SigmaPlat Line® Eine vielseitige Leiterplattenanlage

Insbesondere betrifft dies Anlagen zum Galvanisieren von Leiterplatten. Ein Beispiel hierfür ist eine von Ludy Galvanosysteme GmbH für die anspruchsvollen Anforderungen eines Kunden entwickelte und produzierte Galvanisieranlage, die nachfolgend beschrieben wird. Sie wurde im August 2018 an die GreenSourceFabrication LLC in Charlestown USA übergeben. Dieser Auftrag wurde gewonnen, weil unter anderem für die geforderte Vielseitigkeit neue innovative Lösungen angeboten werden konnten. Anforderungen an die Galvanisieranlage An einen Hersteller von Leiterplatten werden viele und neue Anforderungen bezüglich der Leiterplattentechnologie herangetragen. Er kann sie optimal nur in enger Zusammenarbeit mit dem Anlagenhersteller und mit dem Lieferanten des Elektrolyten, Firma Atotech, lösen. Dies zeigte sich wieder einmal mehr bei dem realisierten sehr ehrgeizigen Projekt. In einer einzigen Anlage mussten zur Abscheidung von Kupfer und Nickel / Gold folgende Galvanisierarten und Funktionen möglich sein: Panel & Pattern Plating, Blind Micro Via Plating, Via Filling Plating, Button Plating und Resist Strip. Das Substrat reicht von Flex-Schaltungen bis zu einer Dicke von 6,2 mm. Die Bohrungen haben Aspekt Ratio von bis zu 1:50. Dieses Behandlungsgut ist automatisch zu beschicken und zu entleeren. Projektierungsphase Um eine derartig vielseitige Anlage optimal projektieren zu können, wurden dem Kunden umfangreiche Galvanisierversuche vorgeschlagen und von diesem akzeptiert. Es wurde eine Versuchszelle im Maßstab 1:1 für sauer Kupfer entwickelt und gebaut. Diese hatte Variationsmöglichkeiten unter anderem für die hydrodynamischen Bedingungen des Elektrolyten, Eduktorenanströmung vertikal und horizontal, Warenbewegungen, inerte Segmentanoden, Anoden-Kathodenabstand, Blenden, Rüttler, Elektrolyttemperatur, elektronische Gleichrichter für Gleichstrom sowie bipolaren Pulsstrom 1:3. Die Galvanisierversuche führte der Kunde in USA zusammen mit seinem Lieferanten Fa. Atotech des Elektrolyten durch. Die Ergebnisse flossen dann in die endgültige Auslegung und Herstellung der Galvanisieranlage ein, nämlich in eine Tauchbadanlage in zweireihiger Aufstellung inklusive von drei Koordinatentransportwagen mit integrierten Umsetzern, die für die geforderten Aufgaben bestens gerüstet sind. Durch diesen vorgelagerten finanziellen und zeitlichen Aufwand, dessen Kosten der Kunde, der Chemielieferant und der Anlagenhersteller jeweils für sich trugen, erhielten schon im Voraus alle drei maßgeblich beteiligten Firmen die Gewissheit über die tatsächliche Leistungsfähigkeit des gesamten Projektes. Die Kupferzellen Das Herzstück der gelieferten Galvanisieranlage für Leiterplatten sind die Kupferzellen. Sie sind ausgelegt für Leiterplatten der maximalen Größe von 21“ x 24“ und der minimalen Größe von 18“ x 24“. Am Ende der zwei Aufstellungsreihen der Anlage befinden sich jeweils sechs Kupferzellen. Das Besondere der Aufstellung ist, dass die Kupferbäder der beiden Reihen miteinander vereint sind. Sie bestehen praktisch aus einem breiten Behälter über den Mittelgang der Anlage hinweg von einer Reihe zur anderen. Diese Verbindung stellt sicher, dass an den beiden Ablagestellen der Warenträger der exakt gleiche Zustand des Elektrolyten besteht. Alle Maßnahmen zur Konditionierung des Elektrolyten sind für beide Positionen bzw. Ablagestellen nur einmal erforderlich. Die oben genannte Vielseitigkeit der Galvanisieranlage, insbesondere der Kupferzellen, erforderte aufwendige Maßnahmen zur Realisierung bestimmter hydrodynamischer Bedingungen. Gelöst wurde dies mittels so genannter Anodenboxen. Sie sind in der elektrolytischen Kupferzelle beidseitig der zu behandelnden Leiterplatten angeordnet. An den Anodenboxen fallen die besonders vielen Eductoren auf. Vor den Anodenboxen in Richtung zur Leiterplatte gesehen, befinden sich die 3 inerten Anoden. Vor jedem Eductor sind sie entsprechend ausgeschnitten. Die wassergekühlten elektronischen Gleichrichter können sowohl Gleichstrom als auch bipolaren Pulsstrom liefern. Eine Leiterplatte wird von vier Klammern gegriffen, die je Klammer für sich pro Seite vier Kontakte aufweist. Somit