WO2011120509A1 - Vorrichtung und verfahren zum besprühen einer oberfläche eines substrates - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum besprühen einer oberfläche eines substrates Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for spraying a substrate.
  • the surface treatment such as spraying a substrate with a fluid
  • high demands are placed on the achievable accuracy of the treatment on the one hand, on the other hand, the duration of treatment should be as short as possible for reasons of economy.
  • the surface treatment may include cleaning or rinsing, film winding, copper etching, resist stripping or the like.
  • the person skilled in the art chooses a compromise of achievable accuracy of the printed conductors and duration of treatment. In practice, good results can be achieved with it. With increasing reduction of the dimensions of interconnect widths and interconnect distances to each other, however, creates the difficulty that the areas between the interconnects are not completely freed from copper, so that between the tracks an electrical short circuit can occur. By reducing the intensity of the etching treatment, it is possible that even in narrow areas between printed conductors a sufficient mass transfer succeeds. However, the treatment time increases considerably. Furthermore, with relatively small dimensions of the interconnect distances, an error pattern is added to one another, which does not occur with larger distances between the interconnects. This
  • CONFIRMATION COPY Error pattern can be described as follows: It is common for a printed circuit board base material to be roughened on its surface. The subsequently applied by lamination copper layer can be in the recesses on the surface of the Leiterplattenbasismateri- as well anchored mechanically, so that not only a copper layer with an average thickness, but also fine ramifications of copper in the surface edge of the printed circuit board base material arise. If the etching is carried out by spraying by means of an etching fluid onto the surface of the printed circuit board, it is usually possible for the copper to be removed down to the surface of the printed circuit board base material from interconnects which are adjacent to one another and relatively close to one another.
  • the device according to the invention for spraying a surface of a substrate has at least one first spray nozzle for the supply of a fluid to the surface of the substrate to be treated, wherein the first spray nozzle is arranged at a first distance from the substrate.
  • the device has at least one second spray nozzle, which is arranged at a second distance from the substrate, wherein a ratio of the second distance to the first distance in a range of 0.1 to 0.8.
  • at least a first volume flow of the fluid is passable through the at least one first spray nozzle, wherein at least a second volume flow of the fluid is passable through the at least one second spray nozzle and the ratio of second volume flow to first volume flow in a range from 0.005 to 0.5 is.
  • the at least one first spray nozzle at a first distance from the surface of the substrate a surface treatment of the substrate can take place in the usual way.
  • the at least one second spray nozzle at a second distance is achieved that it is arranged closer to the surface of the substrate and thus another mass transfer between the fluid and the surface of the substrate can be achieved than with the first spaced first spray nozzle.
  • According to the invention passes through the second spray nozzle only a fluid volume flow, which is 0.005 to 0.5 times the first fluid volume flow.
  • the copper in the fine pits on the surface of the board base material can be well achieved.
  • the smaller fluid volume flow through the second spray nozzle is sufficient to attack and dissolve the small amounts of copper in the recesses, so that a higher accuracy of the structures to be produced on the surface of the substrate is achieved with a short processing time.
  • At least one first spray nozzle with a first fluid volume flow and first distance to the substrate and at least one second spray nozzle with a smaller fluid volume flow at a closer distance to the surface of the substrate than the first spray nozzle is provided, so that in the inventive Device combines intense and "coarse" etching with a weaker and finer etch.
  • the lower fluid volume flow of the second spray nozzle can be achieved, for example, by another type of nozzle in which a fine atomization of the fluid occurs and thus very many and fine fluid droplets emerge from the spray nozzle. This increases the surface area of the fluid which is effective for a chemical reaction and which is advantageous for etching off fine deposits of copper in the surface area of the printed circuit board base material.
  • the substrate can be individually inserted into the device, then sprayed and removed from the device after completing the spraying.
  • the device is preferably designed such that the substrate can be transported through the device from an input side with an inlet opening to an outlet side with an outlet opening.
  • the device can be used as a continuous system in which simultaneously with the surface treatment, the substrate to be treated at a predetermined constant speed is transported through the device.
  • the device is also suitable as a module in a production line.
  • the device may be designed in such a way that the substrate to be treated is sprayable first of all by the at least one first spray nozzle, then by the at least one second spray nozzle and then by at least one third spray nozzle, the third spray nozzle being at a third distance from the first spray nozzle Substrate and the third distance is equal to the second distance or greater than the second distance.
  • the usual spraying of the surface of the substrate takes place with the first spray nozzle.
  • the second spray nozzle which is arranged closer to the substrate than the first spray nozzle, a finer treatment of the surface of the substrate can take place.
  • the third spray nozzle is intended to remove as completely as possible the reaction products produced by the treatment by the second spray nozzle.
