DE10043816C1 - Device for electrochemically metallizing, etching, oxidizing and reducing material in electrolytic apparatus comprises rigid base body, electrical contacts arranged on base body, contact isolator, counter electrode and electrical connection - Google Patents
Device for electrochemically metallizing, etching, oxidizing and reducing material in electrolytic apparatus comprises rigid base body, electrical contacts arranged on base body, contact isolator, counter electrode and electrical connectionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen Metallisieren, Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut. Die Erfindung eignet sich zur Verwen dung in elektrolytischen Anlagen wie z. B. Tauchbadanlagen, horizontalen und vertikalen Durchlaufanlagen, Bandanlagen, getakteten Automaten und Cup- Plater. Mit der Vorrichtung können Vollflächen und gegenseitig elektrisch isolierte Strukturen mit und ohne Gräben, Sacklöcher und Durchgangslöcher, wie sie in der Leiterplattentechnik, Hybridtechnik und in der Wafertechnik vorkommen, elektrolytisch behandelt werden. Ebenso ist der Einsatz auf dem Gebiet der Gal vanoplastik möglich.The invention relates to a device for electrochemical metallization, Etching, oxidizing and reducing goods. The invention is suitable for use in electrolytic systems such. B. immersion baths, horizontal and vertical continuous systems, conveyor systems, clocked machines and cup Plater. With the device, full surfaces and mutually electrically isolated Structures with and without trenches, blind holes and through holes, as in PCB technology, hybrid technology and wafer technology, be treated electrolytically. It is also used in the field of gal vanoplastics possible.
Die Vorrichtung wird bevorzugt in einer Anordnung und zur Durchführung eines Verfahrens verwendet, die in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Anordnung und Verfahren für elektrochemisch zu behandelndes Gut" desselben Erfinders beschrieben sind. Auf diese Anmeldeschrift DE 100 43 817.2-45 wird verwiesen.The device is preferably in an arrangement and for carrying out a Procedure used in the concurrently filed patent application "Arrangement and method for electrochemically treated material" of the same Inventor are described. On this application DE 100 43 817.2-45 directed.
Zur elektrolytischen Behandlung muß mindestens die Oberfläche elektrisch leit fähig sein. Diese Oberfläche wird elektrisch kontaktiert und mit einem Pol der für die elektrolytische Behandlung erforderlichen Stromquelle verbunden. Diese Stromquelle wird nachfolgend Badstromquelle genannt. Der andere Pol wird mit der Gegenelektrode elektrisch leitend verbunden. Bei der elektrolytischen Kunststoffbehandlung oder Waferbehandlung, insbesondere beim Galvanisieren derar tigen Gutes, erlauben die sehr dünnen, elektrisch leitenden Grundschichten nur die Anwendung von niedrigen Stromdichten mit entsprechend langen Expositi onszeiten. Strukturen auf elektrisch nichtleitenden Substraten lassen sich mit den üblichen Kontaktmitteln überhaupt nicht kontaktieren.For the electrolytic treatment, at least the surface must be electrically conductive be able. This surface is electrically contacted and with a pole for the power source required for the electrolytic treatment. This Power source is called bath power source in the following. The other pole is with the counter electrode electrically connected. With electrolytic plastic treatment or wafer treatment, in particular when derar plating good, the very thin, electrically conductive base layers only allow the use of low current densities with correspondingly long expositi onszeiten. Structures on electrically non-conductive substrates can be created with the Do not contact usual contact means at all.
In der Druckschrift DE 196 12 555 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von elektrisch isolierten Strukturen beschrieben. Quer zur Transportrichtung des Gutes angeordnete feindrähtige und elektrisch leitfähige Bürsten berühren die elektrolytisch zu behandelnden Oberflächen. Zwischen den Bürstenreihen befinden sich Gegenelektroden. An die Bürsten und Gegenelektroden wird die Badstromquelle angeschlossen. Durch den kontinuier lichen Transport des Gutes entlang dieser Bürsten und Gegenelektroden werden die isolierten Strukturen nacheinander elektrisch kontaktiert und elektrolytisch behandelt.In the document DE 196 12 555 A1 a method and an apparatus for electrochemical treatment of electrically insulated structures. Finely stranded and electrically arranged transversely to the transport direction of the goods Conductive brushes touch the surfaces to be treated electrolytically. There are counter electrodes between the rows of brushes. To the brushes and The bath current source is connected to counter electrodes. Through the continuous transport of the goods along these brushes and counter electrodes the isolated structures are contacted electrically and electrolytically one after the other treated.
Beim Galvanisieren sind die feindrähtigen Bürsten kathodisch und die Gegene lektroden anodisch geschaltet. Die kathodisch gepolten Bürsten werden bei die ser Vorrichtung im Vergleich zu den Strukturen bevorzugt galvanisiert, weil bei den über das Gut streichenden Bürsten eine elektrische Isolierung und Abriege lung des elektrischen Feldes zwischen den Bürsten und den Gegenelektroden nicht möglich ist. Zwischen der Isolierung und der zu behandelnden Oberfläche bleibt zur Vermeidung eines Kratzens auf dieser Oberfläche immer ein Spalt. Dieser führt zur bevorzugten Galvanisierung der Bürsten und zwar auch deshalb, weil die Bürsten um den Spannungsabfall am Kontaktwiderstand, der zwischen dem Ende der Bürste und der Oberfläche des Gutes vorhanden ist, kathodischer sind, als das Gut selbst. Wegen des leichten Darüberstreichens der Bürsten über das Gut ist dieser Widerstand groß und fortwährend schwankend. Eine Verringe rung dieses störenden großen Kontaktwiderstandes der weichen Bürsten ist bei dieser Vorrichtung unmöglich. Die Bürsten werden daher durch das Galvanisieren in kürzester Zeit hart und unbrauchbar. Sie müssen etwa im Minutenabstand elektrolytisch entmetallisiert werden. Hierzu werden u. a. wechselseitig kathodi sche und anodisch geschaltete Bürsten und Gegenelektroden vorgeschlagen. Somit beteiligt sich jeweils nur die Hälfte der vorhandenen Bürsten an der eigentlichen elektrolytischen Behandlung. Während des kontinuierlichen Schleifens der mechanisch empfindlichen Bürsten unterliegen sie in der rauhen Produktionsum gebung einem ständigen Verschleiß. Besonders nachteilig ist es auch, daß die für die Waferbehandlung und für die Leiterplattenbehandlung in Feinleitertechnik notwendige Miniaturisierung der Bürsten und Gegenelektroden konstruktiv nicht möglich ist. Derartig feine Bürsten stellen an die Feinwerktechnik wirtschaftlich nicht lösbare Anforderungen. Eine Mechanisierung zur Herstellung ist ausge schlossen.When electroplating, the fine-wire brushes are cathodic and the opposite electrodes connected anodically. The cathodically polarized brushes are used in the This device is preferably galvanized compared to the structures, because at electrical brushing and brushing over the brushes the electric field between the brushes and the counter electrodes not possible. Between the insulation and the surface to be treated there is always a gap on this surface to avoid scratching. This leads to the preferred electroplating of the brushes and also because because the brushes around the voltage drop across the contact resistance between the end of the brush and the surface of the goods is more cathodic are than the good itself. Because of the light brushing over the brushes the good thing is this resistance is great and constantly fluctuating. A decrease tion of this annoying large contact resistance of the soft brushes is this device impossible. The brushes are therefore galvanized hard and useless in no time. They have to be about every minute be demetallized electrolytically. For this, u. a. mutually cathodic cal and anodically connected brushes and counter electrodes are proposed. This means that only half of the existing brushes participate in the actual one electrolytic treatment. During the continuous grinding of the They are subject to mechanically sensitive brushes in the rough production environment permanent wear. It is also particularly disadvantageous that the for wafer treatment and for circuit board treatment in fine conductor technology the miniaturization of the brushes and counter electrodes is not necessary is possible. Such fine brushes are economical for precision engineering non-solvable requirements. Mechanization to manufacture is out closed.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu beschreiben, die zur elektrolyti schen Behandlung von Gut, insbesondere zur Behandlung von elektrisch isolier ten Strukturen mit sehr kleinen Abmessungen, wie sie z. B. in der Leiter plattentechnik vorkommen, geeignet ist und die die genannten Nachteile nicht aufweist. Desweiteren soll die Vorrichtung einfachen, kostengünstigen und ver breiteten Verfahrensschritten zu ihrer Herstellung zugänglich sein, und zwar auch dann, wenn kleinste Strukturen mit der Vorrichtung elektrolytisch bearbeitet wer den sollen. Ebenso soll sie auch für Vollflächen und für große Strukturen einfach herstellbar sein. Ferner soll die Vorrichtung für einen rauhen elektrolytischen Produktionsbetrieb robust aufgebaut sein. Insbesondere soll sie stabile und weit gehend verschleißfeste elektrische Kontaktstreifen aufweisen.The object of the invention is to describe a device for electrolytic treatment of goods, in particular for the treatment of electrically insulated ten structures with very small dimensions, such as z. B. in the ladder plate technology occur, is suitable and does not have the disadvantages mentioned having. Furthermore, the device should be simple, inexpensive and ver broad process steps for their production to be accessible, and indeed when the smallest structures are processed electrolytically with the device that should. It should also be simple for solid surfaces and large structures be producible. Furthermore, the device is intended for a rough electrolytic Production operations must be robust. In particular, it should be stable and wide have wear-resistant electrical contact strips.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung.The object is achieved by the device described in claim 1.
