatten, die durch Verwendung
solcher Dispersionen hergestellt werden, sind in den US Patenten
5 476 580 und 5 389 270 angegeben. Eine Graphit-Zusammensetzung,
Reinigungsmittel, Konditioniermittel und andere Materialien und
Hinweise, die zur praktischen Ausführung dieser Patente benötigt werden,
sind unter dem Markennamen SHADOW® von
Electrochemicals Inc., Maple Plain, Minnesota, USA und deren Zweigfirmen
erhältlich.
Andere Kohlenstoff-Dispersionen, die Ruß oder Graphit enthalten, sind
beispielsweise in US Patent 5 139 642 beschrieben.
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Bei „Lunkern" bzw. Blasenhohlräumen tritt
gelegentlich ein Problem auf, nachdem die Wandung mit den Hohlräumen einen
stromleitenden Überzug
erhalten hat, galvanisiert und dann plötzlich erhitzt worden ist. Durch
Löten werden
die plattierten Wandungen mit den durchgehenden Löchern sehr
rasch aufgeheizt. Wenn Spalte oder Leerstellen im plattierten Kupfer
vorhanden sind, wird Feuchtigkeit in dem Substrat durch das heiße Lötmittel
verdampft, das einen Teil oder das gesamte Lötmittel aus dem Loch ausblasen
und die Kupferschicht durchbrechen kann. Das Resultat ist dann ein
Blasenhohlraum oder ein teilweise gefülltes oder leeres Loch, das
als Löt-Defekt
zählt.
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Das
Problem bei Blasenhohlräumen
in durchgehenden Löchern,
die durch stromloses Plattieren elektrisch leitend gemacht werden,
und die Lösung
für Blasenhohlräume bei
Anwendung dieser Technologie sind in einer Reihe von Aufsätzen in
CIRCUIT WORLD, Band 12 Nr. 4 (1986), Band 13 Nr. 1 (1986) und Band
13 Nr. 2 – 3
(1987) mit dem gemeinsamen Titel „Blowholing in PTH Solder
Fillets" beschrieben
worden. Ein sich auf diesen Gegenstand beziehender Aufsatz stammt
von C. Lea, The Harmfulness of Blowholes in PTH Soldered Assemblies,
CIRCUIT WORLD, Band 16 Nr. 4 (1990).
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Vor
kurzem haben die Erfinder vorliegender Anmeldung festgestellt, dass
Blasenhohlräume
gelegentlich ein Problem für
galvanisierte Durchgangslöcher
darstellen, die dadurch stromleitend gemacht worden sind, dass bestimmte
wässrige,
stromleitende Zusammensetzungen auf Kohlenstoffbasis aufgebracht
worden sind. Es ist deshalb erforderlich geworden, das Problem von
Durchgangslöchern
zu lösen,
wenn ein stromleitender Überzug
auf Kohlenstoffbasis verwendet wird, um die Wandungen von Durchgangslöchern elektrisch
leitend zu machen, damit das Galvanisieren einfacher durchgeführt werden
kann.
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Unabhängig davon
sind gedruckte Schaltungsplatten Ultraschallenergie ausgesetzt worden,
um das Reinigen von Durchgangslöchern
zu erleichtern. Hierzu wird auf die Aufsätze „New Process Forces a Solution" aus CIRCUITS MANUFACTURING,
June 1987, Seite 18; F. John Fuchs, Ultrasonic Cleaning, Seite 145
verwiesen. Diese Aufsätze
beschreiben jedoch keine Durchgangslöcher.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Blasenhohlräumen nach
Anspruch 1, indem eine Oberfläche
eines nicht leitenden Durchgangsloches einer gedruckten Schaltungsplatte
behandelt wird. Das Verfahren lässt
sich anwenden, während
oder bevor die Oberfläche
des Durchgangsloches elektrisch leitend gemacht wird.
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Es
wird eine gedruckte Schaltungsplatte mit mindestens einem Durchgangsloch
bereit gestellt. Die gedruckte Schaltungsplatte weist im allgemeinen
viele Durchgangslöcher
auf. Zumindest ein Bad wird vorgesehen, um mindestens einen der
Schritte der Konditionierens und Aufbringens eines stromleitenden Überzuges auf
das Durchgangsloch auszuführen.
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Das
Verfahren wird in der Weise durchgeführt, dass das Durchgangsloch
wenigstens teilweise in das Bad eingebracht wird, und dass Ultraschallenergie
in das Bad in der Nähe
des Durchgangsloches eingeleitet wird. Die Ultraschallenergie wird
vor dem Ende des Eintauchschrittes eingeleitet. Wahlweise kann die
Ultraschallenergie während
eines Teils oder während
des gesamten Eintauchschrittes, vor dem Eintauchschritt oder beides
eingeleitet werden.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass die Ultraschallbehandlung nach vorliegender
Erfindung zum Reduzieren und in manchen Fällen zum wesentlichen Eliminieren
der Bildung von Blasenhohlräumen wirksam
ist. Die Ultraschallbehandlung kann auch die Dispersion der Kohlenstoffpartikel
in der stromleitenden Kohlenstoffdispersion verbessern, die Ausbildung
von Stiftloch-Defekten eliminieren und andere Vorteile ergeben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Umlaufbades einer wässrigen
Kohlenstoff-Dispersion,
die mit Ultraschallenergie beaufschlagt wird.
