(19) |
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(11) |
EP 0 873 435 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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29.03.2000 Patentblatt 2000/13 |
(22) |
Anmeldetag: 10.01.1997 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: C25D 21/14 |
(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP9700/097 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 9725/456 (17.07.1997 Gazette 1997/31) |
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VERFAHREN ZUR AUFRECHTERHALTUNG KONSTANTER KONZENTRATIONEN VON IN EINEM GALVANOTECHNISCHEN
BEHANDLUNGSBAD ENTHALTENEN STOFFEN
PROCESS FOR MAINTAINING A CONSTANT CONCENTRATION OF SUBSTANCES IN AN ELECTROPLATING
BATH
PROCEDE DE MAINTIEN DE CONCENTRATIONS CONSTANTES DE SUBSTANCES CONTENUES DANS UN BAIN
DE TRAITEMENT GALVANOPLASTIQUE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT DE ES FR GB IT NL SE |
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Priorität: |
12.01.1996 DE 19600857
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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28.10.1998 Patentblatt 1998/44 |
(73) |
Patentinhaber: ATOTECH Deutschland GmbH |
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10553 Berlin (DE) |
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Erfinder: |
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- KOPP, Lorenz
D-90518 Altdorf (DE)
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(74) |
Vertreter: Effert, Bressel und Kollegen |
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Radickestrasse 48 12489 Berlin 12489 Berlin (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 552 128
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DE-A- 4 015 141
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung konstanter Konzentrationen
von in einem galvanotechnischen Behandlungsbad enthaltenen Stoffen, vorzugsweise von
Bädern mit wäßrigen Lösungen. Das Verfahren ist universell anwendbar. Ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet stellt das Dosieren von Chemikalien in galvanotechnische Bäder und
andere naßchemische Bäder zur Herstellung von Leiterplatten, vorzugsweise in Horizontal-Durchlaufanlagen,
dar.
[0002] Durch die Behandlung eines Behandlungsgutes in einem galvanotechnischen Prozeßbad
werden ständig die in dem Bad enthaltenen Chemikalien verbraucht. Ein derartiger Verbrauch
kann auch ausschließlich zeitabhängig erfolgen, beispielsweise in einem Behandlungsbad
zur stromlosen Verkupferung. In diesem Fall werden stark alkalische Lösungen bei erhöhter
Temperatur verwendet, bei denen das Alkalihydroxid durch Reaktion mit Kohlendioxid
der Luft, die zur Stabilisierung des Bades in die Behandlungslösung eingeleitet wird,
zu Alkalicarbonat reagiert und auf diese Weise verbraucht wird. Der Verbrauch der
prozeßspezifischen Stoffe muß so ergänzt werden, daß die jeweilige Chemikalienkonzentration
im Prozeßbad innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten wird. Dasselbe gilt auch für
bei der Behandlung entstehende Abbauprodukte der Stoffe, die die Behandlung häufig
stören. Deren Konzentrationen müssen möglichst unterhalb bestimmter Konzentrationsgrenzen
gehalten werden.
[0003] Die Stoffe werden üblicherweise automatisch ergänzt. Hierzu sind zwei Methoden bekannt
und zwar die Zugabe von konzentrierten Lösungen (Konzentrate) zum Behandlungsbad sowie
der kontinuierliche Austausch der Badflüssigkeit durch Eintrag eines konstanten Volumenstroms
frischer Flüssigkeit und ein entsprechender Überlauf des Bades.
[0004] Bei der Zugabe von Konzentraten zum Behandlungsbad wird das Volumen der Dosiermengen
naturgemäß sehr klein eingestellt, da zur Aufrechterhaltung der Konzentrationen der
Stoffe im Bad nur kleine Zugaben der Konzentrate im Vergleich zur gesamten Badmenge
ausreichen. Daher braucht die Volumenänderung der Behandlungsflüssigkeit im Bad durch
diese Zugaben nicht beachtet zu werden. Meist verdunstet auch ein Teil der Behandlungslösung,
insbesondere bei erhöhten Behandlungstemperaturen, so daß der Flüssigkeitsverlust
durch die Verdunstungsverluste durch die Konzentratergänzung kompensiert wird. In
diesem Fall sind also nur kleine Flüssigkeitsmengen zu handhaben. Ferner treten auch
Verschleppungsverluste der Stoffe im Bad auf, da das Behandlungsgut einen Teil der
Behandlungslösung beim Austragen aus dem Behandlungsbad entfernt. Dem steht kein entsprechender
Zugang der Stoffe in das Bad gegenüber, da das Behandlungsgut entweder trocken in
das Bad eingebracht wird oder bereits mit einer anderen Behandlungslösung oder Wasser
aus einem Spülbad benetzt ist, so daß auch in diesem Fall nicht die durch Austrag
verlorenen Stoffe durch einen entsprechenden Eintrag ergänzt werden.
