CN102164456B - 印制线路板蚀刻工艺的自动化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造线路板的工艺，尤其涉及印制线路板蚀刻工艺的自动化控制方法。按照下述步骤进行：（1）将蚀刻液置于三电极的电解槽中，使用高纯度铂片作为工作电极和对极，参比电极为饱和甘汞电极；当对工作电极施加一恒定的电位进行电解时，电解电流与二价铁离子的浓度呈一定的比例关系；（2）通过检测电流值的大小，可以判断蚀刻液中二价铁的浓度，当所检测到的电流值达到蚀刻液中所允许二价铁浓度的最大值时，通过自动控制装置向蚀刻液中自动添加氧化剂，将蚀刻液中的二价铁再转化为三价铁，以保证蚀刻液对铜箔的蚀刻速度不变。
Description
技术领域
本发明适用于制造线路板的工艺，具体来说，以三价铁为原料的蚀刻液，对覆铜板进行蚀刻时，有必要对所产生的二价铁进行管控，本发明可实时、在线地对蚀刻液中二价铁进行准确定量，达到自动向蚀刻液中添加氧化剂，使二价铁被氧化成三价铁，使蚀刻液恢复原本的蚀刻能力。
背景技术
以三价铁为蚀刻液对铜箔进行腐蚀，在线路板生产过程中已经被广泛采用。其原理是通过三价铁的氧化能力，将铜氧化为铜离子，溶解于蚀刻液中，同时三价铁离子转化为二价铁离子。三价铁转化为二价铁时，自然地影响到该蚀刻液蚀刻铜箔的速度，当蚀刻液中蓄积了一定浓度的二价铁时，该蚀刻液将被废弃。
近年来，随着对环境保护意识的不断加强，同时为了不断地降低生产成本，提高自动化程度，资源的循环利用的研究为人们所关注。对于三价铁蚀刻液中所产生的二价铁，通常通过添加氧化剂即可将二价铁离子重新转化为三价铁离子。
在现行的生产工艺中，对二价铁离子的检测通常使用滴定法，原子吸收光谱法等，这些方法很难在线测定，达到氧化剂自动添加，对蚀刻工艺进行无人化管理的目的。另外在生产现场还有一种方法是通过测定蚀刻液中氧化还原电位的方法，来推测蚀刻液中铁离子的浓度，该氧化还原电位反映了蚀刻液中二价铁离子浓度和三价铁离子浓度的比值，由于此氧化还原电位还受蚀刻液中的酸度、温度和共存其他离子的影响，所以很难得出二价铁离子的浓度。本发明很好地解决了在生产过程中，对蚀刻液中二价铁的在线、实时监控，当二价铁的浓度过高时，通过在线的检测，可以控制氧化剂的加入，以便使二价铁离子再转换为三价铁离子。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的不足，提出了印制线路板蚀刻工艺的自动化控制方法，按照下述步骤进行：
（1）将蚀刻液置于三电极的电解槽中，使用高纯度铂片作为工作电极和对极，参比电极为饱和甘汞电极；当对工作电极施加一恒定的电位进行电解时，电解电流与二价铁离子的浓度呈一定的比例关系；
（2）通过检测电流值的大小，可以判断蚀刻液中二价铁的浓度，当所检测到的电流值达到蚀刻液中所允许二价铁浓度的最大值时，通过自动控制装置向蚀刻液中自动添加氧化剂，将蚀刻液中的二价铁再转化为三价铁，以保证蚀刻液对铜箔的蚀刻速度不变。
其中步骤（1）中对工作电极施加电位，当施加的电位过大时，将容易产生水的分解，导致副反应的发生，对二价铁的定量造成影响，为了准确地检测出二价铁离子浓度，所施加的电位范围为0.1-1.2V，最佳的范围区间为0.3-1.0V。
其中步骤（2）中如果使用双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度（所用浓度以质量百分比计）为10-15%，浓度过低，会带来向蚀刻液中加入的体积量过大，从而稀释了蚀刻液，反之双氧水的浓度过大的话，会导致蚀刻液中局部的双氧水浓度过大，局部的二价铁离子浓度过低，影响电流的检测。
其中步骤（2）中向蚀刻液中自动添加氧化剂，可通过二价铁离子的电解电流进行控制，即设定电流Imax最大值为向蚀刻液中添加氧化剂的点，电流Imin最小值为停止向蚀刻液中添加氧化剂的点，为了避免由于二价铁离子被氧化为三价铁离子时，在蚀刻液中扩散速度过慢所带来的误差，Imax最大值与Imin最小值的差值应不小于10mA。
其中本发明中对于工作电极和对电极而言，只要是在电解过程中稳定且不被腐蚀的材料即可，如金电极、铂电极、碳电极、玻碳电极等，考虑到氢离子的过电位，本发明使用了高纯度的铂（纯度为99.999%）作为工作电极（阴极）和对极（阳极），参比电极即可使用饱和甘汞电极也可使用银/氯化银电极（本发明所采用的参比电极为饱和甘汞电极）。