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2 zeigt
eine Vorderansicht in Richtung der Bewegung gedruckter Schaltungsplatten
eines auf einem Förderer
transportierten Gefäßes mit
Prozess-Bad, wobei das Gefäß einen
Ultraschallgenerator aufnimmt. Die Zwischenwandung des Gefäßes ist
aufgeschnitten, damit der innere Aufbau sichtbar wird.
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3 zeigt
eine Aufsicht auf die Ausführungsform
der 2, wobei der Ultraschallwandler auf seinen Fußabschnitt
reduziert ist, und die darüberliegenden
Rollen zur besseren Sicht auf die darunter angeordneten Konstruktion
weggelassen sind.
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4 ist eine isolierte Seitenansicht eines
der Füße nach 2 und
zeigt deren Details.
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Gleiche
Bezugszeichen zeigen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder
entsprechende Teile.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Vorliegende
Erfindung wird dadurch ausgeführt,
dass eine gedruckte Schaltungsplatte mit mindestens einem durchgehenden
Loch Ultraschallenergie ausgesetzt wird, wenn das durchgehende Loch
konditioniert wird oder ein stromleitender Überzug auf Kohlenstoffbasis
auf das durchgehende Loch aufgebracht wird. Das Verfahren kann entweder
während
eines oder beider Schritte ausgeführt werden.
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Das
Verfahren kann mit einer Vielzahl von Einrichtungen ausgeführt werden.
Zwei übliche
Arten von Einrichtung sind eine Einrichtung für einen vertikalen Vorgang
oder einen Eintauchvorgang, bei dem die Reinigungsvorrichtungen,
Konditioniervorrichtungen, kombinierte Reinigungs-/Konditioniervorrichtungen,
stromleitende Dispersionen, Spüler
und andere Chemikalien in stationären Bädern vorgesehen sind, in die
die vertikal angeordneten Platten nacheinander eingetaucht und über Förderer transportiert
werden, oder eine horizontale Einrichtung, in der die Platten geflutet
oder mit den entsprechenden Reagentien besprüht werden, während sie
weggebracht und im wesentlichen horizontal bewegt werden. Jede Art
dieser Einrichtung, oder aber eine Kombination der beiden Arten
dieser Einrichtung können
im Rahmen vorliegender Erfindung angewendet werden.
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Eine
zu bearbeitende Platte wird in der Behandlungslösung etwa 4 – 6 Minuten
lang bei 54° – 60° C durch
Tauchen behandelt. Eine Platte wird in einem Fördervorgang durch Fluten bei
einer ähnlichen
Temperatur während
einer (üblicherweise)
wesentlich kürzeren
Zeitdauer von z.B. 20 – 60
Sekunden behandelt. Diese Bedingungen können modifiziert werden, damit
sie der jeweiligen Situation angepasst werden.
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Eine
zu bearbeitende Platte wird in der Konditionierlösung unter Bedingungen, wie
sie oben für
den Reinigungsvorgang angegeben sind, durch Tauchen behandelt. Die
Bedingungen für
die Verwendung der Reinigungs- und Konditionierlösungen kann unabhängig optimiert
werden.
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Als
Alternative zum Trennen der Reinigungs- und/oder Konditionierschritte
können
diese beiden Schritte zu einem Schritt dadurch kombiniert werden,
dass ihre entsprechenden Bestandteile in einen einzigen Ansatz konsolidiert
werden, wobei durch beide die Substrate gereinigt und konditioniert
werden. Eine typische Reiniger/ Konditionier-Vorrichtung wird in
etwa gleicher Weise für
etwa die gleiche Behandlungsdauer bei etwa der gleichen Behandlungstemperatur
wie eine unabhängige
Reinigung- oder Konditionier-Vorrichtung verwendet.
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Weitere
Schritte, z.B. ein Spülen,
können
zwischen die vorstehend beschriebenen Schritte zu entsprechenden
Zeiten eingeschaltet werden.
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Vor
oder während
des Konditionierens und während
des Niederschlagens von stromleitendem Material können Bäder verwendet
werden, von denen mindestens eines Ultraschallenergie ausgesetzt
wird. Ultraschallenergie wird im Rahmen vorliegender Erfindung auf
verschiedenartige Weise aufgegeben. Das Verfahren ist in 1 dargestellt,
das eine schematische Ansicht eines Bades der Dispersion nach der
Erfindung darstellt, die im Betrieb sowohl gemischt als auch Ultraschallenergie
ausgesetzt wird.