  • the third spray nozzle can be arranged at the same distance or preferably at a greater distance than the second spray nozzle.
  • the fluid volume flow through the third spray nozzle is preferably higher than through the second spray nozzle, so that the reaction products can be removed in a short time.
  • the device has a first half with the input side and a second half with the output side, wherein the at least one second spray nozzle is arranged only in the second half of the device.
  • the at least one second spray nozzle is arranged only in the second half of the device.
  • the second spray nozzle is arranged in the device in the last quarter of the second half relative to the treatment path, so that the substrate is treated by the at least one second spray nozzle after passing through about 75% of the width of the device.
  • the spraying of the substrate is particularly effective if one of the at least one first spray nozzle and one of the at least one second spray nozzle are adjacent to one another and spaced apart such that a spray area of the first spray nozzle does not touch a spray area of the second spray nozzle.
  • the invention also relates to a method for spraying a surface of a substrate, wherein a fluid, which preferably has an ozone-enriched etching medium or a liquid activating the surface of the substrate, is conveyed by at least one first spray nozzle onto the surface of the substrate to be sprayed the at least one first spray nozzle is disposed at a first distance from the substrate, and fluid is conveyed through at least one second spray nozzle at a second distance from the substrate, wherein a ratio of the second distance to the first distance is in a range of 0.1 to 0 8, wherein at least a first volume flow of the fluid passes through the at least one first spray nozzle, and at least a second volume flow of the fluid passes through the at least one second spray nozzle, the ratio of the second volume flow to the first volume flow in a range of 0.005 to 0 , 5 lies.
  • the substrate can be transported through the device from an input side with an inlet opening to an outlet side with an outlet opening, wherein the substrate viewed in the transport direction first by means of the at least one first spray nozzle, then by means of the at least one second spray nozzle and thereafter by means of at least one third spray nozzle, which has a third distance from the substrate, are sprayed, wherein the third distance is equal to or preferably greater than the second distance.
  • the device can be used in a continuous line at a constant transport speed, wherein the third spray nozzle causes the reaction products, which are caused by the use of the second spray nozzle, are effectively removed.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the device 50 according to the invention.
  • the device comprises a container 1 with support elements 2, on which a flat substrate 3 to be treated, such as a printed circuit board, is arranged.
  • a fluid 4 for etching the substrate 3 wherein the fluid 4 can be conveyed by means of a line 5 to a pump 6.
  • the fluid 4 can be passed through an additional line 7 to an ozone generator 8, where it is enriched with ozone to spray tubes 9 and 10 transported.
  • the spray pipes 9 and 10 are provided with spray nozzles, from which the fluid 4 can be sprayed in the direction of the substrate 3.
  • the spray tube 9 at least a first spray nozzle 90, which is arranged at a distance 91 to the substrate.
  • the second spray tube 10 has at least one second spray nozzle 100, which is arranged at a distance 101 from the substrate 3. In the embodiment shown in Fig. 1, the ratio of the distance 101 to the distance 91 is about 0.5. If the substrate 3 is transported in the form of a printed circuit board in the container 1 from left to right, see arrow 20, first a spray treatment of the circuit board by the at least one first spray nozzle 90. In a further movement in the direction of arrow 20, the circuit board enters the Spray area of the at least one second spray nozzle 100, which is arranged at a distance 101 closer to the surface of the substrate 3. According to a development of the invention, 9 further spray tubes 9 can be provided with further spray nozzles 90 at the same distance 91 to the circuit board 3 adjacent to the spray tube.
  • the first spray nozzle 90 may preferably be a fan jet nozzle with a spray angle of 30 to 90 degrees, which allows a maximum fluid flow rate of 1 to 5 liters per minute at a fluid pressure of 2 bar.
  • the second spray nozzle 100 may be a cone jet nozzle with a spray angle of 120 degrees and a maximum fluid flow rate of 0.3 to 0.9 liters per minute at a fluid pressure of 2 bar.
  • the second spray nozzle may also be a fan jet nozzle with a maximum fluid flow rate of 0.05 to 0.1 liters per minute at a fluid pressure of 2 bar.
  • the second spray nozzle is designed in such a way that the spray jet forms a finely atomized spray with fine spray droplets.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device 51 according to the invention, wherein, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, a plurality of first spray tubes 9 with first spray nozzles 90 arranged parallel to one another and a third spray tube 11 with at least one third spray nozzle 110 are provided.
  • the second device 51 has an input side 30 with an inlet opening 31 in the container 1 and an output side 32 with an output port 33.
  • the substrate 3 to be treated can thus be transported from an inlet side 30 through the inlet opening 31 into the container 1 and transported on the outlet side 32 through the outlet opening 33, so that the device 51 can form a module in a conveyor system with a constant transport speed.