Die Vorrichtung wird bei ihrer Verwendung während der elektrolytischen Be handlung an die zu behandelnde Oberfläche angedrückt. Dabei setzen die Kon taktflächen der Kontakte und die sie umgebenden Isoliermittel fest auf der Oberfläche auf. Ein Gegendruck wird an der Rückseite des Gutes eingeleitet. Bei flachem, beidseitig zu behandelndem Gut kann diese Einleitung auch durch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung an der anderen Seite des Gutes erfolgen. Wesentlich ist, daß zwischen dem Gut und der Vorrichtung während der elektro lytischen Behandlung keine Relativbewegung stattfindet. Die Kontakte und die Isoliermittel schleifen somit nicht auf der Oberfläche des Gutes. Aus diesem Grunde können die Kontakte auch aus einem massiven, in sich stabilen Werk stoff hergestellt, robust ausgeführt und zur drastischen Verringerung des Kon taktwiderstandes fest an die zu behandelnde Oberfläche angedrückt werden.The device is used during electrolytic loading action pressed against the surface to be treated. The con tact surfaces of the contacts and the surrounding insulating medium firmly on the Surface on. Back pressure is introduced at the back of the goods. at flat, to be treated on both sides this introduction can also by a further device according to the invention on the other side of the goods. It is essential that between the goods and the device during the electro lytic treatment no relative movement takes place. The contacts and the Insulating agents do not grind on the surface of the goods. For this Basically, the contacts can also come from a solid, stable work fabric, robustly designed and to drastically reduce con clock resistance are firmly pressed onto the surface to be treated.
Zur Abriegelung des elektrischen Feldes werden die Kontakte mit Ausnahme der Kontaktflächen vollkommen elektrisch isoliert. Zusammen mit den Kontakten wird diese Isolierung fest auf die Oberfläche des zu behandelnden Gutes gedrückt. Damit wird ein störendes Galvanisieren der Kontakte sicher vermieden.To isolate the electrical field, the contacts with the exception of Contact surfaces completely electrically insulated. Together with the contacts this insulation firmly pressed onto the surface of the material to be treated. Interfering galvanizing of the contacts is thus reliably avoided.
Zum schrittweisen Transport des Gutes wird die Vorrichtung von der Oberfläche desselben abgehoben. Danach erfolgt ein kurzer Vorschub des Gutes bei gleich zeitigem Elektrolytaustausch sowie ein erneutes Andrücken der Vorrichtung an die Oberfläche des Gutes und ein Fortsetzen der elektrolytischen Behandlung, das heißt ein weiterer Behandlungsschritt.For the gradual transport of the goods, the device is removed from the surface lifted off the same. Then the goods are briefly fed at the same time timely electrolyte exchange and pressing the device again the surface of the goods and continuing the electrolytic treatment, that is another treatment step.
Durch das Andrücken der Kontakte an die Oberfläche des Gutes wird mit dieser und der jeweiligen Gegenelektrode eine elektrolytische Kleinzelle gebildet. Die in sich stabilen Kontakte und die Isoliermittel stützen beim Kontaktieren die Kon taktelektrode und damit die daran befestigten Gegenelektroden zur zu behan delnden Oberfläche sicher und maßhaltig ab. Damit sind auch sehr kleine Abstände der Gegenelektroden zur Oberfläche realisierbar, ohne daß die Gefahr eines Anoden-/Kathodenkurzschlusses in der Kleinzelle besteht. Als kleine Ab stände sind hier 0.2 mm bis 0.5 mm anzusehen.By pressing the contacts to the surface of the goods, the and the respective counter electrode is formed an electrolytic small cell. In the stable contacts and the insulating material support the cones when making contact clock electrode and thus the attached counter electrodes to behan surface safely and accurately. So that are also very small Distances of the counter electrodes to the surface can be realized without the risk an anode / cathode short circuit in the small cell. As a small Ab stands are 0.2 mm to 0.5 mm.
Alle Kleinzeilen der Vorrichtung werden an eine Badstromquelle über vorzugs weise flexible elektrische Leiter angeschlossen. Die Vorrichtung ist gekennzeich net durch die elektrolytisch relevanten Einzelteile, nämlich die Kontakte und die Isoliermittel, die zusammen die Kontaktstreifen bilden, sowie die Gegenelektro den. Die Kontaktstreifen und die Gegenelektroden bilden zusammen eine kon struktive Einheit. Sie wird als erfindungsgemäße Vorrichtung Kontaktelektrode genannt.All small lines of the device are preferred to a bath power source wise flexible electrical conductors connected. The device is marked net by the electrolytically relevant individual parts, namely the contacts and the Insulating agents that together form the contact strips, as well as the counterelectronics the. The contact strips and the counter electrodes together form a con structural unity. As a device according to the invention, it becomes a contact electrode called.
Die Erfindung wird nachfolgend detailliert beschrieben. Hierzu dienen auch die Fig. 1 bis 8. Die Zeichnungen sind schematisch dargestellt und nicht maß stäblich.The invention is described in detail below. 1 to 8 also serve this purpose . The drawings are shown schematically and are not to scale.
Fig. 1 zeigt eine Kontaktelektrode in Form eines sehr kleinen Ausschnittes im Querschnitt mit den elektrischen Anschlüssen zur Badstromquelle. Fig. 1 shows a contact electrode in the form of a very small section in cross section with the electrical connections to the bath current source.
Fig. 2 zeigt grundsätzliche Ausführungsformen der Kontaktelektrode für die verschiedenen Anwendungen. Fig. 2 shows basic embodiments of the contact electrode for the various applications.
Fig. 3 zeigt eine Kontaktelektrode mit schräggestellten Kontaktstreifen zur federnden Kontaktierung. Fig. 3 shows a contact electrode with inclined contact strips for resilient contact.
Fig. 4 zeigt eine Kontaktelektrode mit Kanälen im Grundkörper zur Elektrolyt einleitung und zur Elektrolytausleitung. Fig. 4 shows a contact electrode with channels in the base body for electrolyte introduction and for electrolyte discharge.
Fig. 5 zeigt als Beispiel prinzipielle Herstellschritte einer Kontaktelektrode, insbesondere mit sehr kleinen Abmessungen der Kontaktstreifen. Fig. 5 shows in principle an example manufacturing steps of a contact electrode, in particular with very small dimensions of the contact strips.
Fig. 6 zeigt als Beispiel prinzipielle Herstellschritte einer weiteren Kontaktelek trode, mit sehr kleinen Abmessungen der Elektrodenabstände und der Kontaktstreifen. Fig. 6 shows an example of basic manufacturing steps of a further contact electrode, with very small dimensions of the electrode spacing and the contact strips.
Fig. 7 zeigt als weiteres Beispiel prinzipielle Herstellschritte einer Kontaktelek trode mit starren Kontaktstreifen, die vom Grundkörper gebildet werden. Fig. 7 shows another example of basic manufacturing steps of a contact electrode with rigid contact strips which are formed by the base body.
Fig. 8 zeigt als weiteres Beispiel prinzipielle Herstellschritte einer Kontaktelek trode, insbesondere für Kleinzellen mit großen Abmessungen. Fig. 8 shows another example of basic manufacturing steps of a contact electrode, especially for small cells with large dimensions.
