Innovative Galvanikanlage für viele Anwendungen

In die neue Galvanikanlage «SlimPlat Line» hat Michael Ludy, Geschäftsführer der Ludy Galvanosysteme AG, seine jahrzehntelangen Erfahrungen in der Entwicklung und Herstellung von galvanischen Anlagen eingebracht. Die neue Anlage erfüllt damit die Erfordernisse moderner Galvanisierungsanlagen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht in hervorragender Weise. Für die Innovationen wurden mehrere Patente angemeldet.

Die erste dieser Anlagen wurde letztes Jahr der Häusermann GmbH in Gars am Kamp (A) geliefert, einem führenden Hightech-Unternehmen in der Leiterplattentechnik. Nach einer kurzen Planungs-, Aufbau- und Inbetriebnahmephase fand im Dezember 2013 die erfolgreiche Endabnahme durch Rudolf Janesch, Geschäftsführer der Häusermann GmbH, statt.

 

Rudolf Janesch, Michael Ludy und Erich Weisskopf (von links nach rechts) vor der innovativen Galvanikanlage «SlimPlate Line».

Vielseitigkeit

Der neuartige kleinste Anlagentyp lässt sich für verschiedenste Einsatzbereiche flexibel konzipieren, beispielsweise für die konventionelle Galvanotechnik, speziell für die Leiterplattenbeschichtung und für die Vibrationstechnik. Dies zum Beispiel als Anlage zur galvanischen Kupferabscheidung oder als galvanische oder chemische Nickel-Gold-Anlage, die wiederrum ein komplett neues Wartungs- und Servicedesign erhalten haben.

Die Anlagen eignen sich sowohl zur Prototypenherstellung als auch zur Herstellung von fortlaufenden Produktionsgütern in Klein- und Grossserien. Besonders anpassungsfähig erweisen sie sich bei der Erfüllung der zunehmenden hochtechnologischen Anforderungen der Leiterplattentechnik. Darin liegt auch der besondere Fokus der Häusermann GmbH: höchste Qualität im vertikalen Tauchbad.

So kann anlagentechnisch zum Beispiel auf die Erfordernisse der Durchkontaktierung, der Feinleitertechnik, der Innenlagengalvanisierung oder der Dickkupfer-Leiterplattentechnik eingegangen werden. Die Vielseitigkeit und flexible Gestaltung bezieht sich auch auf die individuelle Grösse des Galvanofensters und die Warenträger mit Mehrfachnutzen als Einfach-, Doppel- oder Vierfachträger.

 

Wartungsseite der neuen Galvanikanlage.

Modulbauweise

Die Galvanikanlage «SlimPlat Line» besteht zur Erzielung der Vielseitigkeit aus aneinander reihbaren Modulen. Diese sind standardisiert und daher kostengünstig in der Herstellung. Die geschweissten Behälter bestehen ausschliesslich aus hochwertigem Kunststoff gemäss den technologischen Anforderungen.

Das Transportsystem ist mittels Linearachsen ebenfalls modular aufgebaut und somit einfach aufbau- und erweiterbar. Dazu ist im Vergleich zu den bekannten Tauchbadanlagen nur ein minimaler Stahlbau erforderlich. Diese für Galvanikanlagen völlig neue Art des Transports der Warenträger durch die «SlimPlat Line» trägt wesentlich zur Senkung der gesamten Investitionskosten und den später fortlaufenden Energie- und Wartungskosten bei.

Im Vergleich zu einer üblichen Tauchbadanlage verringern sich bei ansonsten gleichen Leistungsdaten die Investitionskosten um bis zu 30%. Dazu kommt noch ein verringerter Bedarf an Aufstellungsfläche, was den Kundennutzen weiter erhöht.

 

Ausschnitt der Anlage mit hochgeklappter Behälterabdeckung.