wird eine völlig gleichmäßige Einspeisung des Galvanisierstromes in beide Seiten jeder Leiterplatte sichergestellt. Die Kupferergänzung des Elektrolyten erfolgt mit Kupferoxid. Dieses wird in einem speziellen Behälter mit einer Rühreinrichtung gelöst und bedarfsgerecht jedem Kupferbad einschließlich weiterer drei Additive zu dosiert. Zur thermischen Konditionierung ist jedes Kupferbad, mit einer Heizung und Kühlung ausgerüstet. In jeder Kupferzelle befindet sich auch eine vielseitige gesteuerte Warenbewegungseinrichtung. Des Weiteren befinden sich nicht nur an den Kupferzellen Rüttler für den Warenträger sondern auch in allen weiteren Aktivbädern. Die Transportwagen als innovatives Koordinaten-Transportsystem Vorteilhaft und innovativ ist es auch, dass sich die drei Transportwagen der Galvanisieranlage ebenfalls über die beiden Badreihen und damit auch zugleich über die breiten Kupferbäder erstrecken. Die Transportwagen beinhalten nicht nur die übliche Hubeinrichtung für jede Badreihe, sondern auch jeweils eine Einrichtung zur Querumsetzung der Warenträger von einer Reihe zur anderen. Somit hat die Galvanisieranlage auch drei Querumsetzer die an jeder beliebigen Position entlang der Anlage Warenträger umsetzen können. Dies erhöht ganz erheblich die Flexibilität bei der frei wählbaren Erstellung der Zeit/Weg-Diagramme einschließlich der Optimierung des Durchsatzes der sich auf den Speicherplätzen befindlichen beschickten Warenträger. Außerdem wird eine Anlagenposition in beiden Badreihen für den ansonsten erforderlichen stationären Querumsetzer eingespart. Die Übertragung der Signaldaten in beiden Richtungen und die Positionierung der Transporteinheiten erfolgt optisch ganz innovativ über Infrarot-Laserstrahl und ist komplett ohne Schleppkabel installiert. Weitere Details der Galvanisieranlage Die zweireihig angeordnete 32m lange Großanlage ist des Weiteren mit den bekannten Einrichtungen von Galvanisieranlagen ausgestattet, jedoch jeweils mit hoher Qualität, worauf bei der Firma Ludy Galvanosysteme GmbH traditionell besonderer Wert gelegt wird. Hierzu gehören zum Beispiel auch die Ausführung der Metallkonstruktion der Anlage komplett mit V4A Edelstahl sowie eine Zusammenarbeit mit namhaften Unterlieferanten, wie z.B. die hochkomplexe Softwaresteuerung der Firma IWAC, elektronische bipolare Gleichrichter von plating electronic, Eduktorpumpen von ASV-Stübbe und Umwälzpumpen und Filtergeräte von Sager + Mack. plating electronic Zentrale Bedeutung in diesem Projekt kam auch der Gleichrichtertechnologie zu, da sich die spezifisch geforderten und anspruchsvollen Beschichtungsaufgaben und die Vielseitigkeit im Produkt- und Prozessspektrum nur mit Hilfe von Reverse Puls Plating (RPP) realisieren lassen. Hier wird auf die Erfahrung und die hohe Zuverlässigkeit der Gerätetechnik der plating electronic GmbH (pe) vertraut. Die plating electronic GmbH zählt weltweit zu den Technologieführern im Bereich der Pulsgleichrichtertechnik und führte vor ca. 30 Jahren als Pionier diese komplexe Technik für Galvanisieranlagen weltweit ein. Aufgrund der individualisierten Gerätetechnik in enger Abstimmung für die spezifischen Anlagen erfolgt die Entwicklung und Produktion der Geräte sehr vorteilhaft nach wie vor in Deutschland. Die kompakten Geräte lassen sich auf Grund der wassergekühlten Ausführung unmittelbarer Badnähe installieren. Dadurch und durch die spezielle Technik der plating electronic GmbH zur Generierung der pulsförmigen mehrkanäligen Ausgangsströme lassen sich die perfekten und komplexen Pulsformen nicht nur erzeugen, sondern auch bis zu den zu galvanisierenden Leiterplatten formgenau übertragen. Jedes Anodensegment wird mittels eines individuellen Pulsgleichrichters gespeist. Hierbei ist es notwendig die Pulssequenzen entsprechend der Leiterplattenart je Warenträger für die Vorder- und Rückseite zu synchronisieren. Die Aktivierung der Synchronisation erfolgt über die übergeordnete Steuerung. Die Pulssequenzen für die Vorder- und Rückseiten können bedarfsgerecht phasenverschoben betrieben werden um somit bestmögliche Beschichtungsergebnisse zu erreichen. ASV-Stübbe Als international aufgestellter Hersteller von Pumpen, Armaturen sowie