In Fig. 1 ist das elektrolytisch zu behandelnde Gut mit 1 bezeichnet. Dabei kann es sich um ein elektrisch leitendes Teil handeln. Es kann sich aber auch um einen Nichtleiter handeln, der an der elektrolytisch zu behandelnden Oberfläche eine elektrisch leitfähige Schicht 2 aufweist. Diese Schicht kann vollflächig sein. Sie kann aber auch Unterbrechungen, d. h. Strukturen aufweisen, die untereinan der elektrisch isoliert sind. Diese Strukturen kommen z. B. in der Leiterplatten technik und in der Hybridtechnik vor. Sie weisen teilweise sehr kleine Abmessungen bis herunter zu 0,05 mm im Quadrat, im Durchmesser, oder als Leiterzug auf. Desweiteren sind diese Schichten bei der Kunststoffgalvanisierung oder in der Wafertechnik extrem dünn. Die Schichten haben daher eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Dies erlaubt die Anwendung von nur sehr niedrigen Stromdichten nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Vor richtung ist zur elektrolytischen Behandlung von Gut auch mit Sacklöchern und/oder mit Durchgangslöchern und mit den genannten Eigenschaften geeignet. Desgleichen auch zum Aufbau von räumlichen Strukturen der Galvanoplastik sowie zum elektrolytischen Ätzen, Oxidieren und Reduzieren von Gut.In Fig. 1, the material to be treated electrolytically is designated by 1. It can be an electrically conductive part. However, it can also be a non-conductor which has an electrically conductive layer 2 on the surface to be treated electrolytically. This layer can be full-surface. But it can also have interruptions, ie structures that are electrically insulated from each other. These structures come e.g. B. in PCB technology and in hybrid technology. They sometimes have very small dimensions down to 0.05 mm square, in diameter, or as a conductor track. Furthermore, these layers are extremely thin in plastic electroplating or in wafer technology. The layers therefore have a very low electrical conductivity. This allows the use of only very low current densities according to the prior art. The device according to the invention is also suitable for the electrolytic treatment of material with blind holes and / or with through holes and with the properties mentioned. Likewise also for the construction of spatial structures of galvanoplastic as well as for the electrolytic etching, oxidation and reduction of goods.
Hierzu kontaktiert mindestens ein elektrisch leitfähiger Kontaktstreifen 3 die Oberfläche 2 des Gutes 1. Der Kontaktstreifen 3 ist in die Zeichnungsebene hinein langgestreckt ausgebildet. Er besteht aus dem elektrischen Kontakt 4, den an beiden Seiten eine Kontaktisolierung 5 vollkommen umschließt. Die Kontakt streifen 3 sind an einem Grundkörper 6 unbeweglich befestigt. Zwischen den Kontaktstreifen 3 sind Gegenelektroden 7 am Grundkörper 6 unbeweglich befe stigt. In der Darstellung der Fig. 1 besteht der Grundkörper 6 aus einem elek trisch nichtleitenden Werkstoff. Die Kontakte 4 und die Gegenelektroden 7 sind mittels elektrischer Leiter 8 mit der Badstromquelle 12 verbunden. Die Polarität in Fig. 1 ist als Beispiel für das Galvanisieren oder für das elektrochemische Re duzieren des Gutes eingetragen.For this purpose, at least one electrically conductive contact strip 3 contacts the surface 2 of the good 1 . The contact strip 3 is elongated in the plane of the drawing. It consists of the electrical contact 4 , which completely encloses contact insulation 5 on both sides. The contact strips 3 are immovably attached to a base body 6 . Between the contact strips 3 , counter electrodes 7 on the base body 6 are immovably fixed. In the illustration of FIG. 1, the base body 6 consists of an electrically non-conductive material. The contacts 4 and the counter electrodes 7 are connected to the bath current source 12 by means of electrical conductors 8 . The polarity in Fig. 1 is entered as an example for the electroplating or for the electrochemical reduction of the material.
Wird z. B. der Grundkörper 6 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, so kann dieser die Gegenelektroden 7 selbst bilden. Die zugehörigen elektri schen Leiter in der Fig. 1 entfallen. Die elektrischen Leiter zu den Kontakten 4 lassen sich zum Beispiel mit den Beschichtungsmethoden der Leiterplattentech nik und/oder der Wafertechnik herstellen. In diesem Beispiel sind die Kontakte 4 isoliert am Grundkörper 6 befestigt. Insgesamt ist an Hand der Fig. 1 zu erken nen, daß es sich um einfach herstellbare profilartige Strukturen auf der erfin dungsgemäßen Vorrichtung handelt. Diese Strukturen sind mit sehr kleinen Abmessungen für die Feinleitertechnik und Hybridtechnik als Kontaktstreifen 3 und Gegenelektroden 7 realisierbar. Zu erkennen ist auch, daß ebenso große Abmessungen der Kontaktstreifen und der Gegenelektroden realisierbar sind. Hierzu eignen sich die bekannten Methoden des Maschinenbaues und der Fein werktechnik.Is z. B. the base body 6 made of an electrically conductive material, this can form the counter electrodes 7 themselves. The associated electrical rule's in Fig. 1 are omitted. The electrical conductors to the contacts 4 can be produced, for example, using the coating methods of printed circuit board technology and / or wafer technology. In this example, the contacts 4 are fastened to the base body 6 in an insulated manner. Overall, it can be seen with reference to FIG. 1 that it is easy to manufacture profile-like structures on the device according to the invention. These structures can be realized with very small dimensions for fine conductor technology and hybrid technology as contact strips 3 and counter electrodes 7 . It can also be seen that equally large dimensions of the contact strips and the counter electrodes can be realized. The known methods of mechanical engineering and precision engineering are suitable for this.
Die Kontaktelektrode 30 besteht u. a. aus dem massiven und starren Grundkörper 6. Dieser ist in einer Abmessung bevorzugt so groß, wie das zu behandelnde Gut 1. Dies bedeutet zum Beispiel bei Durchlaufanlagen, daß die Abmessung quer zur Transportrichtung mindestens der Breite des Gutes entspricht. Bei flachem und ebenem Gut, wie zum Beispiel Wafer oder Leiterplatten, ist die Oberfläche der Kontaktelektrode 30 ebenfalls eben. Für räumlich geformtes Gut wird die Oberfläche der Kontaktelektrode der Form des Gutes angepaßt. Damit wird eine sehr gleichmäßige elektrolytische Behandlung erreicht. Die üblicherweise bei Formteilen auftretenden Spitzeneffekte werden vermieden.The contact electrode 30 consists, among other things, of the solid and rigid base body 6 . In one dimension, this is preferably as large as the good 1 to be treated. In continuous systems, for example, this means that the dimension transverse to the direction of transport corresponds at least to the width of the goods. In the case of flat and flat goods, such as wafers or printed circuit boards, the surface of the contact electrode 30 is also flat. For spatially shaped goods, the surface of the contact electrode is adapted to the shape of the goods. A very uniform electrolytic treatment is thus achieved. The peak effects that usually occur with molded parts are avoided.
Der Grundkörper 6 besteht aus Metall oder einem elektrischen Nichtleiter. Diese Werkstoffe, wie alle weiteren Werkstoffe der Erfindung müssen bezüglich des jeweils verwendeten Elekrolyten chemisch beständig sein. Bei anodischer Bean spruchung von Elektroden und Kontakten müssen diese ebenfalls elektroche misch resistent und aktiv sein. In der Regel erfüllen Edelmetalle, Mischoxid beschichtungen z. B. mit Iridium oder Diamantschichten, die z. B. bordotiert sind, diese Anforderungen.The base body 6 consists of metal or an electrical non-conductor. These materials, like all other materials of the invention, must be chemically stable with respect to the electrolyte used in each case. If electrodes and contacts are subjected to anodic stress, they must also be electrochemically resistant and active. Usually meet precious metals, mixed oxide coatings z. B. with iridium or diamond layers, the z. B. are on-board, these requirements.
Die am Grundkörper 6 befestigten Kontakte 4 oder die Gegenelektroden 7 kön nen vom Grundkörper selbst gebildet werden. In diesen Fällen wird vorteilhaft ein Grundkörper 6 aus Metall verwendet, wie zum Beispiel aus Titan. Der andere Teil der Kontaktelektrode muß dann elektrisch isoliert am Grundkörper befestigt und gesondert miteinander elektrisch verbunden werden. Die Gegenelektroden 7 befinden sich in unmittelbarer Nähe der Kontakte 4.The contacts 4 attached to the base body 6 or the counter electrodes 7 can be formed by the base body itself. In these cases, a base body 6 made of metal, such as titanium, is advantageously used. The other part of the contact electrode must then be attached to the base body in an electrically insulated manner and be electrically connected to one another separately. The counter electrodes 7 are located in the immediate vicinity of the contacts 4 .