  • the substrate 3 is first sprayed on entering the container 1 by first spray nozzles 90. Only after passing through about 75% of the container width 40, the substrate 3 passes under the spray region of the second spray nozzle 10, which is arranged closer to the substrate 3.
  • a third spray nozzle 110 is placed at a distance 11 1 away from the substrate 3, wherein the distance 111 is greater than the distance 101.
  • the area previously sprayed by the second spray nozzle 90 can be well rinsed away so that reaction products, for example, are carried away in the interstices of printed conductors.
  • the container 1 has a first half, see in Fig. 2 in phantom line 41, with the input side 30 and a second half, see in Fig. 2 dash-dotted line 42, with the output side 32, wherein the at least one second spray nozzle 10 only in the second half 42 of the device 51 is arranged.
  • This ensures that the fine treatment of the substrate surface does not take place at the beginning, but only in the second half of the treatment time.
  • this fine treatment of the substrate surface takes place only towards the end of the treatment time in a last quarter of the second half 42.
  • FIG. 3 shows a cross section in the upper view and a plan view of a substrate 3 in the lower view.
  • the substrate 3 has a base material 60, with a printed circuit board, for example FR 4, with a laminated copper layer 61.
  • the copper layer 61 is also contained in recesses 63 of the surface of the base material 60.
  • a resist material 62 is applied on individual areas of the copper layer 61.
  • the etching treatment of the circuit board 3 by means of the first spray nozzles 90 the areas adjacent to the resist 62 are etched until a channel 64 is formed to the surface of the circuit board, see the cross-sectional view in FIG. 4.
  • the copper in the recesses 63 is then still present and forms fine branches 65, as can be seen in the plan view of Fig. 4.
  • These ramifications 65 can extend from one printed conductor 66 to the adjacent printed conductor 67, so that an electrical short circuit between the two printed conductors 66 and 67 is possible.
  • the copper residues in the recesses 63 can be removed so far by the method according to the invention that no branches 65 occur, see reference numeral 68. This makes it possible to produce electrical short circuits or a spark generated due to the blurred edge width of the printed circuit Avoid high signal noise during charge transport through a trace.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Sprühdüse für die Zufuhr eines Fluids auf die Oberfläche des zu behandelnden Substrates aufweist und die erste Sprühdüse in einem ersten Abstand zum Substrat angeordnet ist, wobei mindestens eine zweite Sprühdüse in einem zweiten Abstand zum Substrat angeordnet ist und ein Verhältnis aus dem zweiten Abstand zu dem ersten Abstand in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 liegt, wobei durch die mindestens eine erste Sprühdüse maximal ein erster Volumenstrom des Fluides passierbar ist, und durch die mindestens eine zweite Sprühdüse maximal ein zweiter Volumenstrom des Fluides passierbar ist, wobei das Verhältnis aus zweitem Volumenstrom zu erstem Volumenstrom in einem Bereich von 0,005 bis 0,5 liegt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Besprühen eines Substrates. Bei der Oberflächenbehandlung wie zum Beispiel dem Besprühen eines Substrates mit einem Fluid werden zum einen hohe Anforderungen an die erzielbare Genauigkeit der Behandlung gestellt, zum anderen soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Behandlungsdauer möglichst kurz sein. Ist das Substrat eine Leiterplatte, kann die Oberflächenbehandlung ein Reinigen oder Spülen, Filmentwickeln, Kupferätzen, Resiststrippen oder ähnliches umfassen.