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Nach 1 wird
ein Bad 10 mit einer Kohlenstoff-Dispersion in einem Behälter 12 aufgenommen,
der eine Wanne 14 besitzt. Das Bad 10 wird durch
periodisches oder (vorzugsweise) kontinuierliches Abziehen des Bades 10 aus
der Wanne 14 über
eine Leitung 16 unter Verwendung einer Pumpe 18 erneut
in Umlauf gesetzt, die eine herkömmliche
Pumpe entweder niedriger oder hoher Scherkraft ist. Die Pumpe 18 führt den in
Umlauf gesetzten Strom durch die Leitung 20 in das Bad 10 zurück. Behälter für andere
Badbehandlungen, z.B. ein Reiniger/Konditionierer-Bad, können in ähnlicher
Weise konfiguriert sein.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Ultraschallwandler 22 antriebsmäßig mit
dem Bad 10 gekoppelt, um Ultraschallwellen in das Bad 10 einzuführen. Abhängig von
der Anordnung und dem Volumen des Behälters 12, der Wahl
der Ultraschall-Bedingungen, der Art und Zusammensetzung des Bades 10, der
Wahl (oder des Vorhandenseins oder Fehlens) einer Pumpe 18,
des Vorhandenseins oder Fehlens von anderen Rühreinrichtungen, sowie weiteren
Faktoren können
ein oder mehrere Wandler 22 nach Wunsch in der Nähe der Wanne 14 oder
an einer anderen Stelle am oder im Behälter 12, den Leitungen 16 oder 20,
oder der Pumpe 18 angeordnet sein.
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Der
Ultraschall-Wandler 22 kann antriebsmäßig mit dem Bad 10 dadurch
gekoppelt sein, dass ein oder mehrere Wandler 22 an einer
beliebigen Stelle relativ zum Bad 10 positioniert sind,
was bewirkt, dass Ultraschallenergie in das Bad 10 eingeführt wird,
während
oder bevor sie eingesetzt wird, um einen Überzug an einem nichtleitenden Substrat
herzustellen. Bei einer Ausführungsform
kann der Wandler die Wand des Behälters 12 selbst bilden
oder kann außerhalb
der Wand angeordnet sein und Energie durch die Wand hindurch übertragen.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass vermieden wird, dass ein Tauch-Wandler
notwendig wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Wandler 22 direkt
im Bad 10 aufgehängt
sein.
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Der
Ultraschallwandler 22 erzeugt Ultraschallwellen mit einer
beliebigen gewünschten
Frequenz, z.B. einer Frequenz zwischen etwa 16 kHz und etwa 100
kHz, wahlweise zwischen etwa 20 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen
etwa 25 – 40
kHz und speziell in der Größenordnung
von 28 kHz. Die Frequenz und die Amplitude oder die Leistung von
Ultraschallwellen, die in dem Kohlenstoff-Dispersions-Bad erzeugt wer-den, soll
bei den verwendeten Bedingungen ausreichend hoch sein, um Agglomerate
oder Gelpartikel des Bades bis zu einem messbaren oder feststellbaren
Grad aufzubre-chen, was zumindest einen gewissen praktischen Vorteil
ergibt. Beispielsweise tritt eine Ultraschall-Behandlung nach vorliegender
Erfindung auf, wenn der Ultraschall-generator angeschaltet wird
und einen Überzug
mit weniger Nadellöchern
ergibt als die gleiche Einrichtung, wenn sie bei abgeschaltetem
Ultraschallgenerator betrieben wird.
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Während die
Erfinder vorliegender Erfindung unterstellt haben, dass eine Rezirkulationspumpe 18 und ein
Ultraschallwandler 22 normalerweise zusammen eingesetzt
werden, haben sie auch vorausgesetzt, dass das Bad 10 behandelt
werden kann, um die festen Partikel fein verteilt zu halten, indem
ein Ultraschall-Wandler 22 ohne den Einsatz einer Rezirkulationspumpe 18 betrieben
wird.
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Ein
Vorteil kann auch dadurch erreicht werden, dass die Dispersion einer
Mischung hoher Scherkraft ausgesetzt wird, gleichgültig ob
ein Ultraschall-Wandler verwendet wird oder nicht. In Verbindung
mit 1 kann die Pumpe 18 eine High-Shear-Inline-Pumpe oder Mischer
sein, die bzw. der selbst in der Lage ist, eine Behandlung des Bades 10 vorzunehmen.
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Die 2 und 3 zeigen
eine mit Förderer
arbeitende Einrichtung zum Durchführen der Reinigungs-, Konditionier-
und Kohlenstoff-Dispersions-Überzugsschritte
nach vorliegender Erfindung. Auch hier sind ein Bad 10,
ein Behälter 12,
Flutungsleitungen zum Rezirkulieren des Prozess-Bades und ein Wandler 22 gezeigt. Ähnlich wie
in 1 weist die Ausführungsform nach den 2 und 3 auch
eine Rezirkulations-Pumpe (nicht dargestellt) auf.