Mess- und Regeltechnik ist ASV-Stübbe ein zuverlässiger Partner für die Realisierung von Exportprojekten. Bei der Auslegung der Pumpen und Armaturen kann ASV-Stübbe auf eine langjährige Erfahrung in der Metall- und Kunststoffverarbeitung zurückgreifen, insbesondere für die Leiterplattentechnologie, sowie im Umgang mit anspruchsvollen chemischen Stoffen. Mit ihren magnetgekuppelten Pumpen und mit ihren Armaturen wird ASV-Stübbe den hohen Qualitätsansprüchen der Ludy Galvanosyteme GmbH gerecht werden. Sager + Mack Für ein perfektes Beschichtungsergebnis benötigt man in einer Galvanikanlage unter anderem eine optimal abgestimmte Filtertechnik mit entsprechend angepassten Filterpumpen. Hierfür kommen Filterstationen und magnetgekuppelte Pumpen von Sager + Mack zur Anwendung. Sie bieten optimierte Strömungsverhältnisse, welche den Energiebedarf für die Anwendungen erheblich verbessern. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist das ergonomische Handling der Filterstationen, was sich äußerst positiv auf die Arbeiten an der Galvanisieranlage auswirkt. Die Pumpen sind durch ihre ausgefeilte Bauart weniger Verschleiß anfällig und liefern damit lange Einsatzzeiten. Je nach Anwendungsfall werden standardmäßig als Werkstoffe PP; PVDF und Edelstahl eingesetzt. Alle verwendeten Produkte sind hoch beständig gegenüber den eingesetzten Chemikalien. Sager + Mack zeichnete sich als leistungsstarker und zuverlässiger Partner für diese individuell konzipierte Anlage aus. Zur Umweltverträglichkeit Bei Planung und Realisierung einer Galvanisieranlage wurde und wird bei der Ludy Galvanosysteme GmbH stets großen Wert daraufgelegt, eine möglichst große Umweltverträglichkeit zu realisieren. Ein Beweis hierfür ist die vollständige Einhausung der Galvanisieranlage, Behälter, Deckel und die durchgängige Tropfschale unter den Bädern. Besonders zu erwähnen ist die nahezu vollständige Abwasserfreiheit dieser Anlage. Das Abwasser wird in einer aufwendigen separaten Anlage aufbereitet und als destilliert Wasser in einem 20 m.Vorratstank der Galvanisieranlage als Prozesswasser wieder zur Verfügung gestellt. Diese Abwasseranlage lieferte eine renommierte Fachfirma an die Ludy Galvanosysteme GmbH, die sie als Generalunternehmer an den Kunden weiter lieferte. Zur Trocknung Die Trocknung der Leiterplatten erfolgt auch in dieser Galvanisieranlage mit der bewährten und zum Patent angemeldeten Ludy-Drainierung. Die damit verbundene Einsparung von Energie im Vergleich zu den üblichen Umlufttrocknern wird durch Entfeuchtung der Luft des Dränierbehälters erreicht. Zu weiteren Einrichtungen und Funktionen Die weitgehenden bekannten Einrichtungen und Funktionen runden das Konzept einer vielseitigen Galvanisieranlage ab. So wurden in dieser Anlage auch realisiert:

• Automatische Beschickung und Entleerung der Warenträger mittels Roboter.
• Energieübertragung zu den Transportwagen ohne Schleppkabel
• Speicherplätze zur Erzielung der optimalen Anlagenbelegung.
• Wartungsgänge beidseitig der Bäder.
• Automatische Dosiereinrichtungen.
• Elektrolytische Entmetallisierung der Gestelle.
• Filter mit 5 μm Kerzen.
• Filterpumpen und Durchflussmesser.
• Aktivkohlefilter.
• Resiststripper mit zugehörigem Bandfilter.
• Absaugung mit Bäderabdeckung.
• Komplette Einhausung der Galvanisieranlage. Zugänge mit Lichtschranken gesicherte Schiebetüren.
• Elektronische Steuerung und Visualisierung der Galvanisieranlage.
• Automatische Optimierung des Warendurchsatzes.
• Protokollierung des Warendurchsatzes und weiterer Ereignisse.
• Schnittstelle zu einem übergeordneten Leitrechner.

Fazit Dieses innovative Projekt offenbarte sehr deutlich die vielen unterschiedlichen und sehr anspruchsvollen technologischen Funktionen, die eine Galvanisieranlage zum Galvanisieren von hoch technologischen Leiterplatten erfüllen muss. Es ist eine Herausforderung, eine derartig komplexe Anlage zu realisieren. Mit umfangreichen Erfahrungen und daraus resultierenden innovativen Ideen, gepaart mit Unternehmergeist aller Beteiligten, lassen sich immer wieder die erforderlichen Lösungen finden und realisieren.

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Technische Rückfragen: © Ludy Galvanosysteme GmbH