[0005] Vom Verbrauch durch die in der Behandlungsflüssigkeit ablaufenden chemischen Reaktionen
und Verschleppungsverluste abgesehen, verbleiben bei Ergänzung mit Behandlungskonzentraten
alle Stoffe im Prozeßbad, da ein Überlauf des Bades durch starke Volumenzunahme nicht
eintritt. Dies hat den Vorteil, daß keine größeren Badmengen zur Entsorgung anfallen.
Nachteilig ist jedoch, daß bei der Zugabe von Chemikalienkonzentraten die Konzentration
der Stoffe im Prozeßbad ständig erhöht wird (Aufkonzentration). Bäder, deren Zusammensetzung
für die Behandlung in engen Konzentrationsbereichen gehalten werden muß, können daher
nur ungenügend stabil eingestellt werden. Eine zusätzliche Komplikation kann dann
bestehen, wenn diese Bäder bei kleinem Badvolumen und mit großem Durchsatz des Behandlungsgutes
betrieben werden. Das ist zum Beispiel bei den galvanotechnischen Herstellverfahren
von Leiterplatten in horizontalen Durchlaufanlagen der Fall. Wegen der sich in der
Behandlungslösung ansammelnden Stoffe sowie wegen der fortschreitenden Badalterung
müssen derartig geführte Bäder in kurzen Zeitabständen wiederholt vollkommen verworfen
und erneuert werden, da die Badvolumina in diesem Falle klein sind und wegen der großen
Durchsatzmenge des Behandlungsgutes durch die Anlagen große Mengen der zu ergänzenden
Stoffe dosiert werden müssen. Dadurch entstehen häufig Produktionsausfälle. Außerdem
müssen in diesem Fall große Mengen von verbrauchter Behandlungslösung entsorgt werden.
[0006] In der Druckschrift DE 40 15 141 A1 wird beschrieben, daß ein kontinuierlicher Austausch
der Behandlungsflüssigkeit die Nachteile der Konzentratzugabe vermeiden soll. Der
Chemikalienverbrauch wird nach dieser Druckschrift durch mengenmäßig ausreichend große,
fortwährend zur Behandlungslösung zugegebene frische Badlösung, die bereits die Stoffe
in ihrer Arbeitskonzentration enthält, und bei gleichzeitigem Badüberlauf ausgeglichen.
Es werden zwei alternative Verfahrensweisen beschrieben: Nach der einen wird die Konzentration
einer Schlüsselkomponente mittels analytischer Methoden erfaßt und die Zuführung frischer
Behandlungslösung nach Maßgabe dieser Meßgröße geregelt. Nach der anderen Verfahrensweise
wird die Ergänzung frischer Behandlungslösung nach Maßgabe der im Bad pro Zeiteinheit
durchgesetzten Behandlungsgutoberfläche gesteuert.
[0007] Der Austausch bewirkt im nicht erreichbaren Idealfalle, daß die Stoffe im Prozeßbad
nicht aufkonzentriert werden. Desgleichen soll auch keine Alterung der wirksamen Stoffe
im Bad stattfinden. Das Bad wird dadurch immer nahezu frisch erhalten. Daraus soll
eine lange Standzeit und eine hohe Durchsatzmenge der Behandlungsgutoberfläche, bezogen
auf das Badvolumen, resultieren.
[0008] Die genannten Vorteile werden dadurch erkauft, daß größere Flüssigkeitsmengen durch
das Behandlungsbad durchgesetzt werden müssen. Die zugeführte Flüssigkeitsmenge führt
zu einem ständigen Badüberlauf. Die Überlaufmenge muß entsorgt werden oder kann im
günstigsten Falle nur noch zur Weiterverwendung in anderen Verfahrensstufen eingesetzt
werden. Trotz des erhöhten Entsorgungsaufwandes stellt diese Art der Dosierung in
der Praxis bei chemisch kritischen Prozessen eine verbesserte Alternative dar.