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Die 2 und 3 zeigen
weitere Details der Prozess-Einrichtung. Der Pegel des Bades 10 wird durch
einen Schwimmerschalter 24 gesteuert. Gedruckte Schaltungsplatten,
wie z.B. die Platte 26, haben erste und zweite größere Oberflächen 28 und 30,
die durch eine Vielzahl von durchgehenden Löchern 32 perforiert
sind. Die Platten werden in einer etwa horizontalen Position gehalten
und längs
eines Pfades gefördert, der
sich zumindest im wesentlichen parallel zu ihren größeren Flächen über eine
Reihe von Rollen, z.B. 34 erstreckt, die auf Achsen, z.B. 36 laufen.
Die Achsen, z.B. 36 werden durch eine Antriebswelle 38 über zwei kämmende Kronenräder 40 und 42 angetrieben,
die mit der Antriebswelle 38 oder der Achse 36 verbunden sind.
Diese Antriebsanordnung treibt alle Rollen 34 mit der gleichen
Geschwindigkeit an, so dass ein sanftes Eintauchen einer Anzahl
der gedruckten Schaltungsplatten 26 in das Bad 10 und
ihre Förderung
durch das Bad 10 unmittelbar unterhalb der Oberfläche erreicht
wird. Sperrrollen 40 und 42 sind in der Nähe des Eintritts und
des Austritts in den Behälter 12 vorgesehen.
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Der
Wandler 22 wird auf aus Polyvinylchlorid- oder anderem
geeignetem Material bestehenden Füßen 44, 46, 48 und 50 abgestützt, die
kurze zylindrische Stababschnitte bilden. 4 zeigt,
dass jeder Fuß,
z.B. 44 eine Kerbe 52 aufweist, die die untere
Kante des Wandlers 22 aufnimmt. Die 2 und 4 zeigen, dass jeder Fuß, z.B. 44 gekreuzte
Bohrungen 54 und 56 besitzt, die entsprechend
eine in Bearbeitungsrichtung angeordnete Schraubgewindestange 58 und
eine quer dazu verlaufende Schraubgewindestange 60 aufnehmen. 3 zeigt
am besten, dass zwei in Bearbeitungsrichtung verlaufende Schraubgewindestangen 58 und 62 und
zwei quer verlaufende Schraubgewindestangen 60 und 64 vorgesehen
sind. Die Schraubgewindestan gen können zweckmäßigerweise aus korrosionsbeständigem Stahl
oder aus einem anderen geeigneten Material, das mit dem Bad 10 kompatibel
ist, bestehen. Die Füße 44 – 50 und
die Stangen 58 – 64 sind
durch Schraubenmuttern verbunden, die auf die Stangen 58 – 64 aufgeschraubt
sind und an den Füßen 44 – 50 anstehen,
um einen Rahmen 68 auszubilden. 2 zeigt,
dass die Enden der Stangen, z.B. 60, an den Seitenwandungen,
z.B. 70 und 72 anstehen, um den Rahmen 68 im Behälter 12 zu
positionieren.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Ultraschall-Wandler 22 normalerweise vollständig in
das Bad 10 während
des Prozesses eingetaucht. Der Wandler 22 ist unterhalb
des Pfades der gedruckten Schaltungsplatten 26 und in der
Nähe der
ersten größeren Oberflächen 28 angeordnet.
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Hierbei
ist der Ultraschall-Generator 22 mit der äußeren Wandler-Oberfläche (ihrer
Oberseite) weniger als etwa 5 cm von dem Pfad der gedruckten Schaltungsplatten 26 entfernt
positioniert. Alternative Werte für diese Abmessung sind etwa
3 cm, etwa 3,3 cm oder etwa 3,18 cm von dem Pfad beabstandet.
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Wahlweise
kann der Wandler teilweise eingetaucht sein oder der Wandler 22 kann über dem
Pfad der gedruckten Schaltungsplatten 26 in der Nähe der zweiten
größeren Flächen 30 positioniert
sein. Der Ultraschall-Wandler 22 kann ein Tauch-Wandler
sein, der mit einer Frequenz von 25 kHz und einer Leistung von etwa
1 Watt betrieben wird. Stattdessen können auch andere geeignete
Wandler eingesetzt werden.
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Die
mit Förderer
arbeitende horizontale Einrichtung nach den 2 – 4 kann ferner Mehrfach-Behälter 12 oder
eine andere Einrichtung im Anschluss an die Durchführung einer
Reihe von Badbehandlungsschritten an einer gedruckten Schaltungsplatte 26 umfassen.
