CN101833341A - 碱性蚀刻ph值自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为碱性蚀刻PH值自动控制系统，涉及一种印制电路板碱性蚀刻控制系统及其控制方法。本发明的目的是为了解决在碱性蚀刻中PH值难以控制以及效率过低的问题。采用的技术方案为：碱性蚀刻PH值自动控制系统，包括控制整个系统运行的自动控制系统，用于向蚀刻段添加蚀刻液的蚀刻液添加槽以及用于检测显示蚀刻段内溶液比重并将结果传输到自动控制系统的比重控制器，还包括与蚀刻段连接用于向蚀刻段添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽，以及与蚀刻段连接用于向蚀刻段添加氨水溶液的氨水添加槽。本发明主要应用于印制电路板生产过程中碱性蚀刻环节对PH值的调节。

Description

碱性蚀刻PH值自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种印制电路板碱性蚀刻控制系统及其控制方法，特别是涉及一种在碱性蚀刻中用于PH值控制的自动控制系统及其控制方法。

技术背景

印制电路板，简称PCB，作为电子信息产业的一个基础部件，随着近年来电子信息产业的高速发展而发展。碱性蚀刻，作为PCB外层线路形成的基础工序，原理及工艺参数的控制已十分成熟，具体如下：主要设备：退膜机、蚀刻机、退铅/锡机三部分组成一条联动线。其工艺流程及原理如下：上板机→退膜→碱性蚀刻→退铅/锡→下板机。

①退膜：经图形电镀后未被电镀部分的基板上的铜是由干膜覆盖着，该部分在最终形成线路图形时要被蚀刻去，所以在蚀刻前首先要把干膜退除以便露出铜面。退膜液为稀碱，当稀碱进入干膜中把含酸基的树脂中和反应而被溶解出来，使干膜脱离铜面。

②碱性蚀刻：把覆铜板加工成印制电路板，需要将覆铜板上的部分铜皮腐蚀掉。因为腐蚀液中含氨水呈碱性，故将此过程称为碱性蚀刻，腐蚀铜的药水称蚀刻液。蚀刻液中的二价铜离子是一种氧化剂，它与金属铜反应并溶解金属铜。

蚀刻液的主要成份是：水、氯化铜、氨水、氯化铵，少量的氧化剂，缓蚀剂等。

主要反应机理：

络合反应：CuCl₂+4NH₃＝＝[Cu(NH₃)₃]Cl₂

[Cu(NH₃)₄]²⁺Cl₂是具有强氧化能力的络合离子

蚀刻反应：Cu°+[Cu(NH₃)₄]Cl₂＝＝2[Cu(NH₃)₂]Cl

金属铜原子Cu°经过反应后生成一铜离子，而[Cu(NH₃)₂]Cl已不具备氧化能力，需要再生后才有氧化功能。再生反应：

2[Cu(NH₃)₂]Cl+2NH₄Cl+2NH₃·H₂O+1/2O₂＝2[Cu(NH₃)₄]Cl₂+3H₂O

上述反应反复循环，实现金属铜的溶解腐蚀，称碱性蚀刻。

③退铅/锡：把已蚀刻完的线路和孔壁上铜面的抗蚀层铅/锡用退铅/锡药水溶解达到铜面及孔内光亮的铜层露出。

在整个过程中，核心部分就是碱性蚀刻环节。因为随着印制电路密度的增加，碱性蚀刻的难度也随之增大。如何在把底铜腐蚀的同时减少对线路侧面的腐蚀，是能否蚀刻出精细线路的关键。通过研究表明：除了蚀刻过程中喷淋的角度压力等设备参数以外，溶液本身的温度、比重、氯离子浓度、PH大小，对蚀刻过程中线宽的影响也非常重要。也就是说，当客户设计的PCB的外层线宽小到0.1MM左右时，如果要稳定的加工出精确的客户所需的线路，就必须在整个生产过程中保证所有的工艺参数相当稳定。

溶液的温度、比重、氯离子的浓度，这几项工艺参数都很好解决，而且控制办法已十分成熟。但作为PH值的控制，一直是碱性蚀刻的一个难题。许多线路板厂，不能加工精细线路的难点就是因为不能准确的控制碱性蚀刻的蚀刻速度，而造成速度失控的重要原因就是PH值不能得到有效控制。