[0009] Nach den bekannten Verfahren muß die Zugabe der frischen Badlösung auf die das Badvolumen
beeinflussenden Parameter Badüberlauf, Einschleppung, Ausschleppung und Verdunstung
abgestimmt werden. Dies gelingt insbesondere wegen der ungenauen Überlauftechnik nur
unbefriedigend. Beispielsweise vermindern Verdunstungsverluste und die Ausschleppung,
wenn dieser keine Flüssigkeitseinschleppung gegenübersteht, den Badüberlauf; das eingetauchte
Behandlungsgut verdrängt dagegen Badlösung in den Überlauf. Das Zugeben von Behandlungslösung
und das unkontrollierte Abfließen der Lösung aus dem Prozeßbad führt dazu, daß die
Stoffkonzentrationen in der Behandlungslösung nicht exakt aufrechterhalten werden
können. Daher muß die Prozeßlösung auch hier nach sehr kurzer Zeit vollkommen ausgetauscht
werden. Bei Anlagen der Leiterplattentechnik wird damit eine Standzeit von nur etwa
einem Monat erreicht.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die Nachteile der
bekannten Verfahren zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren bereitzustellen, das
eine wesentlich längere Standzeit der Behandlungsflüssigkeit ermöglicht und bei dem
während dieser Standzeit die Stoffkonzentrationen in der Prozeßflüssigkeit konstant
gehalten werden können.
[0011] Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0012] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Aufrechterhaltung konstanten Konzentrationen
von in einem galvanotechnischen Behandlungsbad enthaltenen Stoffen durch fortwährende
Zugabe frischer Behandlungsflüssigkeit zu dem Behandlungsbad, bei dem ununterbrochen
oder taktweise ein eingestellter Volumenstrom der Behandlungsflüssigkeit (Flüssigkeitsvolumen
pro Zeiteinheit) mittels geeigneter Einrichtungen aus dem Behandlungsbad entnommen
wird ohne daß die Flüssigkeit durch Volumenzunahme im Bad überlauft, und dieser Volumenstrom
in einem konstanten Verhältnis zum Volumenstrom der zugegebenen frischen Behandlungsflüssigkeit
eingestellt wird.
[0013] Die Menge der zugeführten frischen Behandlungslösung ist dabei unabhängig von der
Verdunstungsmenge der Behandlungsflüssigkeit sowie von der Ein- und Ausschleppungsmenge
von Behandlungsflüssigkeit durch das Behandlungsgut pro Zeiteinheit. Derartige Flüssigkeitsverluste
werden unabhängig von dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaustausch zusätzlich ausgeglichen.
[0014] Durch die kontinuierliche Entnahme definierter Mengen der Flüssigkeit, in der die
Wirkstoffe und Abbauprodukte in den in der Behandlungslösung eingestellten Arbeitskonzentrationen
enthalten sind, bleiben die chemischen Prozeßparameter langfristig konstant. Die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens führt in der Leiterplattentechnik zur Verlängerung
der Standzeit der Bäder auf bis zu einem Jahr. Insbesondere ist diese Verfahrensweise
bei Verwendung horizontaler Durchlaufanlagen sinnvoll, da in diesem Fall viele Leiterplatten
pro Zeiteinheit mit kleinen Flüssigkeitsvolumina behandelt werden.
[0015] Die Austauschmenge pro Zeiteinheit ist frei wählbar, sofern sie eine verbrauchsabhängige
Mindestgröße nicht unterschreitet. Unterhalb dieses Wertes reichern sich Abbauprodukte
in der Behandlungslösung zu stark an oder können die Konzentrationen der Wirkstoffe
nicht aufrechterhalten werden. Die Austauschmenge ist daher technisch einfach an die
Verfahrensparameter anpaßbar. Eine exakte Badführung ist damit auch über eine lange
Zeit möglich, ohne daß die das Verfahren charakterisierenden Parameterbereiche verlassen
werden.
[0016] Erfindungsgemäß steht die entnommene Menge der Behandlungslösung in einem konstanten
Verhältnis zur zugeführten Menge der Behandlungslösung. Vorzugsweise wird das Verhältnis
1 : 1 eingestellt. Eine konstante Entnahme der Badlösung entspricht vorzugsweise einer
negativen Dosierung der zugegebenen Flüssigkeitsmenge.
[0017] Zusätzlich zur frischen Behandlungslösung werden parallel weitere Flüssigkeitsvolumina,
beispielsweise zum Ausgleich von Verlusten durch die Verdunstung der Behandlungslösung,
zur Badflüssigkeit zugegeben und zwar unbeeinflußt von diesen.