Es ist bekannt, dass mit einer Steigerung in der Intensität der Oberflächenbehandlung zwar die Behandlungsdauer abnimmt, sich aber gleichzeitig die erreichbare Genauigkeit der behandelten Strukturen verschlechtert. Wird zum Beispiel eine mit Kupfer vollflächig lami- nierte Leiterplatte, die mit Resiststrukturen versehen ist, einer Ätzbehandlung unterzogen, kann dies durch Aufsprühen eines Ätzmittels auf die Oberfläche der Leiterplatte erfolgen. Wird die Intensität des Aufsprühens gesteigert, findet ein verstärktes Ätzen der nicht mit Resist versehenen Bereiche statt, wobei jedoch zusätzlich die Seitenwände der unter dem Resist vorhandenen Kupferbahnen angegriffen werden. Dieser Effekt wird mit Unterätzen bezeichnet. Das Unterätzen erfolgt umso stärker, je intensiver ein Stoffaustausch in den Bereichen zwischen den Resiststrukturen stattfindet. Der Fachmann wählt hierzu einen Kom- promiss aus erreichbarer Genauigkeit der Leiterbahnen und Behandlungsdauer. In der Praxis lassen sich damit durchaus gute Ergebnisse erzielen. Mit zunehmender Verkleinerung der Abmessungen von Leiterbahnbreiten und Leiterbahnabständen zueinander entsteht jedoch die Schwierigkeit, dass die Bereiche zwischen den Leiterbahnen nicht mehr vollständig von Kupfer befreit werden, so dass zwischen den Bahnen ein elektrischer Kurzschluss auftreten kann. Durch Verringerung der Intensität der Ätzbehandlung ist es möglich, dass auch in schmalen Bereichen zwischen Leiterbahnen ein genü- gender Stoffaustausch gelingt. Jedoch nimmt dabei die Behandlungsdauer erheblich zu. Ferner kommt bei relativ kleinen Abmessungen der Leiterbahnabstände zueinander ein Fehlerbild hinzu, das bei größeren Abständen der Leiterbahnen zueinander nicht auftritt. Dieses
BESTÄTIGUNGSKOPIE Fehlerbild lässt sich wie folgt beschreiben: Es ist üblich, dass ein Leiterplattenbasismaterial an seiner Oberfläche aufgerauht wird. Die anschließend durch Laminieren aufgebrachte Kupferschicht kann sich in den Vertiefungen an der Oberfläche des Leiterplattenbasismateri- als mechanisch gut verankern, so dass nicht nur eine Kupferschicht mit einer durchschnittli- chen Dicke, sondern auch feine Verästelungen an Kupfer im Oberflächenrand des Leiterplat- tenbasismaterials entstehen. Erfolgt das Ätzen durch Besprühen mittels eines Ätzfluids auf die Oberfläche der Leiterplatte, so gelingt es meist, dass von einander benachbarten und relativ nahe beieinander verlaufenden Leiterbahnen das Kupfer zwar bis zur Oberfläche des Lei- terplattenbasismaterials abgetragen wird. Es ist jedoch möglich, dass das in den Verästelun- gen der Oberfläche vorhandene Kupfer nicht vollständig abgeätzt wird und noch bestehen bleibt. Die Ursache liegt darin, dass der Stoffaustausch zwischen dem Ätzfluid und dem Kupfer in den feinen Verästelungen so gering ist, dass bei einer auch relativ langen Behandlungsdauer das Kupfer nicht vollständig abgetragen wird. Diese feinen Kupferreste in den Verästelungen stören bei einem späteren Stromdurchfluss durch eine Leiterbahn, da die Sig- nalgüte verschlechtert wird bzw. ein relativ hohes Rauschsignal entsteht. Ferner besteht die Gefahr, dass die Verästelungen von einer Leiterbahn bis zur benachbarten Leiterbahn reichen, so dass bei einem Stromdurchfluss durch die Leiterbahnen ein Kurzschluss zwischen den beiden Leiterbahnen entsteht. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Besprühen eines Substrates zu schaffen, mit dem Strukturen mit einer hohen Oberflächengüte und Genauigkeit bei gleichzeitig kurzer Behandlungsdauer erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird für die Vorrichtung durch den Gegenstand des unabhängigen Patentan- Spruchs 1 und für das Verfahren durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates weist mindestens eine erste Sprühdüse für die Zufuhr eines Fluids auf die Oberfläche des zu be- handelnden Substrates auf, wobei die erste Sprühdüse in einem ersten Abstand zum Substrat angeordnet ist. Außerdem weist die Vorrichtung mindestens eine zweite Sprühdüse auf, welche in einem zweiten Abstand zum Substrat angeordnet ist, wobei ein Verhältnis aus dem zweiten Abstand zu dem ersten Abstand in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 liegt. Gemäß der Erfindung ist durch die mindestens eine erste Sprühdüse maximal ein erster Volumenstrom des Fluides passierbar, wobei durch die mindestens eine zweite Sprühdüse maximal ein zweiter Volumenstrom des Fluides passierbar ist und das Verhältnis aus zweitem Volumen- ström zu erstem Volumenstrom in einem Bereich von 0,005 bis 0,5 liegt.,
Mit der mindestens einen ersten Sprühdüse in einem ersten Abstand zur Oberfläche des Substrates kann eine Oberflächenbehandlung des Substrates in der üblichen Weise erfolgen. Mit der mindestens einen zweiten Sprühdüse in einem zweiten Abstand wird erreicht, dass diese näher an der Oberfläche des Substrates angeordnet ist und somit ein anderer Stoffaustausch zwischen dem Fluid und der Oberfläche des Substrates erreichbar ist als mit der im ersten Abstand angeordneten ersten Sprühdüse. Erfindungsgemäß passiert durch die zweite Sprühdüse nur noch ein Fluid- Volumenstrom, welcher das 0,005 bis 0,5 -fache des ersten Fluid- Volumenstromes beträgt. Bei einem Ätzen von Leiterbahnen werden durch den geringen Fluid- Volumenstrom der zweiten Sprühdüse die Flanken der Leiterbahnen kaum noch ange- griffen, so dass ein Unterätzen der Leiterbahnen fast völlig vermieden wird. Aufgrund des nahen Abstandes der zweiten Sprühdüse zur Oberfläche des Substrates kann aber das Kupfer in den feinen Vertiefungen an der Oberfläche des Leiterplattenbasismaterials gut erreicht werden. Der geringere Fluid-Volumenstrom durch die zweite Sprühdüse genügt, um die geringen Kupfermengen in den Vertiefungen anzugreifen und aufzulösen, so dass eine höhere Genauigkeit der herzustellenden Strukturen auf der Oberfläche des Substrates bei gleichzeitig kurzer Beearbeitungsdauer erreicht wird.