蚀刻溶液的PH值实际上就是溶液中氨水的浓度大小直观表现。不同类型的产品在蚀刻过程中单位时间所需添加的补充溶液量上有很大范围变化。所以，仅仅在添加液中控制氨水浓度是不够的，一定需要在生产过程中调节PH值，即蚀刻液中氨水浓度。传统的控制办法就是：首先，在配制蚀刻添加液时，加适当过量的氨水。然后在生产过程中，通过设备的排风系统，挥发多余的氨水，以达到控制PH值的目的。具体的做法：在设备上安装一个PH值探头，随时显示溶液的PH值。根据PH值大小，调节排风量的大小：当PH值偏大时，加大排风量，增加氨水的挥发速度；当PH值偏小时，减小排风量，降低氨水的挥发速度。一般的设备是通过手动调节抽风阀门来实现排风量控制。也有少数进口先进设备实现了自动控制风门调节阀。

传统的PH调节办法存在以下问题：

(1)PH值波动范围大，很难控制到最佳的PH值范围：在蚀刻过程中，最佳的PH值为8.4-8.6之间，但通过排风，氨水挥发很难控制到最佳范围。

(2)需要调节的时间长，影响生产：氨水挥发是一个逐步的过程，经常需要几个小时的时间，所以对生产进度有较大影响。

(3)消耗过量氨水，增加成本，浪费资源；

(4)操作要领较难掌控：风门开合大小全凭经验，生产线操作工人不好掌握，很容易出现失控。

针对以上问题，大部分工厂采取首件管理制度：每次生产时，先生产一件首件进行确认，合格后才能正式生产。并且在整个生产过程中必须随时在蚀刻后进行确认，才能保证品质。但由于PH值的波动，产品的一致性很难保证。

发明内容

本发明的目的是为了解决在碱性蚀刻中PH值难以控制以及效率过低的问题，提供一种碱性蚀刻PH值自动控制系统及其控制方法，利用本发明可以达到快速自动精确控制PH值，并且减少氨水排放，既环保又安全可靠，操作非常方便。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：碱性蚀刻PH值自动控制系统，包括控制整个系统运行的自动控制系统，用于向蚀刻段添加蚀刻液的蚀刻液添加槽以及用于检测显示蚀刻段内溶液比重并将结果传输到自动控制系统的比重控制器，还包括与蚀刻段连接用于向蚀刻段添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽，以及与蚀刻段连接用于向蚀刻段添加氨水溶液的氨水添加槽。

还包括设置于蚀刻段上用于检测显示蚀刻段内蚀刻液PH值的PH电极。

上述系统的控制方法，包括下列步骤：

a、当生产中PH值偏高，超过设定范围时：通过自动控制系统控制，将氯化铵添加槽中的氯化铵溶液添加到蚀刻段，此时蚀刻段中的蚀刻液氨水浓度下降，PH值自动下降而受控；

b、当生产中PH值偏低，超过设定范围时：通过自动控制系统控制，将氨水添加槽中的氨水加入蚀刻段，此时蚀刻段中的蚀刻液PH值随氨水浓度增加而增加。

所述步骤a中所添加的氯化氨溶液中不含氨水，氯离子含量与蚀刻段中的氯离子一致。

所述步骤a中在添加氯化氨溶液时，由自动控制系统控制减少蚀刻液添加槽向蚀刻段中的加入量，以保证蚀刻段中的蚀刻液比重范围受控。

从本发明的上述技术特征可以看出，本发明的优点是：完全实现了整个生产过程的PH值自动控制，并且在PH值的调整过程中，有效的保证了其它各项工艺参数的稳定，彻底解决了因PH的波动导致的蚀刻速度的变化，而且可以根据生产需要任意调整设定；对生产所需添加的蚀刻添加液进行了科学的分解：将影响PH值的氨水及生产所需的氯离子进行分离，作为调控液，即满足生产需要，又实现了PH值控制；PH值控制范围准确：可以根据设定值进行精确控制，波动范围可控制在0.3以内，完全可以满足精细线路生产需要；调整速度快：一般情况下，只需几分钟即可将所需的PH值调节到位；减少氨水的消耗：蚀刻添加液在配置时无需过量，生产过程中排风量可适当减少，减少氨水的挥发比例，同时也减少了挥发氨水对环境的污染；操作简单，生产稳定：生产工人只需按要求提前准备好各种自动添加液，生产过程不需进行任何手工对参数的调整，由于工艺参数恒定，生产的一致性非常好。