[0018] Ferner kann mit zusätzlichen Dosiereinrichtungen weitere Badlösung als Ausgleich
für die Verschleppung von Behandlungsflüssigkeit aus dem Bad durch das Behandlungsgut
ergänzt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß hierzu die Dosiereinrichtungen
verwendet werden, die zur erfindungsgemäßen Zugabe der frischen Behandlungslösung
dient. In diesem Falle sind dann die entnommenen und die zugegebenen Mengen der Behandlungsflüssigkeit
unterschiedlich. In jedem Fall wird dadurch aber nicht die verbrauchsabhängige Förderung
des Flüssigkeitsstromes zur Entnahme der Behandlungsflüssigkeit geändert.
[0019] Die durchsatzabhängigen Ergänzungsmengen für die Flüssigkeitsverluste aufgrund der
Ausschleppung sind separat zu bestimmen. Mit einer geeigneten Rechnersteuerung können
die zu ergänzenden Volumina frischer Behandlungslösung in Abhängigkeit von der Durchsatzmenge
des Behandlungsgutes nachgeführt werden.
[0020] Die Konzentrationen der Wirkstoffe in der frischen Behandlungsflüssigkeit sind vorzugsweise
höher als deren entsprechende Konzentrationen im Behandlungsbad. Dadurch kann der
zusätzliche Verlust der Stoffe in der Behandlungsflüssigkeit durch Ausschleppung und
den durch Stoffverbrauch durch die Behandlung des Behandlungsgutes ausgeglichen werden.
[0021] Die Stellen, an denen die Behandlungsflüssigkeit aus dem das Bad enthaltenden Behandlungsbehälter
entnommen und zugeführt wird, sind vorzugsweise an unterschiedlichen Orten des Badbehälters
vorgesehen, um zu verhindern, daß die zugeführte Flüssigkeit ohne weitere Vermischung
mit der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit sofort wieder entnommen wird. Eine weitere
Möglichkeit dies zu verhindern, besteht darin, die Flüssigkeit taktweise zu entnehmen
und zuzuführen, wobei die Zeittakte der Entnahme und die der Zuführung zeitlich aufeinander
folgen. Dadurch kann sich die zugeführte Flüssigkeit vor dem nachfolgenden Entnahmetakt
mit der Behandlungsflüssigkeit im Badbehälter vermischen.
[0022] Die Verdunstungsverluste werden gesondert durch Zugabe von reinem Lösungsmittel,
in meisten Fällen von Wasser, ausgeglichen. Hierzu wird zum einen zunächst frische
Behandlungslösung in Abhängigkeit vom Volumenstrom der Flüssigkeitsentnahme zugegeben.
Dann kann das Flüssigkeitsniveau im Behandlungsbehälter durch die Wasserzugabe zum
Ausgleich der Verdunstungsverluste konstant gehalten werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Verdunstungsverluste durch separate Versuche zu ermitteln. Reines
Wasser wird dann entsprechend der so ermittelten Verlustraten ergänzt.
[0023] Die Volumenverluste durch Ausschleppung werden in der Regel durch die Einschleppung
kompensiert. Wird das Behandlungsgut trocken in die wäßrige Lösung eingebracht, so
werden die Ausschleppungsverluste zum Beispiel mit frischer Behandlungsflüssigkeit
ausgeglichen.
[0024] Zur Realisierung der Erfindung sind die bekannten Dosiermethoden anwendbar. So kann
je eine Dosierpumpe für die Entnahme und die Zugabe verwendet werden. Die Dosiermengen
werden vorzugsweise exakt gleich groß eingestellt. Die pro Zeiteinheit durchgesetzten
Mengen selbst sind verbrauchsabhängig. Auch andere Verhältnisse der Entnahmemenge
und der Zugabemenge sind einstellbar.