其中对于工作电极和对电极的面积无特殊要求，但是电极的面积的不同，所检测出的电流值也不同，电极面积过小，电流值也将变小，导致检测困难，所以电极的面积最好采用1cm2以上。另外对于工作电极和对电极间的距离以及被检测的蚀刻液温度不同，所产生的电流值不同，为了保持稳定的检测结果，在测量过程中要始终保持工作电极和对电极间的距离以及被检测的蚀刻液温度不变。
本发明可以实现，实时在线地对蚀刻液中二价铁进行准确定量，达到自动向蚀刻液中添加氧化剂，使二价铁被氧化成三价铁，使蚀刻保持原有的蚀刻能力，保持平稳蚀刻速度。本发明可以大大提高蚀刻工艺的自动化程度，提高资源的循环利率，降低生产成本。
附图说明
其中图1所示，当对工作电极所施加的电位为0.5V时，二价铁离子浓度与电流的关系，随着二价铁离子浓度的增大，检测的电流值也增大，且呈线性关系。
具体实施方式
实施例 1
为了测定蚀刻液中二价铁的浓度，配制了含二价铁离子的蚀刻液，其组成为，FeCl3·6H2O 500g/L，CuCl2 3g/L，盐酸（36%）8g/L和FeCl2 ·4H2O 30g/L的水溶液。
在三电极的电解槽中，工作电极和对电极分别为1cm2的铂片，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极和对电极间的距离保持在5cm，蚀刻液的温度保持在30℃。相对于参比电极而言，施加0.5V的电位时，可测得电流为60.8mA，根据图1的线性关系，可知蚀刻液中含有二价铁离子的浓度为8.5g/L。以FeCl2 ·4H2O计，其浓度为30.2g/L，与配制的蚀刻液中添加的FeCl2 ·4H2O 30g/L的浓度相比，其误差仅为0.67%，三价铁离子和铜离子不干扰二价铁离子的测定，所以该检测方法是行之有效且可在线准确测量二价铁离子浓度的技术。
对于不同的蚀刻液体系、电极构成和所施加的电位，需针对具体特例来进行加入氧化剂时电流的设定。根据此实施例，可以设定Imax最大值为60mA，当对三电极体系施加0.5V的电位，电流达到60mA时，氧化剂的添加装置自动启动，可以设定Imin最小值为30mA，即随着氧化剂的不断添加，电流值会不断地减少，当电流值达到30mA时氧化剂的添加自动终止。
在本实施例中，Imax最大值可设定为30-60mA，高于60mA意味着蚀刻液中二价铁离子的浓度过高，影响蚀刻速度，反之，低于30mA的情况下，会影响到Imax最大值和Imin最小值的范围设定。
本发明中使用双氧水作为氧化剂，双氧水的浓度（所用浓度以质量百分比计）为10-15%，浓度过低，会带来向蚀刻液中加入的体积量过大，从而稀释了蚀刻液，反之双氧水的浓度过大的话，会导致蚀刻液中局部的双氧水浓度过大，局部的二价铁离子浓度过低，影响电流的检测。
比较例
对于实施例中蚀刻液的二价铁测定，可查考国家标准GB-6730.8-86铁矿石化学分析方法，重铬酸钾容量法测定亚铁的方法，依据该方法分析，得到的二价铁的浓度为8.3g/L。换算成FeCl2 ·4H2O的浓度为29.5g/L，与添加的FeCl2 ·4H2O 30g/L的浓度相比，其误差为1.67%。
上述两种方法，实施例中二价铁测定的误差为0.67%，比较例中二价铁测定的误差为1.67%，上述两种测定方法均满足二价铁测定的需要，但是从可以在线进行自动化控制的角度出发，无疑依据本发明的实施例是非常有力的。
Claims (2)
1.印制线路板蚀刻工艺的自动化控制方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）将蚀刻液置于三电极的电解槽中，使用高纯度铂片作为工作电极和对电极，参比电极为饱和甘汞电极；当对工作电极施加一恒定的电位进行电解时，电解电流与二价铁离子的浓度呈一定的比例关系；
（2）通过检测电流值的大小，判断蚀刻液中二价铁的浓度，当所检测到的电流值达到蚀刻液中所允许二价铁浓度的最大值时，通过自动控制装置向蚀刻液中自动添加氧化剂，将蚀刻液中的二价铁再转化为三价铁，以保证蚀刻液对铜箔的蚀刻速度不变；
其中步骤（1）中对工作电极所施加的电位范围为0.1-1.2V；
其中步骤（2）中的氧化剂为双氧水，双氧水的浓度以质量百分比计为10-15%；
其中电极的面积采用1cm2以上，在测量过程中要始终保持工作电极和对电极间的距离以及被检测的蚀刻液温度不变。
2.根据权利要求1所述的印制线路板蚀刻工艺的自动化控制方法，其特征在于其中步骤（2）中向蚀刻液中氧化剂的自动添加，通过二价铁离子的电解电流进行控制，即设定电流Imax最大值为向蚀刻液中添加氧化剂的点，电流Imin最小值为停止向蚀刻液中添加氧化剂的点， Imax最大值与Imin最小值的差值应不小于10mA。
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