Bei diesem Beispiel kann die angegebene Einrichtung für einen
Reinigungs-/Konditionier-Schritt (der in einem Bad ausgeführt wird),
für einen
stromleitenden Kolloid-Aufbring-Schritt (der in einem anderen Bad
ausgeführt wird)
oder beides verwendet werden. In herkömmlicher Weise wird ein Spül-Schritt
zwischen diese beiden Prozessschritte eingeschaltet. Zweckmäßigerweise kann
der Spül-Schritt
ein Sprühspül-Schritt
sein.
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Ultraschallenergie,
die in anderen Reinigungsbädern,
z.B. einem Entgratungsbad zum Entfernen von Bohrschlamm, der aus
Durchgangslöchern
stammt, eingesetzt werden kann, kann auch die Menge an Blasenhohlraumbildungen
in einer gegebenen Anlage reduzieren.
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Beispiele 1 – 4
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Ein
Anguss einer kupferbeschichteten gedruckten Schaltungsplatte mit
einer Vielzahl von Durchgangslöchern
wurde entfettet, gereinigt und konditioniert. Ein Arbeitsbad von
500 ml von Electrochemicals Inc. SHADOW®II
aus einer stromleitenden wässrigen
Graphit-Dispersion wurde durch Verdünnen der verkaufsfertigen Dispersion
mit Wasser auf 5% Feststoffe verdünnt. Beispiel 1 war ein Vergleichsbeispiel,
für das
die Graphit-Dispersion nicht einer Ultraschallenergie ausgesetzt
wurde. Die verdünnte
Graphit-Dispersion wurde auf dem Anguss der gedruckten Schaltungsplatte
mit Überzug
versehen und fixiert, getrocknet und mikrogeätzt, wie von Electrochemicals
Inc. empfohlen, um den Anguss für
das Galvanisieren vorzubereiten. Der Anguss wurde mit Kupfer bei
270 Ampere pro Quadratmeter zehn Minuten lang galvanisiert.
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Der
Anguss nach Beispiel 1 wurde mittels von hinten auffallendem Licht
geprüft,
um die Durchgangslöcher
des Coupons auf Plattierschäden
zu überprüfen. Der
Plattierprobe wurde eine Gesamt-Bewertung auf einer Skala von 1 – 10 gegeben,
wobei 10 eine Plattierung des durchgehenden Loches ohne feststellbare Schäden darstellte.
Gleichzeitig wurde die Probe direkt in bezug auf Plattier-Schäden von
Feinlunkern, kleinen Schadstellen und mittleren Schadstellen bewertet.
Für diese
Bewertungen stellen weniger Schäden
einer jeden Art eine höhere
Gleichförmigkeit
der Plattierung dar. Die Resultate sind in Beispiel 1 der Tabelle
1 angegeben.
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Beispiel
2 wurde ähnlich
wie Beispiel 1 durchgeführt,
mit der Ausnahme, dass die verdünnte SHADOW®II
Graphit-Dispersion in den Behandlungstank eines SONICOR SC-40 Ultraschallgenerators
(der von Sonicor Instrument Corp., Copiague, New York bezogen wurde)
eingesetzt und einer Ultraschallenergie mit 60 kHz und 55 Watt Leistung
5 Minuten lang ausgesetzt. Die behandelte Dispersion wurde unmittelbar
auf den Anguss aufgebracht und es wurden die übrigen Schritte, die in Beispiel
1 festgelegt wurden, durchgeführt. Beispiel
3 wude ähnlich
wie Beispiel 2 durchgeführt,
mit der Ausnahme, dass die Dauer der Ultraschallbehandlung auf 15
Minuten erhöht
wurde.
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Beispiel
4 wurde in einer geringfügig
unterschiedlichen Weise durchgeführt.
Anstatt eine SHADOW®II Graphit-Dispersion
zu verwenden, wurde eine andere kommerziell verfügbare Graphit-Dispersion eingesetzt. Die
Dispersion mit 22% Feststoffen wurde mit Ultraschallenergie 15 Minuten
lang in der vorbeschriebenen Weise behandelt. Nach der Ultraschallbehandlung
wurde die Dispersion auf 5% Feststoffe verdünnt und dann angewendet und
bewertet, wie in den Beispielen 1 – 3 beschrieben.
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Die
Resultate der Beispiele 1 – 4
sind in Tabelle 1 dargestellt. Betrachtet man zunächst Beispiel
1 (Steuerung- keine Ultraschallbehandlung), Beispiel 2 (fünfminütige Ultraschallbehandlung)
und Beispiel 3 (fünfzehnminütige Ultraschallbehandlung),
so ergab die Bewertung mit Beleuchtung von hinten progressiv eine Verbesserung
von 6,5 für
das Beispiel 1 auf 9, für
das Beispiel 2 auf 10,0, und die besten Treffer für Beispiel 3. Ähnlich hat
die Anzahl von Lunkern von Beispiel 1 bis Beispiel 3 entscheidend
abgenommen, ebenfalls die Anzahl von kleinen und mittleren Fehlstellen.