Würden sämtliche Sprühdüsen in dem relativ nahen Abstand zur Leiterplatte angeordnet, wäre der Stoffaustausch bei unverändert hohem Volumenstrom insgesamt zu hoch, so dass die geforderte Genauigkeit von Strukturen nicht erreicht werden könnte und ein Unterätzen auftreten würde. Gemäß der Erfindung ist jedoch mindestens eine erste Sprühdüse mit einem ersten Fluid-Volumenstrom und erstem Abstand zum Substrat sowie mindestens eine zweite Sprühdüse mit einem geringeren Fluid-Volumenstrom in einem näheren Abstand zur Oberfläche des Substrates als die erste Sprühdüse vorgesehen, so dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein intensives und„grobes" Ätzen mit einem schwächeren und feineren Ätzen kombiniert wird. Der geringere Fluid- Volumenstrom der zweiten Sprühdüse kann zum Beispiel durch eine andere Düsenart erreicht werden, bei der ein feines Zerstäuben des Fluides auftritt und somit sehr viele und feine Fluidtropfen aus, der Sprühdüse austreten. Damit vergrößert sich die für eine chemische Reaktion wirksame Oberfläche des Fluids, welches zum Abätzen feiner Ver- ästelungen an Kupfer im Oberflächenbereich des Leiterplattenbasismaterials vorteilhaft ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Substrat einzeln in die Vorrichtung eingelegt, dann besprüht und nach Beenden des Besprühens wieder aus der Vorrichtung entnommen werden. Vorzugsweise ist die Vorrichtung jedoch derart ausgebildet, dass das Substrat durch die Vorrichtung von einer Eingangsseite mit einer Eingangsöffnung zu einer Aus- gangsseite mit einer Ausgangsöffnung hindurch transportierbar ist. Damit kann die Vorrichtung als Durchlaufanlage genutzt werden, bei der gleichzeitig mit der Oberflächenbehandlung das zu behandelnde Substrat mit vorbestimmter konstanter Geschwindigkeit durch die Vorrichtung hindurch transportiert wird. Somit eignet sich die Vorrichtung auch als Modul in einer Fertigungsstraße. Die Vorrichtung kann in der Weise gestaltet sein, dass das zu behandelnde Substrat in Transportrichtung betrachtet zuerst von der mindestens einen ersten Sprühdüse, danach von der mindestens einen zweiten Sprühdüse und danach von mindestens einer dritten Sprühdüse besprühbar ist, wobei die dritte Sprühdüse einen dritten Abstand zum Substrat aufweist und der dritte Abstand gleich dem zweiten Abstand oder größer als der zweite Abstand ist. Mit der ersten Sprühdüse erfolgt das übliche Besprühen der Oberfläche des Substrates. Mit der zweiten Sprühdüse, die näher am Substrat angeordnet ist als die erste Sprühdüse, kann eine feinere Behandlung der Oberfläche des Substrates erfolgen. Die dritte Sprühdüse ist dazu vorgesehen, die von der Behandlung durch die zweite Sprühdüse erzeugten Reaktionsprodukte möglichst vollständig zu entfernen. Die dritte Sprühdüse kann dazu im gleichen Ab- stand oder bevorzugt in einem größeren Abstand als die zweite Sprühdüse angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Fluid- Volumenstrom durch die dritte Sprühdüse höher als durch die zweite Sprühdüse, so dass sich in kurzer Zeit die Reaktionsprodukte abtragen lassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine erste Hälfte mit der Eingangsseite und eine zweite Hälfte mit der Ausgangsseite auf, wobei die mindestens eine zweite Sprühdüse nur in der zweiten Hälfte der Vorrichtung angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass in der ersten Hälfte die mindestens eine erste Sprühdüse zur intensiven Oberflächenbehandlung eingesetzt werden kann, so dass erst nach Durchlaufen von mindestens 50 % der Breite der Vorrichtung, also der ersten Hälfte, die feine Behandlung der Oberfläche durch die mindestens eine zweite Sprühdüse erfolgt. Vorzugsweise ist die zweite Sprühdüse bezogen auf die Behandlungsstrecke in der Vorrichtung im letzten Viertel der zweiten Hälfte angeordnet, so dass das Substrat nach Durchlaufen von etwa 75 % der Breite der Vorrichtung von der mindestens einen zweiten Sprühdüse behandelt wird. Besonders wirksam gelingt das Besprühen des Substrates, wenn eine der mindestens einen ersten Sprühdüse und eine der mindestens einen zweiten Sprühdüse zueinander benachbart und in einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass ein Sprühbereich der ersten Sprühdüse einen Sprühbereich der zweiten Sprühdüse nicht berührt. Damit kommt es zu keiner Wechselwirkung mit eventuell verstärkenden oder auslöschenden Effekten zum Bei- spiel durch Interferenzen, wodurch die Oberflächenbehandlung gut definiert eingestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates, wobei ein Fluid, welches vorzugsweise ein mit Ozon angereichertes Ätzmedium oder eine die Oberfläche des Substrates aktivierende Flüssigkeit aufweist, durch mindestens eine erste Sprühdüse auf die Oberfläche des zu besprühenden Substrates befördert wird, wobei die mindestens eine erste Sprühdüse in einem ersten Abstand zum Substrat angeordnet ist, und Fluid durch mindestens eine zweite Sprühdüse in einem zweiten Abstand zum Substrat befördert wird, wobei ein Verhältnis aus dem zweiten Abstand zu dem ersten Abstand in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 liegt, wobei durch die mindestens eine erste Sprühdüse maximal ein erster Volumenstrom des Fluides hindurchtritt, und durch die mindestens eine zweite Sprühdüse maximal ein zweiter Volumenstrom des Fluides hindurchtritt, wobei das Verhältnis aus zweitem Volumenstrom zu erstem Volumenstrom in einem Bereich von 0,005 bis 0,5 liegt. Mit der zweiten Sprühdüse, die im Vergleich zur ersten Sprühdüse näher an der Oberfläche des Substrates angeordnet ist, kann ein besserer Stoffaustausch erreicht werden, so dass eine intensive und gleichzeitig feine Behandlung bei kurzer Behandlungsdauer möglich ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Substrat durch die Vorrichtung von einer Eingangsseite mit einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsseite mit einer Ausgangsöffnung hindurch transportiert werden, wobei das Substrat in Transportrichtung betrachtet zuerst mittels der mindestens einen ersten Sprühdüse, danach mittels der mindestens einen zweiten Sprühdüse und danach mittels mindestens einer dritten Sprühdüse, welche einen dritten Abstand zum Substrat aufweist, besprüht werden, wobei der dritte Abstand gleich oder bevorzugt größer als der zweite Abstand ist. Somit kann die Vorrichtung in einer Durchlaufanlage mit konstanter Transportgeschwindigkeit eingesetzt werden, wobei die dritte Sprühdüse bewirkt, dass die Reaktionsprodukte, die durch den Einsatz der zweiten Sprüh- düse entstanden sind, wirksam abtransportiert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend für mehrere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, in welchen zeigen: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
eine Querschnittsansicht und Draufsicht einer zu behandelnden Leiterplatte vor dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens;
eine Querschnittsansicht und Draufsicht einer behandelten Leiterplatte nach Passieren der mindestens einen ersten Sprühdüse der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
eine Querschnittsansicht und Draufsicht einer behandelten Leiterplatte nach Passieren der mindestens einen zweiten Sprühdüse der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 50 gezeigt. Die Vorrichtung weist einen Behälter 1 mit Stützelementen 2 auf, auf welchen ein zu behandelndes flaches Substrat 3 wie zum Beispiel eine Leiterplatte angeordnet ist. In dem Behälter 1 befindet sich ein Fluid 4 zum Ätzen des Substrates 3, wobei das Fluid 4 mittels einer Leitung 5 zu einer Pumpe 6 gefördert werden kann. Am Ausgang der Pumpe 6 kann das Fluid 4 durch eine zusätzliche Leitung 7 zu einem Ozongenerator 8 geleitet werden, wo es mit Ozon angereichert zu Sprührohren 9 und 10 befördert wird. Die Sprührohre 9 und 10 sind mit Sprühdüsen versehen, aus denen das Fluid 4 in Richtung zum Substrat 3 gesprüht werden kann. Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung weist das Sprührohr 9 mindestens eine erste Sprühdüse 90 auf, welche in einem Abstand 91 zum Substrat angeordnet ist. Das zweite Sprührohr 10 weist mindestens eine zweite Sprühdüse 100 auf, welche in einem Abstand 101 zum Substrat 3 angeordnet ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beträgt das Verhältnis aus dem Abstand 101 zu dem Abstand 91 etwa 0,5. Wird das Substrat 3 in Form einer Leiterplatte in dem Behälter 1 von links nach rechts transportiert, siehe Pfeil 20, erfolgt zuerst eine Sprühbehandlung der Leiterplatte durch die mindestens eine erste Sprühdüse 90. Bei einer weiteren Bewegung in Richtung des Pfeils 20 gelangt die Leiterplatte in den Sprühbereich der mindestens einen zweiten Sprühdüse 100, welche in einem Abstand 101 näher an der Oberfläche des Substrates 3 angeordnet ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können benachbart zum Sprührohr 9 weitere Sprührohre 9 mit weiteren Sprühdüsen 90 im jeweils gleichen Abstand 91 zur Leiterplatte 3 vorgesehen sein.