Fig. 2 zeigt die grundsätzlich möglichen Ausführungsformen der Kontaktelek trode 30 mit kleinen und großen Kontaktabständen sowie kleinen und großen Anoden-/Kathodenabständen. Auf Grund der unbeweglichen Befestigung der Gegenelektroden 7 und der Kontaktstreifen 3 am Grundkörper 6 lassen sich sehr kleine Abstände von Kontaktstreifen zu Kontaktstreifen und der dazwischen lie genden Gegenelektrode 7 herstellen. Ebenso klein realisierbar ist der Abstand der Gegenelektrode 7 zur Oberfläche des Gutes 1. Diese kleinen Abmessungen eignen sich besonders zur Behandlung kleinster Strukturen. Bedarfsweise sind diese Abmessungen in der Größenordnung von 0,5 mm und weniger für präzise zu bearbeitende Strukturen realisierbar. Andererseits sind zur elektrolytischen Behandlung von Vollflächen auch sehr große gegenseitige Abstände der Kon taktstreifen 3 und/oder der Anoden-/Kathodenabstände der Gegenelektroden 7 realisierbar. Praktikable Abmessungen sind hier bis zu 50 mm. Fig. 2 shows the fundamentally possible embodiments of the contact electrode 30 with small and large contact distances and small and large anode / cathode distances. Due to the immobile fastening of the counter electrodes 7 and the contact strips 3 on the base body 6 , very small distances from the contact strips to the contact strips and the counter electrode 7 lying therebetween can be produced. The distance between the counterelectrode 7 and the surface of the good 1 can be realized just as small. These small dimensions are particularly suitable for treating the smallest structures. If required, these dimensions of the order of magnitude of 0.5 mm and less can be realized for precisely machined structures. On the other hand, very large mutual distances between the contact strips 3 and / or the anode / cathode distances of the counter electrodes 7 can also be realized for the electrolytic treatment of solid surfaces. Practical dimensions are up to 50 mm.
Die Auswahl des Kontaktwerkstoffes richtet sich nach dem jeweiligen Anwen dungsfall. Ganz wesentlichen Einfluß auf die Auswahl hat die Oberflächenbe schaffenheit des Gutes. Bei der Waferbehandlung treten Unebenheiten in der Größenordnung von einem µm auf. Leiterplatten und Hybride sind eben oder es sind Höhenunterschiede in der Größenordnung der Resistdicke oder der Dicke von Lötstopplack, also etwa 40 µm auszugleichen. Elastisches Gut, wie z. B. Leiterfolien paßt sich auch massiven Metallkontakten selbst an. Dies insbesonde re dann, wenn bei einseitiger elektrolytischer Behandlung von der Gegenseite die Unterstützung und der Gegendruck über einen elastischen Werkstoff, wie z. B. über eine Matte eingeleitet wird. Zwischen einem andrückenden Körper, minde stens in den Abmessungen des Gutes, und der Rückseite des Gutes befindet sich diese Matte. Sie drückt auch unebene Oberflächen von Folien fest an die starren, massiven Kontakte an. Für ebenes, oder in sich mindestens geringfügig flexibles Gut eignen sich von daher massive Metallkontakte. Unebene zu behan delnde Oberflächen werden vorteilhaft mit anschmiegsamen, z. B. federnden Metallstreifen kontaktiert. Die Federwirkung kann erhöht werden, wenn sich diese Kontakte nicht senkrecht, sondern in einem Winkel von größer 0° bis nahe 90° zur Oberfläche des Gutes diesem annähern. Erreicht wird dies gemäß Fig. 3 z. B. auch durch entsprechende Schrägstellung der Kontaktstreifen bei weiterhin senkrechter Annäherung der Kontaktelektrode an das Gut.The choice of the contact material depends on the respective application. The surface quality of the goods has a significant influence on the selection. Unevenness of the order of one µm occurs during wafer treatment. Printed circuit boards and hybrids are flat, or height differences in the order of magnitude of the resist thickness or the thickness of solder mask, ie about 40 µm, must be compensated for. Elastic material, such as B. Conductor foils also adapt themselves to massive metal contacts. This in particular re when, with one-sided electrolytic treatment from the opposite side, the support and the counter pressure via an elastic material, such as. B. is initiated via a mat. This mat is located between a pressing body, at least in the dimensions of the goods, and the back of the goods. It also presses uneven surfaces of foils firmly onto the rigid, solid contacts. Solid metal contacts are therefore suitable for flat or at least slightly flexible goods. Uneven surfaces to be treated are advantageous with supple, e.g. B. contacted resilient metal strips. The spring effect can be increased if these contacts do not approach the surface of the good, not vertically, but at an angle of greater than 0 ° to close to 90 °. This is achieved according to FIG . B. also by appropriate inclination of the contact strips while the vertical approach of the contact electrode to the good.
Eine weitergehende Anpassung an Unebenheiten wird durch Einschnitte in die federnden Metallkontakte, das heißt durch gefiederte Kontakte, erreicht. Als Kontakte eignen sich auch Bürsten, bestehend aus Metalldrähten, die jedoch im Gegensatz zum Stand der Technik in sich so steif sein müssen, daß sie an die Oberfläche des Gutes zusammen mit der Isolierung fest angedrückt werden können. Stabile Drahtbürsten eignen sich besonders für Kontaktelektroden mit großen Abmessungen der Kontaktabstände und der Anoden-/Kathodenabstände. A further adjustment to unevenness is made by cuts in the resilient metal contacts, that is achieved by feathered contacts. As Contacts are also suitable brushes, consisting of metal wires, which, however, in Contrary to the prior art must be so stiff in itself that they are in the Surface of the goods are pressed together with the insulation can. Stable wire brushes are particularly suitable for contact electrodes large dimensions of the contact distances and the anode / cathode distances.
Besonders vorteilhaft erweist sich zur Herstellung der Kontakte 4 ein in sich ela stischer und elektrisch leitfähiger Werkstoff. Der Kontakt paßt sich allen Uneben heiten selbsttätig an und berührt sehr schonend das Gut. Derartige Werkstoffe sind in Form von Gummi, Silikon und Elastomeren verfügbar. Sie sind mit Füll stoffen, die aus feinem oder feinstem Metallpulver, Metallflocken und ähnlichen Metallteilchen bestehen, versetzt. Die Durchmesser der Füllstoffteilchen betragen etwa 10 µm. Die elektrische Leitfähigkeit, die derartige Werkstoffe erreichen, beträgt etwa 10-3 Ωcm. Dies kommt nahe an die Leitfähigkeit der elektrochemisch resistenten Metalle wie Titan heran. Seitlich an den elastischen Kontakten 4 lassen sich Kontaktisolierungen 5 so anbringen, daß die Kontakte 4 und die Kontaktisolierungen 5 eine Einheit bilden. Sehr vorteilhaft erweist sich die Her stellung aus demselben elastischen Werkstoff. Sie unterscheiden sich nur durch den metallischen Füllstoff im Kontakt 4, der der Kontaktisolierung nicht zuge mischt wird. Derartige elastische Werkstoffe sind z. B. als Microconnectoren be kannt. Abwechselnd elektrisch leitende und nichtleitende Silikonschichten mit Schichtdicken bis herunter zu 0,1 mm dienen unter leichtem Druck zum elektri schen Verbinden von Elektronik-Baugruppen. Die elastischen Werkstoffe haben desweiteren den großen Vorteil der Verarbeitung z. B. mittels Flüssigbeschichtun gen wie Lackieren, Gießen, Spritzen, Sprühen sowie Extrudieren. Als Kontaktiso lierung 5 eignet sich auch jeder andere chemisch beständige und nichtleitende Werkstoff, beispielsweise mittels Hochrate-Elektronenstrahlbedampfung aufge brachte elastische, sehr dünne Keramik- oder Glasschichten. Es eignen sich auch Isolierstreifen, die an den Kontakten 4 angeklebt werden oder durch Füge technik oder Formschluß am Kontakt 4 und/oder am Grundkörper 6 befestigt sind. Wie bei den Herstellverfahren der Kontaktelektrode noch gezeigt wird, läßt sich die Kontaktisolierung 5 vorteilhaft auch Spritzen, Sprühen, Gießen, Streichen oder durch elektrophoretischen Auftrag eines nichtleitenden Werkstoffes ähnlich einer Lackierung aufbringen. Damit sind auch sehr dünne Schichten, z. B. für die Isolierung, einfach herstellbar. In jedem Falle reicht diese Isolierung bis an die eigentliche Kontaktfläche des Kontaktes 4 heran, ohne diese Fläche zu bedec ken. Während der Behandlung sitzt somit neben dem Kontakt 4 auch die Kontakt isolierung 5 auf dem Gut auf und isoliert damit den Kontakt 4 vollkommen. Particularly advantageous for producing the contacts 4 proves to be an elastic and electrically conductive material. The contact adapts itself automatically to all irregularities and touches the goods very gently. Such materials are available in the form of rubber, silicone and elastomers. They are filled with fillers consisting of fine or finest metal powder, metal flakes and similar metal particles. The diameter of the filler particles is approximately 10 µm. The electrical conductivity that such materials achieve is approximately 10 -3 Ωcm. This comes close to the conductivity of electrochemically resistant metals such as titanium. Contact insulations 5 can be attached to the side of the elastic contacts 4 such that the contacts 4 and the contact insulations 5 form a unit. The manufacture of the same elastic material proves to be very advantageous. They differ only in the metallic filler in contact 4 , which is not added to the contact insulation. Such elastic materials are such. B. known as micro connectors. Alternating electrically conductive and non-conductive silicone layers with layer thicknesses down to 0.1 mm are used under light pressure for electrical connection of electronic assemblies. The elastic materials also have the great advantage of processing such. B. by means of liquid coatings such as painting, pouring, spraying, spraying and extruding. As Kontaktiso lierung 5 is also any other chemically stable and non-conductive material, for example by means of high-rate electron beam vaporization brought elastic, very thin ceramic or glass layers. There are also insulating strips that are glued to the contacts 4 or are attached to the contact 4 and / or to the base body 6 by joining technology or positive locking. As will be shown in the manufacturing process of the contact electrode, the contact insulation 5 can advantageously also be applied by spraying, spraying, pouring, brushing or by electrophoretic application of a non-conductive material similar to a coating. This means that even very thin layers, e.g. B. for insulation, easy to manufacture. In any case, this insulation extends to the actual contact surface of the contact 4 without covering this surface. During the treatment, in addition to the contact 4 , the contact insulation 5 also sits on the material and thus completely isolates the contact 4 .