Diese Resultate bestätigen
den in bezug auf die Gleichförmigkeit des Überzuges
unerwar-teten Vorteil der Vorbehandlung der Graphit-Dispersion mit
Ultraschallenergie, bevor die Dispersion angewendet wurde, um die
durchgehenden Löcher
stromleitend zu machen.
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Der
Vorteil der Ultraschallbehandlung geht nicht verloren, wenn nach
dem Zubereiten der Graphit-Dispersionen und dem Aufgeben der Ultraschallenergie
die Dispersionen einen Tag lang bis zu vier Tagen oder darüber hinaus
stehen gelassen und dann erneut getestet werden. Die angegebene
Ultraschall-Behandlung kann auch mehr als einmal eingesetzt werden,
um die Überzugswirkung
der Dispersion zu verbessern. Wieder-holte Ultraschall-Behandlungen
ergeben einen gewissen Vorteil gegenüber einer Einmal-Behandlung,
insbesondere, um die Anzahl von Feinlunkern zu verringern.
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Beispiele 5 – 10
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Tabelle
2 gibt die Verwendung von Ultraschallenergie in einem Reiniger-/Konditionierer-Bad
und den Einfluss der Anzahl von Blasenhohlräumen und Gesamtdefekten an
gedruckten Schaltungsplatten an. Die in Frage kommenden Schaltungsplatten
wurden gereinigt und in einem Bad konditioniert, mit SHADOW® kolloidalem
Graphit überzogen,
mikro-geätzt,
galvanisiert, schwallgelötet
und dann visuell nach Löt-Schockstellen und
anderen Defekten bewertet. Das Auftreten von Defekten wurde in „ppm" berechnet – als Anzahl
von defekten Löchern
pro Million Löcher
in allen Schaltungsplatten eines Beispiels.
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Die
Beispiele 6, 7 und 10 sind meist direkt vergleichbar, da in jedem
Fall die gleiche Type von Schaltungsplatte verwendet wurde. Diese
Beispiele zeigen, dass die Anwendung von Ultraschallenergie sowohl
die Häufigkeit
von Blasenhohlräumen
als auch die Häufigkeit
von Gesamtdefekten verringert hat. Die Beispiele 5, 8 und 9, die
auf anderen Schaltungsplatten durchgeführt wurden, zeigen das Eliminieren
von Blasenhohlräumen
und anderen Defekten dadurch, dass eine Ultraschallbehandlung vorgenommen
wurde.
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Beispiele 11 – 14
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Lötschäden wurden
an einer Reihe von identischen Testplatten gemessen, die bei auf
Fördereinrichtungen
transportierten horizontalen Prozess-Geräten bearbeitet wurden. Die
Bezeichnung „Reiniger/Konditionierer-Type" in Tabelle 3 gibt
den SHADOW® Reiniger/Konditionierer
an, der für
einen bestimmten Test verwendet worden ist. Reiniger/Konditionierer
I und Reiniger/Konditionierer IV sind zwei unterschiedliche, kommerziell
verfügbare
Ausführungen.
Die „%"-Zahlen in Tabelle
3 geben den Anteil des verkaufsfertigen Reinigers/Konditionierers,
der in dem Bad verwendet wird, an. Das Reiniger/Konditionierer-Bad
wurde mit zwei Tauch-Ultraschalleinheiten versehen, nämlich einem
25 kHz Gerät
und einem 40 kHz Gerät.
Beide Einheiten wurden mit 1000 Watt betrieben. Die Ultraschall-Wandler
wurden 32 mm entfernt vom Boden der Platte angeordnet.
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Die
Resultate, die in Tabelle 3 zusammengefasst sind, werden entsprechend
der Anzahl der gesamten Lötdefekte
gemessen, die Blasenhohlräume,
Teil-Füllungen
und keine Füllungen
enthalten. Tabelle 3 gibt an, dass eine entscheidende Verbesserung
bei den Lötdefekten
dadurch erzielt wurde, dass auf Reiniger/Konditionierer IV umgeschaltet
wurde. Eine zusätzliche
Verbesserung ergab sich jedoch dadurch, dass Ultraschallenergie
im Reiniger/Konditionierer-Bad während
der Verarbeitung eingesetzt wurde (vgl. Beispiel 12 bis Beispiele
13 und 14).
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Beispiele 15 – 21
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Bei
diesen Beispielen wurden die Einflüsse des Einbringens von Ultraschallgeneratoren
in eines oder beide Bäder
des Reiniger/Konditionierer IV-Bades und des SHADOW® Graphit-Dispersions-Bades
bestimmt. Bei diesen Tests wurde der SHADOW® Reiniger/Konditionierer
IV bei der empfohlenen Verdünnung
als der Reiniger/Konditionierer verwendet. Die SHADOW®II
Graphit-Dispersion wurde bei der empfohlenen 1:1 Verdünnung angewendet.
Das Testgerät
ist die Doppelfrequenz-Anordnung,
die in den Beispielen 11 – 14
verwendet wurde.