1. Verfahren zur Aufrechterhaltung konstanter Konzentrationen von in einem galvanotechnischen
Behandlungsbad enthaltenen Stoffen durch fortwährende Zugabe frischer Behandlungsflüssigkeit
zu dem Behandlungsbad, bei dem ununterbrochen oder taktweise ein eingestellter Volumenstrom
der Behandlungsflüssigkeit mittels geeigneter Einrichtungen aus dem Behandlungsbad
entnommen wird. ohne daß die Flüssigkeit durch Volumenzunahme im Bad überläuft, und
dieser Volumenstrom in einem konstanten Verhältnis zum Volumenstrom der zugegebenen
frischen Behandlungsflüssigkeit eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenströme der entnommenen
Behandlungsflüssigkeit und der dem Behandlungsbad zugegebenen frischen Behandlungsflüssigkeit
gleich groß eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
durch Verdunstung aus dem Behandlungsbad eingetretene Volumenabnahme des Bades durch
Zugabe eines in der Behandlungsflüssigkeit enthaltenen Lösungsmittels ohne gelöste
Stoffe ausgeglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration
der Stoffe in der frischen Behandlungsflüssigkeit höher eingestellt wird als deren
Konzentration im Behandlungsbad.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die frische
Behandlungsflüssigkeit in den Behandlungsbehälter gegeben und die Behandlungsflüssigkeit
aus dem Behälter wieder entnommen wird, wobei die Flüssigkeit an unterschiedlichen
Orten des Behälters zugeführt und entnommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom
der zugegebenen frischen Behandlungsflüssigkeit um den Betrag eines zusätzlichen Volumenstroms
vergrößert wird, der einem Verlust der Behandlungsflüssigkeit durch Verschleppung
aus dem Behandlungsbad durch ein durch die Behandlungsflüssigkeit hindurchgeführtes
Behandlungsgut entspricht.
7. Verfahren nach einem der verstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme
und zur Zugabe der Behandlungsflüssigkeit Dosierpumpen verwendet werden.
1. Method of maintaining constant concentrations of substances, contained in an electroplating
treatment bath, by constantly adding fresh treatment fluid to the treatment bath,
wherein a set volumetric flow of the treatment fluid is removed from the treatment
bath continuously or at predetermined intervals by means of suitable arrangements
without the fluid overflowing as a result of the volume in the bath being increased,
and this volumetric flow is set at a constant ratio relative to the volumetric flow
of the added fresh treatment fluid.
2. Method according to claim 1, characterised in that the volumetric flows of the removed
treatment fluid and of the fresh treatment fluid added to the treatment bath are set
to be of identical magnitude.
3. Method according to one of the preceding claims, characterised in that a reduction
in the volume of the bath, caused by evaporation from the treatment bath, is compensated-for
without dissolved substances by the addition of a solvent contained in the treatment
fluid.
4. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the concentration
of the substances in the fresh treatment fluid is set to be higher than the concentration
thereof in the treatment bath.
5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the fresh treatment
fluid is passed to the treatment vessel, and the treatment fluid is removed again
from the vessel, the fluid being supplied and removed at different locations of the
vessel.
6. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the volumetric
flow of the added fresh treatment fluid is increased by the amount of an additional
volumetric flow, which corresponds to a loss of treatment fluid caused by entrainment
from the treatment bath as a result of an item to be treated being conducted through
the treatment fluid.
7. Method according to one of the preceding claims, characterised in that metering pumps
are employed to remove and supply the treatment fluid.
1. Procédé destiné à maintenir des concentrations constantes de substances contenues
dans un bain de traitement galvanoplastique en ajoutant de manière continue un liquide
de traitement frais au bain de traitement, dans lequel un écoulement volumétrique
déterminé est prélevé du liquide de traitement, de manière ininterrompue ou cadencée,
à l'aide de dispositifs appropriés, sans que le liquide ne déborde du bain suite à
une augmentation du volume, et cet écoulement volumétrique est déterminé selon une
proportion constante par rapport au liquide de traitement frais ajouté.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les écoulements volumétriques
du liquide de traitement prélevé et du liquide de traitement frais ajouté au bain
de traitement sont déterminés de manière à être égaux.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une
diminution de volume du bain apparue suite à une évaporation du bain de traitement
est compensée par l'adjonction d'un solvant contenu dans le liquide de traitement
sans substances dissoutes.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
la concentration des substances dans le liquide de traitement frais est déterminée
de manière à être plus élevée que leur concentration dans le bain de traitement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
le liquide de traitement frais est introduit dans la cuve de traitement et en ce que
le liquide de traitement est de nouveau retiré de la cuve, le liquide étant ajouté
et prélevé à différents emplacements de la cuve.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'écoulement volumétrique du liquide de traitement frais ajouté est augmenté de la
quantité d'un écoulement volumétrique supplémentaire qui correspond à une perte du
liquide de traitement par entraînement à l'extérieur du bain de traitement après avoir
fait passer un produit de traitement dans le liquide de traitement.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
des pompes de dosage sont utilisées pour prélever ou ajouter le liquide de traitement.