Alle Kontakte 4 einer Kontaktelektrode 30 einerseits und alle Gegenelektroden 7 andererseits werden jeweils vorzugsweise an je einer Stirnseite des Grundkör pers 6 miteinander elektrisch verbunden. Von diesen Sternpunkten wird mittels eines z. B. flexiblen Leiters die elektrische Verbindung zur Badstromquelle herge stellt. Bildet der Grundkörper 6 selbst ein Bauelement der Kontaktelektrode, z. B. die Gegenelektrode 7, so können die Kontakte 4 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers zusammengefaßt werden. Vorteilhaft ist dies bei be sonders breiten Kontaktelektroden, d. h. bei langen Kontaktstreifen 3. Diese wer den somit zweiseitig eingespeist. Alle Leiter zum Zusammenfassen der Kontakte 4 und der Gegenelektroden 7 werden mittels eines chemisch beständigen Isola tors elektrisch isoliert.All contacts 4 of a contact electrode 30, on the one hand, and all counter electrodes 7, on the other hand, are each preferably electrically connected to one another in each case on one end face of the basic body 6 . From these star points is by means of a z. B. flexible conductor provides the electrical connection to the bath power source. The base body 6 itself forms a component of the contact electrode, for. B. the counter electrode 7 , the contacts 4 can be combined on two opposite sides of the base body. This is advantageous for particularly wide contact electrodes, ie for long contact strips 3 . These are therefore fed in on both sides. All conductors for combining the contacts 4 and the counter electrodes 7 are electrically insulated by means of a chemically resistant insulator.
In einer anderen Ausführungsform der Kontaktelektrode 30 werden die Kontakt streifen 3 am elektrisch leitfähigen Grundkörper 6 so befestigt, daß die elektro chemisch aktive Oberfläche des Grundkörpers 6 zugleich die Gegenelektroden bildet. Diese sind durch den Grundkörper elektrisch miteinander verbunden. Besteht der Grundkörper 6 aus einem elektrischen Isolator, wie z. B. aus Keramik, Glas, oder Kunststoff, so ist mindestens die dem Gut zugewandte Seite durch eine Metallisierung leitfähig zu machen. Die Metallisierung muß auch elektro chemisch aktiv sein, wenn sie als Anode verwendet wird. Zur Metallisierung eig nen sich die bekannten chemischen und physikalischen Beschichtungsverfahren.In another embodiment of the contact electrode 30 , the contact strips 3 are attached to the electrically conductive base body 6 so that the electrochemically active surface of the base body 6 also forms the counter electrodes. These are electrically connected to one another by the base body. The base body 6 consists of an electrical insulator, such as. B. made of ceramic, glass, or plastic, at least the side facing the good is to be made conductive by a metallization. The metallization must also be electro-chemically active if it is used as an anode. The known chemical and physical coating processes are suitable for metallization.
Ein elektrisch leitfähiger Grundkörper 6 kann auch so ausgebildet sein, daß er zugleich die Kontakte 4 bildet. Diese sind dann über den Grundkörper 6 elek trisch miteinander verbunden.An electrically conductive base body 6 can also be designed such that it also forms the contacts 4 . These are then electrically connected to one another via the base body 6 .
Die Kontaktstreifen 3 und die Gegenelektroden 7 verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Auf dem Grundkörper können sie zusammen einen beliebigen Ver lauf haben. Beispielsweise auch in geschwungenen Linien oder in einem Drei eckskurvenverlauf. Bevorzugt wird jedoch ein geradliniger Verlauf gewählt und zwar quer zur Vorschubrichtung des Gutes durch die elektrolytische Anlage. The contact strips 3 and the counter electrodes 7 preferably run parallel to one another. Together they can have any run on the base body. For example, in curved lines or in a triangular curve. However, a straight course is preferably selected, namely transversely to the feed direction of the material through the electrolytic system.
Durch das schrittweise Öffnen und Schließen der Kontaktelektrode wird die, durch das Gut 1 und die Gegenelektrode 7 gebildete Kleinzelle 9, jeweils mit nicht ausgearbeitetem Elektrolyt versorgt. Die elektrolytische Behandlung in ei nem Schritt kann solange andauern, solange sich die Ionenkonzentration des Elektrolyten für den Prozeß an der Phasengrenze in den zulässigen Grenzen befindet. Eine andere Zeitgrenze stellt beim Oxidieren und Reduzieren die Menge des örtlich erzeugten Gases dar.By gradually opening and closing the contact electrode, the small cell 9 formed by the material 1 and the counterelectrode 7 is each supplied with electrolyte which has not been worked out. The electrolytic treatment in one step can last as long as the ion concentration of the electrolyte for the process at the phase boundary is within the permissible limits. Another time limit for the oxidation and reduction is the amount of locally produced gas.