Die erste Sprühdüse 90 kann vorzugsweise eine Flachstrahldüse mit einem Sprühwinkel von 30 bis 90 Grad sein, welche einen maximalen Fluid- Volumenstrom von 1 bis 5 Litern pro Minute bei einem Fluiddruck von 2 bar ermöglicht. Die zweite Sprühdüse 100 kann eine Kegelstrahldüse mit einem Sprühwinkel von 120 Grad und einem maximalen Fluid- Volumenstrom von 0,3 bis 0,9 Liter pro Minute bei einem Fluiddruck von 2 bar sein. Die zweite Sprühdüse kann auch eine Flachstrahldüse mit einem maximalen Fluid- Volumenstrom von 0,05 bis 0,1 Litern pro Minute bei einem Fluiddruck von 2 bar sein. Die zweite Sprühdüse ist derart gestaltet, dass der Sprühstrahl einen fein zerstäubten Sprühnebel mit feinen Sprühtropfen bildet.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 51 dargestellt, wobei im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform mehrere parallel zueinander angeordnete erste Sprührohre 9 mit ersten Sprühdüsen 90 und ein drittes Sprührohr 11 mit mindestens einer dritten Sprühdüse 110 vorgesehen ist. Außerdem weist die zweite Vorrichtung 51 eine Eingangsseite 30 mit einer Eingangsöffnung 31 im Behälter 1 und eine Ausgangsseite 32 mit einer Ausgangsöffnung 33 auf. Das zu behandelnde Substrat 3 kann damit von einer Eingangsseite 30 durch die Eingangsöffnung 31 in den Behälter 1 hinein transportiert und an der Ausgangsseite 32 durch die Ausgangsöffnung 33 hindurch transportiert werden, so dass die Vorrichtung 51 ein Modul in einer Durchlaufanlage mit konstanter Transportgeschwindigkeit bilden kann. Das Substrat 3 wird beim Eintritt in den Behälter 1 zuerst von ersten Sprühdüsen 90 besprüht. Erst nach Passieren von etwa 75 % der Behälterbreite 40 gelangt das Substrat 3 unter den Sprühbereich der zweiten Sprühdüse 10, welche näher an dem Substrat 3 angeordnet ist.
Ferner ist eine dritte Sprühdüse 110 in einem Abstand 11 1 von dem Substrat 3 entfernt platziert, wobei der Abstand 111 größer als der Abstand 101 ist. Mittels des aus der dritten Sprühdüse 110 austretenden Fluids kann der Bereich, der zuvor von der zweiten Sprühdüse 90 besprüht worden war, gut ausgespült werden, so dass Reaktionsprodukte zum Beispiel in den Zwischenräumen von Leiterbahnen abtransportiert werden.
Der Behälter 1 weist eine erste Hälfte, siehe in Fig. 2 strichpunktierte Linie 41, mit der Eingangsseite 30 und eine zweite Hälfte, siehe in Fig. 2 strichpunktierte Linie 42, mit der Ausgangsseite 32 auf, wobei die mindestens eine zweite Sprühdüse 10 nur in der zweiten Hälfte 42 der Vorrichtung 51 angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass die feine Behandlung der Substratoberfläche nicht am Anfang, sondern erst in der zweiten Hälfte der Behandlungszeit erfolgt. Vorzugsweise findet diese feine Behandlung der Substratoberfläche erst gegen Ende der Behandlungszeit in einem letzten Viertel der zweiten Hälfte 42 statt.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 5 erläutert. In Fig. 3 ist in der oberen Ansicht ein Querschnitt und in der unteren Ansicht eine Draufsicht von einem Substrat 3 dargestellt. Das Substrat 3 weist ein Basismaterial 60, bei einer Leiterplatte zum Beispiel FR 4, mit einer laminierten Kupferschicht 61 auf. Die Kupferschicht 61 ist auch in Vertiefungen 63 der Oberfläche des Basismaterials 60 enthalten. Auf einzelnen Bereichen der Kupferschicht 61 ist ein Resistmaterial 62 aufgebracht. Bei der Ätzbehandlung der Leiterplatte 3 mittels der ersten Sprühdüsen 90 werden die Bereiche neben dem Resist 62 so weit geätzt, bis ein Kanal 64 bis zur Oberfläche der Leiterplatte gebildet ist, siehe die Querschnittsansicht in Fig. 4. Das Kupfer in den Vertiefungen 63 ist dann noch vorhanden und bildet feine Verästelungen 65, wie in der Draufsicht von Fig. 4 zu erkennen ist. Diese Verästelungen 65 können von einer Leiterbahn 66 zur benachbarten Leiterbahn 67 reichen, so dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen den beiden Leiterbahnen 66 und 67 möglich ist.