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Das
Auftreten von Defekten wurde für
diese Beispiele durch Verwendung des Heißöl-Tests gemessen, um den Anteil von Durchgangslöchern zu
bestimmen, die sichtbares Gas freigeben, wenn sie in einen Körper von
im wesentlichen nicht volatiler Flüssigkeit eingetaucht werden,
die auf einer erhöhten
Temperatur gehalten wird, welche die Siedetemperatur von Wasser
wesentlich übersteigt.
Das Gas kann Wasserdampf, Luft oder ein anderes Gas sein.
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Angüsse von
5 cm2, deren jeder 70 Durchgangslöcher hat,
wurden nach vorliegender Erfindung oder nach Steuerung hergestellt
und dann galvanisiert. Jeder Anguss wurde in ein heißes Ölbad eingetaucht
und über
eine Videokamera betrachtet, die ein vergrößertes Bild des Angusses auf
einem Monitor ergab. Das Vorhandensein oder Fehlen von Gasblasen
unter den Testbedingungen wurde für jedes Durchgangsloch festgehalten.
Der Test wurde dadurch bewertet, dass die Anzahl von Gas abgebenden
Durchgangslöchern
gezählt und
diese Zahl mit (100%/70 Löchern)
multipliziert und das Ergebnis als prozentualer Wert festgestellt
wurde. Bei dem Heißöl-Test stellt
das festgestellte prozentuale Resultat das Auftreten von Schäden dar;
ein geringeres Resultat gibt weniger Schäden an, somit eine bessere
Performance.
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Die
Resultate nach den Beispielen 15 – 21 sind in Tabelle IV zusammengefasst.
Zunächst
wird Beispiel 15, bei dem der Ultraschallgenerator im SHADOW®-Bad
abgeschaltet war, mit den Beispielen 16 – 20 verglichen, bei denen
der Ultraschallgenerator in dem SHADOW®-Bad
während
der angegebenen Zeitperioden angeschaltet war. Weil der Ultraschall-Generator
in dem Reiniger/Konditionierer-Bad in den Beispielen 16 – 20 angeschaltet
war, ergab das Resultat des Heißöl-Tests
wenige Defekte, gleichgültig
ob mit oder ohne Ultraschallenergie in der Graphit-Dispersion. Als
nächstes
werden die Beispiele 20 und 21, bei denen die gleichen Ultraschallbedingungen
in dem Graphit-Dispersions-Bad aufrecht erhalten wurden, verglichen,
während
der Ultraschall-Generator in dem Reiniger/Konditionierer in Beispiel
20 eingeschaltet und in Beispiele 21 ausgeschaltet war. Das Einschalten
der Ultraschallenergie im Reiniger/Konditionierer hat das Auftreten
von Defekten von 73% bis auf 0% verringert.
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Beispiele 22 – 27
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Die
Beispiele 22 – 27
wurden ausgeführt,
um den Einfluss der Zeitdauer, während
der die Tafeln Ultraschallenergie in einem SHADOW® Reiniger/Konditionierer
IV ausgesetzt waren, zu bewerten. Für diese Untersuchung wurden
Heißöl-Test-Angüsse mit
Abmessungen von 5 × 5
cm verwendet. Für
jedes Beispiel wurden zwei Angüsse
auf Drahthaken abgestützt
in vertikaler Richtung durch eine SHADOW®-Becheranlage geführt. Die
Resultate der beiden Angüsse
wurden getrennt für
jedes Beispiel erfasst. Das Reiniger/Konditionierer-Bad war ein
SHADOW® Reiniger/Konditionierer
IV, mit der empfohlenen Verdünnung
in einem einen Liter fassenden Ultraschall-Modell Nr. BL-12, das
mit 80 Watt und 40 kHz bei 57° C
betrieben wurde.
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Tabelle
5 zeigt, dass die 40 kHz Ultraschalleinheit in der Lage war, die
Heißöl-Testresultate zu
verbessern. Das Aufgeben von Ultraschallenergie über eine Zeitdauer zwischen
etwa 30 Sekunden und einer Minute während des Reiniger/Konditionier-Schrittes hat das
Heißöl-Testresultat
verbessert; das Resultat wurde nicht weiter dadurch verbessert,
dass die Ultraschallenergie über
eine längere
Zeitdauer aufgegeben wurde.
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Beispiele 28 – 30
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In
den Beispielen 28 – 30
wurde die Konzentration des Reinigers/Konditionierers verändert, um
festzustellen, welchen Einfluss dies auf die Ergebnisse hat. Es
wurde ein SHADOW® Reiniger/Konditionierer
IV verwendet, ausgenommen in Beispiel 28, in welchem ein SHADOW® Reiniger/Konditionierer
III eingesetzt wurde, wie in Tabelle 6 vermerkt. Die Tabelle zeigt,
dass die Reiniger/Konditionierer-Konzentrationen von 1% bis 10%
der verkaufsfertigen Komposition alle im Heißöl-Test ein gutes Ergebnis geliefert
haben.