Fig. 4 zeigt eine Kontaktelektrode 30, die einen erhöhten Elektrolytaustausch in den Kleinzellen während der Behandlung ermöglicht. Aus Darstellungsgründen ist die Draufsicht ohne Deckel dargestellt. Der Elektrolytaustausch kann durch Einleiten von Elektrolyt durch Löcher 10 in den Gegenelektroden 7 verstärkt werden. Alle Elektrolyteinleitlöcher 10 sind durch Elektrolyteinleitkanäle 13 und einen Einleitsammelkanal 14 auf dem Grundkörper 6 miteinander verbunden und über nicht dargestellte flexible Schläuche an eine Elektrolytpumpe angeschlos sen. Der Elektrolytabfluß aus den Kleinzellen erfolgt an den Stirnseiten des Grundkörpers 6. Eine weitere Erhöhung des Elektrolytaustausches und/oder eine forcierte Gasableitung wird durch Elektrolytausleitlöcher 11, ebenfalls im Grund körper 6 und durch die Gegenelektroden 7 hindurch eingebracht, erzielt. Der Elektrolyt kann aus den Kleinzellen 9 durch diese Löcher entweichen. Die Elek trolytausleitlöcher 11 können auch auf dem Grundkörper 6 durch weitere Elek trolytausleitkanäle 15 und getrennt von den Elektrolyteinleitkanälen 13 mittels Ausleitsammelkanälen 29 zusammengeführt werden. Eine nicht dargestellte saugende Pumpe, über flexible Schläuche an die Kontaktelektrode 30 ange schlossen, bewirkt einen in der Intensität einstellbaren und forcierten Elektrolyt kreislauf durch die Kleinzellen 9 hindurch. Entsprechend zeitlich länger kann ein Behandlungsschritt gewählt werden. Durch das im Vergleich zu elektrolytischen Anlagen nach dem Stand der Technik mögliche kleine Elektrolytvolumen in der Kleinzelle gelingt es, mit vergleichsweise sehr kleinen Elektrolytumlaufmengen einen weitgehenden kontinuierlichen Elektrolytaustausch in der Kleinzelle herbei zuführen. Es wird also in sehr vorteilhafter Weise nur dort Elektrolyt ausge tauscht, wo er benötigt wird. Dies bedeutet, das insgesamt nur wenig Elektrolyt in der elektrolytischen Anlage vorhanden sein muß. Am Grundkörper 6 sind Befe stigungselemente angebracht, die geeignet sind, die Kontaktelektrode in der elektrolytischen Anlage zu befestigen und mittels eines Bewegungsorganes zu bewegen. FIG. 4 shows a contact electrode 30 , which enables an increased electrolyte exchange in the small cells during the treatment. For the sake of illustration, the top view is shown without a lid. The electrolyte exchange can be increased by introducing electrolyte through holes 10 in the counter electrodes 7 . All electrolyte inlet holes 10 are connected to one another by electrolyte inlet channels 13 and an inlet manifold 14 on the base body 6 and are connected to an electrolyte pump via flexible hoses (not shown). The electrolyte outflow from the small cells takes place on the end faces of the base body 6 . A further increase in electrolyte exchange and / or forced gas discharge is achieved through electrolyte discharge holes 11 , also in the base body 6 and through the counter electrodes 7 . The electrolyte can escape from the small cells 9 through these holes. The electrolyte discharge holes 11 can also be brought together on the base body 6 by further electrolyte discharge ducts 15 and separately from the electrolyte introduction ducts 13 by means of diversion collection ducts 29 . A suction pump, not shown, connected to the contact electrode 30 via flexible hoses, causes an intensity-adjustable and forced electrolyte circuit through the small cells 9 . A treatment step can be selected correspondingly longer in time. The small electrolyte volume in the small cell, which is possible in comparison to electrolytic systems according to the prior art, enables a largely continuous electrolyte exchange in the small cell to be achieved with comparatively very small quantities of electrolyte circulating. So it is very advantageously exchanged electrolyte only where it is needed. This means that only a small amount of electrolyte has to be present in the electrolytic system. On the base body 6 BEFE stigungselemente are attached, which are suitable to attach the contact electrode in the electrolytic system and to move by means of a movement member.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß bei der Herstellung der Kontakte und der Gegenelektroden u. a. die verbreiteten chemischen oder physikalischen Be schichtungsverfahren angewendet werden können. Beispiele hierfür sind Layer- Aufbautechniken der Wafertechnik, der Hybridtechnik und der Leiterplattentech nik sowie die Verfahren zur Flüssigbeschichtung. So lassen sich auf einem Grundkörper, der aus einem Isolator besteht, durch außenstromloses chemisch additives Aufbauen von elektrisch leitenden Schichten und von isolierenden Schichten die Kontakte 4, die Kontaktisolierungen 5 und die Gegenelektroden 7 herstellen. Zu diesen Techniken gehört auch das elektrolytische und chemische Ätzen, das Laminieren, Galvanisieren, Sputtern, Plasmaverfahren, Elektronen strahlbeschichten sowie die gesamten Strukturierungsverfahren mittels Resisten oder Laserstrahltechnik. Die Beschichtungsverfahren werden kurz als chemische oder physikalische Beschichtungsverfahren bezeichnet. Bei allen Beschichtungs verfahren wird von einer sehr guten Haftfestigkeit der Schichten auf dem Grund körper und untereinander ausgegangen.Another advantage of the invention is that, among other things, the widespread chemical or physical coating processes can be used in the production of the contacts and the counter electrodes. Examples of this include layer construction techniques in wafer technology, hybrid technology and printed circuit board technology as well as the processes for liquid coating. In this way, the contacts 4 , the contact insulations 5 and the counter electrodes 7 can be produced on a base body, which consists of an insulator, by electrolessly chemically additive construction of electrically conductive layers and of insulating layers. These techniques also include electrolytic and chemical etching, laminating, electroplating, sputtering, plasma processes, electron beam coating and the entire structuring process using resist or laser beam technology. The coating processes are briefly referred to as chemical or physical coating processes. All coating processes assume a very good adhesive strength of the layers on the base body and among each other.
Nachfolgend werden an Hand der Fig. 5 bis 11 einige typische Verfahren zur Herstellung der Kontaktelektrode 30 beschrieben. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch auf Kombinationen dieser Verfahren Schutz beansprucht wird, ebenso Kombinationen mit weiteren Techniken zur Herstellung von Schichten und Strukturen.Some typical methods for producing the contact electrode 30 are described below with reference to FIGS. 5 to 11. It is expressly pointed out that combinations of these processes are also claimed for protection, as are combinations with other techniques for producing layers and structures.
Die Fig. 5 zeigt einen sehr kleinen Ausschnitt einer Kontaktelektrode im Quer schnitt mit den Herstellschritten a bis e. Fig. 5 shows a very small section of a contact electrode in cross section with the manufacturing steps a to e.
In Fig. 5a besteht der Grundkörper 6 aus einem elektrochemisch aktiven Werk stoff, der zugleich elektrisch leitfähig ist. Zumindest aber muß die später dem Gut zugewandte Seite elektrochemisch aktiv sein. Auf diese Seite wird eine Hilfs schicht 16 haftfest z. B. mittels eines Klebers laminiert. Durch diese Hilfsschicht 16 hindurch bis in den Grundkörper 6 hinein werden parallel verlaufende Ein schnitte, auch Gräben 17 genannt, eingebracht. Dies kann in Abhängigkeit von der Größe z. B. durch Fräsen, Schleifen, Drahterodieren, Festkörper- Laserschneiden, Feinguß oder Ätzen erfolgen. In Fig. 5b sind diese Gräben 17 und die Oberfläche der Hilfsschicht 16 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 18 überzogen. Dies kann z. B. durch Flüssigbeschichtung wie Spritzen, Lackieren auch elektrophoretisch, Tauchen oder Gießen erfolgen. Auch das Hochrate- Elektronenstrahlbedampfen mit Glas oder Keramik, das harte und sehr dünne Isolierschichten mit wenigen µm Dicke erzeugt, ist geeignet. Diese dünnen Schichten sind elastisch und eignen sich auch für die Kunststoffbeschichtung. In Fig. 5c sind die isolierten Gräben 17 mit einem Kontaktwerkstoff 19 durch z. B. Gießen oder Spritzen ausgefüllt. Als Kontaktwerkstoff eignen sich z. B. niedrig schmelzende Metalle. Besonders vorteilhaft eignet sich hierfür ein elastischer und elektrisch leitfähiger Werkstoff, der durch Gießen oder Spritzen verarbeitet wer den kann, wie z. B. Silikon, das mit Metallpartikeln versetzt ist. Wird die elektrisch isolierenden Schicht 18 mit dem gleichen elastischen Werkstoff, jedoch ohne Metallpartikel hergestellt, so ergibt dies einen hervorragend elastischen Kontakt streifen 3.In Fig. 5a, the base body 6 consists of an electrochemically active material, which is also electrically conductive. At least the side that later faces the good must be electrochemically active. On this page an auxiliary layer 16 is adherent z. B. laminated with an adhesive. Through this auxiliary layer 16 through into the base body 6 parallel cuts A, also called trenches 17 , are introduced. This can, depending on the size z. B. by milling, grinding, wire EDM, solid-state laser cutting, investment casting or etching. In Fig. 5b, these trenches 17 and the surface of the auxiliary layer 16 are coated with an electrically insulating layer 18. This can e.g. B. by liquid coating such as spraying, painting electrophoretically, dipping or pouring. High-rate electron-beam vapor deposition with glass or ceramic, which produces hard and very thin insulating layers with a thickness of a few µm, is also suitable. These thin layers are elastic and are also suitable for plastic coating. In Fig. 5c, the isolated trenches 17 with a contact material 19 by z. B. poured or sprayed filled. As a contact material such. B. low melting metals. Particularly advantageous is an elastic and electrically conductive material that can be processed by casting or spraying who can, such as. B. silicone, which is mixed with metal particles. If the electrically insulating layer 18 is produced with the same elastic material, but without metal particles, this results in an outstandingly elastic contact strip 3 .