Wie aus Fig. 5 zu sehen ist, können die Kupferreste in den Vertiefungen 63 durch das erfindungsgemäße Verfahren so weit entfernt werden, dass keine Verästelungen 65 mehr auftreten, siehe Bezugszeichen 68. Damit lassen sich elektrische Kurzschlüsse oder ein aufgrund der unscharfen Randbreite der Leiterbahn erzeugtes hohes Signalrauschen beim Ladungstransport durch eine Leiterbahn vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Sprühdüse für die Zufuhr eines Fluids auf die Oberfläche des zu behandelnden Substrates aufweist und die erste Sprühdüse in einem ersten Abstand zum Substrat angeordnet ist, wobei mindestens eine zweite Sprühdüse in einem zweiten Abstand zum Substrat angeordnet ist und ein Verhältnis aus dem zweiten Abstand zu dem ersten Abstand in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 liegt, wobei durch die mindestens eine erste Sprühdüse maximal ein erster Volumenstrom des Fluides passierbar ist, und durch die mindestens eine zweite Sprühdüse maximal ein zweiter Volumenstrom des Fluides passierbar ist, wobei das Verhältnis aus zweitem Volumenstrom zu erstem Volumenstrom in einem Bereich von 0,005 bis 0,5 liegt.
'2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Substrat durch die Vorrichtung von einer Eingangsseite mit einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsseite mit einer Ausgangsöffnung hindurch transportierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat in Transportrichtung betrachtet zuerst von der mindestens einen ersten Sprühdüse, danach von der mindestens einen zweiten Sprühdüse und danach von mindestens einer dritten Sprühdüse, welche einen dritten Abstand zum Substrat aufweist, besprühbar ist, wobei der dritte Abstand gleich dem zweiten Abstand oder größer als der zweite Abstand ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Vorrichtung eine erste Hälfte mit der Eingangsseite und eine zweite Hälfte mit der Ausgangsseite aufweist, wobei die mindestens eine zweite Sprühdüse nur in der zweiten Hälfte der Vorrichtung angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine der mindestens einen ersten Sprühdüse und eine der mindestens einen zweiten Sprühdüse zueinander benachbart und in einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass ein Sprühbereich der ersten Sprühdüse einen Sprühbereich der zweiten Sprühdüse nicht berührt.
Verfahren zum Besprühen einer Oberfläche eines Substrates, wobei ein Fluid durch mindestens eine erste Sprühdüse auf die Oberfläche des zu besprühenden Substrates befördert wird, wobei die mindestens eine erste Sprühdüse in einem ersten Abstand zum Substrat angeordnet ist, und Fluid durch mindestens eine zweite Sprühdüse in einem zweiten Abstand zum Substrat befördert wird, wobei ein Verhältnis aus dem zweiten Abstand zu dem ersten Abstand in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 liegt, wobei durch die mindestens eine erste Sprühdüse maximal ein erster Volumenstrom des Fluides hindurchtritt, und durch die mindestens eine zweite Sprühdüse maximal ein zweiter Volumenstrom des Fluides hindurchtritt, wobei das Verhältnis aus zweitem Volumenstrom zu erstem Volumenstrom in einem Bereich von 0,005 bis 0,5 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Fluid ein mit Ozon angereichertes Ätzmedium oder eine die Oberfläche des Substrates aktivierende Flüssigkeit aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Substrat durch die Vorrichtung von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite hindurch transportiert wird und das Substrat in Transportrichtung betrachtet zuerst mittels der mindestens einen ersten Sprühdüse, danach mittels der mindestens einen zweiten Sprühdüse und danach mittels mindestens einer dritten Sprühdüse, welche einen dritten Abstand zum Substrat aufweist, besprüht wird, wobei der dritte Abstand gleich oder größer als der zweite Abstand ist.
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