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Beispiele 31 – 32
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Zwei
Sätze von
Tafeln bestehend aus fünf
Laminattypen wurden an drei verschiedenen Stellen gebohrt. Es wurde
ein Satz in einem Betrieb ohne Ultrabeschallung im Reiniger verarbeitet.
Einige Monate später, nachdem
eine Ultraschalleinheit im Reiniger angeschlossen worden war, wurde
der zweite Satz im gleichen Betrieb behandelt. Die Ultraschallfrequenz,
die dabei verwendet wurde, betrug 25 kHz.
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Tabelle
7 zeigt, dass das Aufgeben von Ultraschallenergie das Auftreten
von Blasenhohlräumen
entscheidend reduziert hat, nämlich
von 12,069 ppm auf 319 ppm.
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Beispiele 33 – 36
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Bei
diesen Beispielen wurde eine Doppelfrequenz-Ultraschall-Behandlungsanlage
verwendet, die im wesentlichen der nach den Beispielen 11 – 14 entsprach.
Es wurden zwei unterschiedliche kommerzielle SHADOW® Reiniger/Konditionierer-Ansätze (I und
IV), deren jeder auf 20% verdünnt
worden war, bewertet. Tabelle 8 gibt die Resultate an. Beispiele
33 und 34 zeigen, dass der SHADOW® Reiniger/Konditionierer
IV selbst viel weniger Blasenhohlräume und andere Defekte ergeben
hat als SHADOW® Reiniger/Konditionierer I.
Die Beispiele 34 und 35 – 36
zeigen, dass das Aufgeben von Ultraschallenergie im Reiniger/Konditionierer eine
weitere, wesentliche Reduzierung des Auftretens von Blasenhohlräume und
anderen Defekten bei einer Doppelfrequenz-Ultraschallanordnung ergibt
und die besten Ergebnisse liefert.
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Beispiele 37 – 39
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Tabelle
9 zeigt weitere Ergebnisse für
die Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung unter Verwendung von Ultraschallgeneratoren
mit 25 kHz in dem SHADOW® Reiniger/Konditionierer
und den Graphit-Dispersions-Bädern.
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Zunächst werden
die Beispiele 37 und 38 miteinander verglichen. Bei Anwendung von
Ultraschall in der SHADOW® Graphit-Dispersion in
Beispiel 38 haben sich sowohl das Auftreten von Blasenhohlräumen als auch
von anderen Defekten im Vergleich zu Beispiel 37 reduziert, bei
dem der Versuch ohne Ultraschall in der Graphit-Dispersion durchgeführt wurde.
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Nunmehr
werden die Beispiele 37 und 39 miteinander verglichen, die sich
darin unterscheiden, dass Ultraschall im Reiniger/Konditionierer
in Beispiel 37, jedoch nicht im Beispiel 39 angewendet wird. Hier
wurde kein Vorteil bei der Anzahl von Blasenhohlräumen, jedoch
ein gewisser Vorteil in der Anzahl von anderen Defekten festgestellt.
Bei diesem speziellen Experiment war deshalb die Ultraschallenergie
in der Graphit-Dispersion der entscheidendere Faktor, der zur Reduzierung
der Anzahl von Blasenhohlräumen
und anderen Defekten geführt
hat.
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Zusammenfassend
wird vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt, indem einer
oder mehrere Konditionierer, ein Reiniger/Konditionierer und eine
leitende Kohlenstoff-Überzugskomposition
unter Verwendung eines Ultraschall-Generators oder einer äquivalenten
Vorrichtung behandelt werden, wenn oder kurz bevor die Komposition
auf ein nichtleitendes Substrat aufgebracht wird.
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Mit
vorliegender Erfindung ist es möglich,
einen besser gesteuerten und gleichförmigeren Überzug aus leitenden Kohlenstoffpartikeln
auf die nichtleitende Oberfläche
eines durchgehenden Loches aufzubringen als zuvor. Dieser Kohlenstoffüberzug kann
galvanisiert werden, und die resultierende Galvanisierung fällt in nicht erwarteter
Weise besser aus als die Galvanisierung, die auf einen Kohlenstoffüberzug aufgebracht
wurde, der beim oder vor dem Aufbringen einer Ultraschallenergie
nicht ausgesetzt wurde. Vorliegende Erfindung ermöglicht ferner,
die Bildung von Blasenhohlräumen
und anderen Löt-Defekten
später
bei der Bearbeitung der gedruckten Schaltungsplatten zu vermeiden,
wenn sie einem Lötprozess
ausgesetzt werden. Tabelle
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1. Zu Beispiel 4 wurde die Graphit-Dispersion
mit Ultraschallwellen bei der verkaufsfertigen Konzentration behandelt,
dann auf die Behandlungs-Konzentration verdünnt.
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