In Fig. 5d ist die Oberfläche bis zur Hilfsschicht 16 planiert worden. Zum Planie ren eignen sich z. B. das Schneiden, Fräsen, chemisch mechanisches Polieren (CMP) oder Schleifen. Die Fig. 5e zeigt die fertiggestellten Kontaktstreifen 3, die unbeweglich am Grundkörper 6 angeordnet und befestigt sind. Die Gegenelek trode 7 wurde durch Entfernung der Hilfsschicht 16 freigelegt. Dieses Entfernen kann durch Ätzen, chemisches oder physikalisches Ablösen wie z. B. durch Lö semittel oder Wärme erfolgen. Auch mechanisch lassen sich die Streifen der Hilfsschicht 16 entfernen, z. B. durch Abscheren oder Abziehen. Die Gegenelek trode 7 muß so gereinigt werden, daß die elekrochemisch aktive Oberfläche frei wird. Diese Oberfläche besteht bei einer Anode in der Regel aus einer Mischoxidbeschichtung, einer Edelmetallbeschichtung oder anderen anodisch beständigen und elektrisch leitfähigen Schichten wie z. B. einer mit Bor dotierten Diamantbeschichtung.In Fig. 5d, the surface has been leveled up to the auxiliary layer 16. For planning Ren are z. B. cutting, milling, chemical mechanical polishing (CMP) or grinding. FIG. 5e shows the finished contact strips 3, which are arranged fixedly on the base body 6 and secured. The counter electrode 7 was exposed by removing the auxiliary layer 16 . This removal can be by etching, chemical or physical detachment such as. B. by Lö medium or heat. The strips of auxiliary layer 16 can also be removed mechanically, e.g. B. by shearing or pulling. The counter electrode 7 must be cleaned so that the electrochemically active surface is free. In the case of an anode, this surface generally consists of a mixed oxide coating, a noble metal coating or other anodically resistant and electrically conductive layers such as, for example, B. a boron-doped diamond coating.
Die Kontaktstreifen 3 und die Gegenelektroden 7 sind am Grundkörper der Kon taktelektrode, im Gegensatz zum Stand der Technik, unbeweglich befestigt. Sie bilden zusammen eine Einheit. Sie können nur gemeinsam bewegt werden. Diese Unbeweglichkeit bezieht sich jedoch nicht auf die elastizitätsbedingten Klein bewegungen der Kontakte 4 zusammen mit den Kontaktisolierungen 5.The contact strips 3 and the counter electrodes 7 are fixed to the base body of the contact electrode, in contrast to the prior art, immovably. Together they form a unit. They can only be moved together. However, this immobility does not relate to the small movements of the contacts 4 together with the contact insulations 5 due to elasticity.
Beim Herstellen der elektrisch leitfähigen Kontakte 4 werden zugleich auch die stirnseitigen Verbindungen der Kontakte mittels desselben oder eines anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffes hergestellt. Auf diese Verbindungen wird eine elektrische Isolation zum Schutz gegen unerwünschte Nebenströme aufgebracht. Die Gegenelektroden 7 sind hier bereits durch den elektrisch leitfähigen Grund körper 6 miteinander verbunden. Der Grundkörper 6 ist auch ein mechanisch stabiles Konstruktionselement. Insgesamt sind diese Elemente so stabil, daß sie alle Kräfte, insbesondere die Kontaktandruckkraft aufnehmen können.When producing the electrically conductive contacts 4 , the end connections of the contacts are also produced by means of the same or a different electrically conductive material. Electrical insulation is applied to these connections to protect against unwanted side currents. The counter electrodes 7 are already connected to each other by the electrically conductive base body 6 . The base body 6 is also a mechanically stable construction element. Overall, these elements are so stable that they can absorb all forces, especially the contact pressure.
Die Fig. 6 zeigt einen sehr kleinen Ausschnitt einer weiteren Kontaktelektrode im Querschnitt mit den Herstellschritten a bis g. Fig. 6 shows a very small section of a further contact electrode in cross section with the manufacturing steps a to g.
Auf dem bereits oben beschriebenen Grundkörper 6 in Fig. 6a wird eine Isolier grundbeschichtung 20 aufgebracht. Die dafür in Frage kommenden Beschich tungsverfahren wurden ebenfalls beschrieben. Deshalb soll nachfolgend auf die Aufzählung und Beschreibung aller bereits beschriebenen Herstellmöglichkeiten einzelner Verfahrensschritte verzichtet werden. Auf die Isoliergrundbeschichtung 20 wird eine elektrisch leitfähige Schicht 21 durch chemische oder physikalische Verfahren aufgetragen.On the base body 6 already described above in Fig. 6a, an insulating base coating 20 is applied. The coating processes in question were also described. For this reason, the list and description of all the manufacturing options for individual process steps that have already been described should be omitted below. An electrically conductive layer 21 is applied to the insulating base coating 20 by chemical or physical methods.
Fig. 6b zeigt einen elektrisch nichtleitenden Resist 22, der bereits strukturiert wurde. Beispielsweise ein Fotoresist, der laminiert, strukturbelichtet und entwic kelt wurde, so wie er in der Leiterplattentechnik angewendet wird. Abgedeckt bleiben hier nur die Stellen, die für die Gegenelektroden vorgesehen sind. Fig. 6b shows an electrically non-conductive resist 22 which has already been structured. For example, a photoresist that has been laminated, structurally exposed and developed, as used in printed circuit board technology. Only the places intended for the counter electrodes remain covered here.
In Fig. 6c wurde der Kontaktwerkstoff 19 für die Kontakte und die stirnseitigen elektrischen Verbindungen untereinander elektrolytisch aufgebaut. Als Kontakt werkstoffe sind Edelmetalle geeignet wie z. B. Platin. Fig. 6d zeigt den Grund körper mit im Bereich der Gegenelektroden 7 entferntem Resist 22, der entfernten leitenden Schicht 21 und der entfernten Isoliergrundbeschichtung 20. Geeignet sind hierfür z. B. das Fräsen, Ätzen oder Laserschneiden. Fig. 6e zeigt eine Auskleidung der Gräben mit einer Isolierbeschichtung 23. Zugleich werden die stirnseitigen Verbindungen isoliert. Diese Isolierbeschichtung 23 wurde, in Fig. 6f bis zur aktiven Oberfläche des Grundkörpers 6 im Bereich der Gegene lektroden 7 wieder entfernt. Fig. 6g zeigt die freigelegte Oberfläche der Kontakte 4 und damit die fertiggestellten Kontaktstreifen 3.In Fig. 6c, the contact material 19 for the contacts and the front electrical connections to each other was electrolytically built. Precious metals are suitable as contact materials such as. B. platinum. FIG. 6d shows the basic body with removed in the region of the counter electrodes 7 resist 22, the conductive layer 21 and the remote Isoliergrundbeschichtung 20 removed. Suitable for this are, for. B. milling, etching or laser cutting. FIG. 6e shows a lining of the trenches with an insulating 23rd At the same time, the front connections are isolated. This insulating coating 23 was, in Fig. 6f to the active surface of the basic body 6 in the region of the Gegene lektroden 7 removed. Fig. 6g shows the exposed surface of the contacts 4 and hence the finished contact strip 3.
Die Fig. 7 zeigt einen sehr kleinen Ausschnitt einer weiteren Kontaktelektrode im Querschnitt mit den Herstellschritten a bis e. FIG. 7 shows a very small section of a further contact electrode in cross section with the manufacturing steps a to e.
In dem elektrisch leitfähigen, bevorzugt metallischen Grundkörper 6, aus z. B. Titan der Fig. 7a sind durch Fräsen oder Ätzen, Feinguß, Festkörper- Laserschneiden oder Drahterodieren die profilartigen Kontakte 4 gebildet worden. Der nicht unbedingt notwendige Hinterschnitt fördert den Halt der einzubringen den Gegenelektroden. Auf den so ausgebildeten Grundkörper 6 ist in Fig. 7b eine Isoliergrundbeschichtung 24 und eine elektrisch leitfähige Schicht 25 aufge bracht worden. Die leitfähige Schicht 25 wird bis auf den Bereich der Gegenelek troden 7 und der stirnseitigen Verbindungen durch z. B. partielles Ätzen, Fräsen oder durch Laserbehandlung des Eingangsbereiches der Gegenelektroden 7 entfernt. Die so bearbeitete Kontaktelektrode zeigt Fig. 6c. In Fig. 6d werden die Gegenelektroden 7 durch z. B. Galvanisieren eines Edelmetalles verstärkt. Zugleich werden auch ihre stirnseitigen Verbindungen verstärkt und elektrisch durch eine Isolierbeschichtung isoliert. Danach wird die Isoliergrundbeschichtung 24 an der Kontaktfläche der Kontakte 4 entfernt, vorzugsweise durch Schleifen und/oder Polieren. Die fertigen Kontaktstreifen 3 zeigt Fig. 7e.In the electrically conductive, preferably metallic base body 6 , made of z. B. Titanium of FIG. 7a, the profile-like contacts 4 have been formed by milling or etching, investment casting, solid-state laser cutting or wire EDM. The undercut, which is not absolutely necessary, promotes the hold of the counter electrodes to be introduced. On the base body 6 formed in this way, an insulating base coating 24 and an electrically conductive layer 25 have been introduced in FIG. 7b. The conductive layer 25 is up to the area of the Gegenelek electrodes 7 and the end connections by z. B. partial etching, milling or by laser treatment of the input region of the counter electrodes 7 removed. The contact electrode processed in this way is shown in FIG. 6c. In Fig. 6d, the counter electrodes 7 by z. B. Electroplating a precious metal reinforced. At the same time, their front connections are strengthened and electrically isolated by an insulating coating. The insulating base coating 24 on the contact surface of the contacts 4 is then removed, preferably by grinding and / or polishing. The finished contact strips 3 are shown in FIG. 7e.