附图说明

本发明将通过附图比较以及结合实施例的方式说明：

图1是本发明结构示意图，

其中附图标记1是自动控制系统2是蚀刻段3是蚀刻液添加槽4是比重控制器5是氯化氨添加槽6是氨水添加槽7是PH电极

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的说明：

优选实施例

如图1所示的碱性蚀刻PH值自动控制系统，包括控制整个系统运行的自动控制系统1，用于向蚀刻段2添加蚀刻液的蚀刻液添加槽3以及用于检测显示蚀刻段2内溶液比重并将结果传输到自动控制系统1的比重控制器4，还包括与蚀刻段2连接用于向蚀刻段2添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽5，以及与蚀刻段2连接用于向蚀刻段2添加氨水溶液的氨水添加槽6。

上述系统中，还包括设置于蚀刻段2上用于检测显示蚀刻段2内蚀刻液PH值的PH电极7。

以上方案所描述的自动控制系统的控制方法，包括下列步骤：

a、当生产中PH值偏高，超过设定范围时：通过自动控制系统1控制，将氯化铵添加槽5中的氯化铵溶液添加到蚀刻段2，此时蚀刻段2中的蚀刻液氨水浓度下降，PH值自动下降而受控；

b、当生产中PH值偏低，超过设定范围时：通过自动控制系统1控制，将氨水添加槽6中的氨水加入蚀刻段2，此时蚀刻段2中的蚀刻液PH值随氨水浓度增加而增加。

在上述方法中，所述步骤a中所添加的氯化氨溶液中不含氨水，氯离子含量与蚀刻段2中的氯离子一致。

在上述方法中，所述步骤a中在添加氯化氨溶液时，由自动控制系统1控制减少蚀刻液添加槽3向蚀刻段2中的加入量，以保证蚀刻段2中的蚀刻液比重范围受控。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (5)

1.碱性蚀刻PH值自动控制系统，包括控制整个系统运行的自动控制系统(1)，用于向蚀刻段(2)添加蚀刻液的蚀刻液添加槽(3)以及用于检测显示蚀刻段(2)内溶液比重并将结果传输到自动控制系统(1)的比重控制器(4)，其特征在于还包括与蚀刻段(2)连接用于向蚀刻段(2)添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽(5)，以及与蚀刻段(2)连接用于向蚀刻段(2)添加氨水溶液的氨水添加槽(6)。

2.根据权利要求1所述的碱性蚀刻PH值自动控制系统，其特征在于还包括设置于蚀刻段(2)上用于检测显示蚀刻段(2)内蚀刻液PH值的PH电极(7)。

3.根据权利要求1或2所述系统的控制方法，其特征在于包括下列步骤：

a、当生产中PH值偏高，超过设定范围时：通过自动控制系统(1)控制，将氯化铵添加槽(5)中的氯化铵溶液添加到蚀刻段(2)，此时蚀刻段(2)中的蚀刻液氨水浓度下降，PH值自动下降而受控；

b、当生产中PH值偏低，超过设定范围时：通过自动控制系统(1)控制，将氨水添加槽(6)中的氨水加入蚀刻段(2)，此时蚀刻段(2)中的蚀刻液PH值随氨水浓度增加而增加。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于所述步骤a中所添加的氯化氨溶液中不含氨水，氯离子含量与蚀刻段(2)中的氯离子一致。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于所述步骤a中在添加氯化氨溶液时，由自动控制系统(1)控制减少蚀刻液添加槽(3)向蚀刻段(2)中的加入量，以保证蚀刻段(2)中的蚀刻液比重范围受控。

Images