Warenträgertransport und Warenbewegung

Zum Transport der Warenträger werden Linearachsen verwendet. Die Hubbewegung wird ebenfalls mittels Linearachsen ausgeführt. Diese gesteuerten Achsen erlauben eine kostengünstige Einstellung der individuellen ortsabhängigen Fahr- und Hubgeschwindigkeiten. Je nach Anwendung und Notwendigkeit betragen diese 3 bis 50 m/min.

Die Warenbewegung hat einen wesentlichen Einfluss auf die Beschichtungsqualität sowie auf die Expositionszeit und damit auf die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses. Bei der Entwicklung der «SlimPlat Line» wurde daher ein besonderer Wert auf vielseitige Wahlmöglichkeiten gelegt. Entsprechende Antriebe für die Bewegungen in allen drei Richtungen zum Behandlungsgut, das heisst horizontal quer (x-Achse), horizontal längs (y-Achse) und vertikal (z-Achse) sind dafür vorgesehen. So lässt sich beispielsweise die Amplitude der Warenbewegung auf ±30 mm und die frequenzgesteuerte Geschwindigkeit auf 0 bis 2 m/min einstellen. Die Warenbewegung kann durch Rüttler, ergänzt werden.

Durch eine optimierte Lambdakurven-Regelung des Rüttlerantriebes wird eine Steigerung der Intensität der Rüttelbewegung erreicht.

 

Elektrolytbewegung

Ebenso wie die Warenbewegung hat auch die Elektrolytbewegung einen bedeutenden Einfluss auf die Beschichtungsqualität und die erforderliche Expositionszeit. Vor allem auf die nass- und die elektrochemische Behandlung der Oberflächen in den Durchgangs- und den Sacklöchern, sowie beim Viafilling. Auf die üblicherweise verwendete Lufteinblasung wird bei der «SlimPlat Line» noch nicht verzichtet, obwohl die Anlage auch ohne eine solche betrieben werden könnte. Dies nicht zuletzt aus Gründen der Umweltverträglichkeit (Emissionen) und der Energiekosten.

Zur Anwendung kommen Strahlpumpen, auch Eduktoren genannt. Sie setzen den Elektrolyten in Bewegung, ohne dabei nennenswerte Aerosole zu erzeugen, die mittels Absaugung entfernt werden müssten. Dadurch lässt sich eine bis zu 100fache vertikale und 580fache horizontale Bewegung/Umwälzung des Elektrolyten an der Oberfläche des zu beschichtenden Gutes erreichen. Dies erlaubt letztendlich die Anwendung einer erhöhten Stromdichte vom Fünf- bis Achtfachen im Vergleich zum herkömmlichen Galvanisierungsprozess durch einen gesteigerten Stoffaustausch an der Grenzschicht von Metall zu Elektrolyt. Auch andere Prozesse, die einen Stoffaustausch an der Grenzschicht erfordern, werden durch die Kombination der Eduktoren und der optimierten Regelung der Rüttler zeitlich beschleunigt.

Entscheidend sind die Anordnung und die Strahlrichtung der Eduktoren im nasschemischen beziehungsweise elektrolytischen Bad bezüglich der zu behandelnden Oberflächen. Weil die Ergebnisse mit der üblichen horizontalen und/oder vertikalen Anordnung der Eduktoren für die Ansprüche, die bei der Entwicklung der «SlimPlat Line» gestellt wurden, nicht erreicht werden konnten, wurde nach weiteren Anordnungen der Eduktoren im Bad geforscht. Das Ergebnis ist eine Anordnung einer bestimmten Anzahl von Eduktoren in einem bestimmten Winkel zur behandelnden Oberfläche, der von der Senkrechten zu dieser Oberfläche deutlich abweicht. Zugleich sorgt diese gefundene Strömungsrichtung für eine rotierende horizontale Makrobewegung des Elektrolyten um das zu behandelnde Gut herum. Weil dabei die Vorder- und die Rückseite des Gutes in entgegengesetzter Richtung umströmt werden, werden auch Durchgangslöcher mit grossem Aspect Ratio infolge ihres beschleunigten Stoffaustausches intensiv und damit in kurzer Zeit behandelt. Dies trägt auch wieder zur wirtschaftlichen nasschemischen Behandlung in der neuen Galvanikanlage bei.