Die Fig. 8 zeigt einen sehr kleinen Ausschnitt einer weiteren Kontaktelektrode im Querschnitt mit den Herstellschritten a bis e. Fig. 8 shows a very small section of a further contact electrode in cross section with the manufacturing steps a through e.
Auf den elektrochemisch aktiven und elektrisch leitfähigen Grundkörper 6 ist in Fig. 8a eine Isoliergrundbeschichtung 26 vollflächig aufgebracht worden, z. B. durch Laminieren. Darauf wird der Kontaktwerkstoff 27 vollflächig aufgebracht, z. B. ebenfalls durch Laminieren. Bei diesem Kontaktwerkstoff 27 kann es sich um ein Metallblech, vorzugsweise aus Titan, oder um eine Matte aus einem elasti schen und zugleich elektrisch leitfähigen Werkstoff handeln. In Fig. 8b ist an den Stellen, an welchen die Gegenelektroden gebildet werden, der Kontaktwerkstoff 27 und die Isoliergrundbeschichtung 26 durch z. B. Fräsen, Laserschneiden, Wassersschneiden, Erodieren oder Strukturätzen entfernt worden. Dabei werden zugleich die stirnseitigen Verbindungen ausgebildet. In Fig. 8c ist eine Isolier schicht 28 aufgebracht worden. Diese Schicht kann aus einem harten Isolier werkstoff bestehen. Ist ein elastischer Kontaktwerkstoff 27 verwendet worden, z. B. aus mit Metallpulver angereichertem Silikon, so wird bevorzugt auch die Isolierschicht 28 aus einem dünnen elastischen Werkstoff hergestellt, z. B. auch aus Silikon. In Fig. 8d ist die Isolierschicht 28 an den Stellen der Gegenelektro den 7 entfernt worden. Die fertige Kontaktelektrode zeigt Fig. 8e. Die Kontakte 4 wurden durch Planieren freigelegt.On the electrochemically active and electrically conductive base body 6 an insulating base coating 26 has been applied over the entire surface in FIG . B. by lamination. Then the contact material 27 is applied over the entire surface, for. B. also by lamination. This contact material 27 can be a metal sheet, preferably made of titanium, or a mat made of an elastic and at the same time electrically conductive material. In Fig. 8b at the points where the counter electrodes are formed, the contact material 27 and the insulating base coating 26 by z. B. milling, laser cutting, water cutting, eroding or structure etching have been removed. At the same time, the front connections are formed. In Fig. 8c, an insulating layer 28 has been applied. This layer can consist of a hard insulating material. Is an elastic contact material 27 has been used, for. B. from metal powder enriched silicone, the insulating layer 28 is preferably made of a thin elastic material, for. B. also made of silicone. In Fig. 8d, the insulating layer 28 has been removed at the locations of the counterelectrodes 7 . The finished contact electrode is shown in Fig. 8e. The contacts 4 were exposed by leveling.
Dieses Verfahren eignet sich zur Herstellung von Kontaktelektroden für die Bear beitung von feinen Strukturen. Es ist aber auch besonders zur Herstellung von Kontaktstreifen und Gegenelektroden mit großen Abmessungen geeignet.This process is suitable for the production of contact electrodes for the bear processing of fine structures. But it is also special for the production of Suitable contact strips and counter electrodes with large dimensions.
Zur Herstellung der Kontaktelektrode, insbesondere eine mit großen Abmessun gen der Kontaktstreifen 3 eignen sich auch Verfahren, wie sie aus der Feinwerk technik und dem Apparatebau bekannt sind. Die Kontakte 4 werden aus Metall oder elastischen und elektrisch leitfähigen Werkstoffen durch mechanische Bear beitung hergestellt. Desgleichen die Isolierstoffe. Der Grundkörper 6 wird bevor zugt aus Metall hergestellt. For the manufacture of the contact electrode, in particular one with large dimensions of the contact strips 3 , methods such as are known from precision engineering and apparatus construction are also suitable. The contacts 4 are made of metal or elastic and electrically conductive materials by mechanical processing. The same applies to the insulating materials. The base body 6 is made of metal before given.
11
zu behandelndes Gut
good to be treated
22
elektrisch leitfähige Schicht
electrically conductive layer
33
Kontaktstreifen
Contact strips
44
Kontakt
Contact
55
Kontaktisolierung
Contact insulation
66
Grundkörper
body
77
Gegenelektrode
counter electrode
88th
elektrische Leiter
electrical conductor
99
Kleinzelle
small cell
1010
Elektrolyteinleitlöcher
Elektrolyteinleitlöcher
1111
Elektrolytausleitlöcher
Elektrolytausleitlöcher
1212
Badstromquelle
bath current
1313
Elektrolyteinleitkanäle
Elektrolyteinleitkanäle
1414
Einleit-Sammelkanal
Lead-collecting duct
1515
Elektrolytausleitkanäle
Elektrolytausleitkanäle
1616
Hilfsschicht
auxiliary layer
1717
Einschnitte, Gräben
Incisions, trenches
1818
Isolierschicht
insulating
1919
Kontaktwerkstoff
Contact material
2020
Isoliergrundbeschichtung
Isoliergrundbeschichtung
2121
elektrisch leitfähige Schicht
electrically conductive layer
2222
Resist
resist
2323
Isolierbeschichtung
insulating
2424
Isoliergrundbeschichtung
Isoliergrundbeschichtung
2525
elektrisch leitfähige Schicht
electrically conductive layer
2626
Isoliergrundbeschichtung
Isoliergrundbeschichtung
2727
Kontaktwerkstoff
Contact material
2828
Isolierschicht
insulating
2929
Ausleit-Sammelkanal
Ausleit collection passage
3030
Kontaktelektrode
contact electrode
Claims (23)
- a) einem starren Grundkörper (6), der in der Größe und in der räumlichen Form der zu behandelnden Oberfläche des Gutes (1) angepaßt ist,
- b) am Grundkörper angeordneten elektrischen Kontakten (4), die in sich so stabil sind, daß sie zur elektrischen Verbindung an die Oberfläche des zu behandelnden Gutes angedrückt werden können,
- c) neben den Kontakten (4) angeordneten elektrischen Isoliermitteln (5), die die Kontakte beidseitig mit Ausnahme der Kontaktflächen vollkommen ab decken,
- d) Gegenelektroden (7), die in unmittelbarer Nähe der Kontakte (4) an der an deren Seite der Isoliermittel (5) am Grundkörper (6) so angebracht sind, daß sie gestützt von den stabilen Kontakten und von den Isoliermitteln auch bei einem sehr kleinen Abstand zur zu behandelnden Oberfläche des Gu tes mit dieser Oberfläche keinen elektrischen Kurzschluß bilden können,
- e) einer elektrischen Verbindung der elektrisch miteinander verbundenen Kontakte am Grundkörper einerseits und der miteinander verbundenen Ge genelektroden andererseits mittels elektrischer Leiter vom Grundkörper zu einer Badstromquelle.
- a) a rigid base body ( 6 ) which is adapted in size and in spatial shape to the surface of the material ( 1 ) to be treated,
- b) electrical contacts ( 4 ) arranged on the base body, which are inherently stable in such a way that they can be pressed onto the surface of the material to be treated for the electrical connection,
- c) in addition to the contacts ( 4 ) arranged electrical insulation means ( 5 ) which completely cover the contacts on both sides with the exception of the contact surfaces,
- d) counter electrodes ( 7 ), which are attached in the immediate vicinity of the contacts ( 4 ) on the side of the insulating means ( 5 ) on the base body ( 6 ) so that they are supported by the stable contacts and by the insulating means even at a very high level a small distance from the surface of the good to be treated cannot form an electrical short circuit with this surface,
- e) an electrical connection of the electrically connected contacts on the base body on the one hand and the interconnected Ge counterelectrodes on the other hand by means of electrical conductors from the base body to a bath current source.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10202431C1 (en) * | 2002-01-22 | 2003-05-28 | Egon Huebel | Apparatus for electrochemical metallization, etching, oxidation or reduction of materials uses small electrochemical cells with contact electrodes fed with electrical pulses |
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| DE19612555A1 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-09 | Atotech Deutschland Gmbh | Process for the selective electrochemical treatment of printed circuit boards and device for carrying out the process |
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