 

Dränierung

Die weit verbreiteten Umlufttrockner erfordern den Einsatz von erheblicher Energie. Dies steht im Gegensatz zu den Anforderungen, die an die «SlimPlat Line» gestellt wurden. Eine neuartig ausgeführte Dränierung löste diese Aufgabe.

Die am Behandlungsgut anhaftende Spülflüssigkeit wird dabei mittels entfeuchteter, trockener Luft abgeführt. Diese Prozessluft wird in einem externen Dränierungsgerät wieder aufbereitet. Das Besondere an dieser Dränierung ist die innovative alternierende Luftführung bei Raumtemperatur am Behandlungsgut. Sie ist so ausgeführt, dass auch Durchgangslöcher mit einem grossen Aspect Ratio, zum Beispiel 1:16, schnell entfeuchtet werden.

Die besonders umweltfreundliche Dränage von Leiterplatten beispielsweise erfolgt bei Raumtemperatur von etwa 23 °C. Dadurch beträgt die elektrische Anschlussleistung bezogen auf ein Galvanofenster von 1 m² nur 2,1 kW. Dieser Energieaufwand beträgt etwa 12% des Aufwandes einer herkömmlichen Trocknungstechnik.

 

Leiterplattenbehandlung

Die «SlimPlat Line» eignet sich hervorragend zur Leiterplattenbehandlung und zur Leiterplattengalvanisierung mittels Gestelltechnik. Durch die anlagentypische Vielseitigkeit können eine Durchkontaktierungsanlage und/oder eine Anlage zum Leiterbildaufbau realisiert werden. Die bevorzugt zu behandelnden Leiterplattendicken betragen 0,5 bis 3,2 mm. Für die Folienbehandlung ist eine individuelle Rahmentechnik vorgesehen. Die Abmessungen für Line and Space beginnen bereits bei 50 µm.

Möglich sind Via filling bis AR = 1:1 bei Durchmessern >140 µm und Microviagalvanisierung bis AR = 1:1,5 bei Durchmessern ≥0,4 mm (mechanisch und lasergebohrt). Durchgangslöcher mit einem Aspect Ratio von zum Beispiel AR = 1:16 sind ab 0,2 mm Durchmesser galvanisierbar.

 

Stromdichte

Bei der Leiterplattengalvanisierung in einem Kupferelektrolyten können Stromdichten von bis zu 5 A/dm² angewendet werden. Dies ist ein wesentlich höherer Wert wie in üblichen Tauchbadanlagen. Auch bei der konventionellen Galvanisierung von Metall- oder Kunststoffteilen lassen sich mit der «SlimPlat Line» erhöhte Stromdichten bis zum Fünf- bis Achtfachen des üblichen Wertes anwenden.

 

Abdeckplatten

Die neue Galvanikanlage wird bevorzugt ohne Lufteinblasung betrieben. Dies ermöglicht die Verwendung von durchgängigen Abdeckplatten über die gesamte Anlagelänge. Dadurch wird die Wirksamkeit der lufttechnischen Aggregate deutlich erhöht. Zugleich erhöht sich die Arbeitssicherheit und nicht zuletzt wird die Sauberkeit der Anlage verbessert.

 

Fazit

Die innovative Galvanikanlage «SlimPlat Line» wird den aktuellen Anforderungen der Betreiber wie zum Beispiel der Häusermann GmbH nach einer flexiblen Produktion bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten gerecht. Sie ist richtungsweisend für nasschemische und besonders für galvanische Anlagen.

 

Ludy Galvano AG

Bernstrasse 161

4852 Rothrist

Tel. 062 772 26 65

infi@ludy.ch

www.ludy.ch