CN214572340U - 一种印制线路板电力蚀刻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种印制线路板电力蚀刻装置，包括基座、阳极件、阴极座、用于过滤离子的隔离罩、阴极件与气液分离座，阳极件与基座连接，隔离罩套设在阳极件外且与基座密封连接，隔离罩与阳极件之间的空间形成阳室，阴极座与基座连接，阴极件套设在隔离罩外且与阴极座连接，气液分离座设在阴极件上方，阴极件、气液分离座与隔离罩之间的空间形成阴室，基座的底部开设有第一出液口，气液分离座的侧壁开设有第二出液口，基座开设有与阳室连通的第一进液口以及与阴室相连通的第二进液口。

Description

一种印制线路板电力蚀刻装置

技术领域

本实用新型涉及线路板蚀刻液处理装置领域，尤指一种印制线路板电力蚀刻装置。

背景技术

印制线路板(后文称PCB)作为电器的最基本的部件，用于固定联接电子元件，形成回路，组织电路的布局结构，对电子设备起不可或缺的作用。我国一直是PCB生产大国，全球PCB产量的80％都在我国产生。预计我国2022年其产值为354.7亿美元。在PCB制程中DES蚀刻工艺中，需要大量的Cu²⁺，H⁺,Cl，覆铜板上的铜，以络合物的形式溶解在富氯的酸性溶液中。过程中，蚀刻液中亚铜络合物积累而失效外排，有大量的失效蚀刻液成为危废。最初多以酸碱中和后以铁置换铜方式回收铜。其回用效率低，而残液的进入废水站，大量的有用成分被浪费掉，并造成巨大的环保压力。当下业内主要采用的是以下工艺：

一，申请号CN 111394749 A的申请的发明专利是其中的一种处理方式。利用离子选择性透过膜的特性，把电解单元分成两个独立的腔室，在电场力的作用下，带电的粒子定向移动。离子能力，Cu⁺>Cl^-,在不断地补充Cu⁺时，偏阳极不断地生产Cu²⁺。得电子能力Cu²⁺>H⁺，偏阴极不断地析出Cu。从而达到循环在线利用，回收多余可利用的资源的效果。电解过程中副反应产生尾气侧的尾气通往废弃塔吸收处理。整个系统由电解单元+保温单元+废气处理单元组成。此系统可达到较高的回收利用率，在循环处理参数良好(ORP值小于500mv)的蚀刻液时，回用率可达80％，但由于电流效率低，所需电极较多，单个设备结构复杂，组成的系统臃肿。在与蚀刻线联动时，特别在小批量，多批次，蚀刻线有生产中断时，其大体积的药水，需要保温，加热，能耗较大，系统维护成本高。

二，申请号CN 108893742 A.此发明专利是利用的隔膜电解，收集氯气作为氧化剂，输送至指定的反应器中，不断地溶解在蚀刻液中达到恢复蚀刻液活性的效果。原理如下：

隔膜电解：

CuCl₂＝电解＝Cu+Cl₂

氯气吸收回用：

Cl₂+H₂O＝HCl+HClO

HClO+2CuCl+HCl＝2CuCl₂+H₂O

因酸性蚀刻液中含大量的HCl，发生歧化抑制，抑止氯气的吸收，而蚀刻液酸度2-3mol/L,氯气的溶解度为0.025-0.03mol/L,而氯气在反应容器内住留的时间过短，溶解速率未达到完全吸收。现场末端需要铁，片碱再吸收溢出的氯气。该工艺由电解单元+氯气吸收再生单元+铁吸收+碱吸收构成，其系统庞大，能耗高，氯的回收率为25％～30％，产生大量的残液(含铜3-5g/l)排至废水站处理，回收效果不理想，环保成本高。

上述两份申请，设计的出发点都是以“做系统”为出发点，其造价和运营成本高昂，难以做到无人托管。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种印制线路板电力蚀刻装置，具有危废再利用，资源再生功能，基本不需额外添加化工药品，持续为蚀刻生产提供稳定能源，解决业内工艺环保压力大，资源损耗大，运营成本高，难以无人托管等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案是：一种印制线路板电力蚀刻装置，包括基座、阳极件、阴极座、用于过滤离子的隔离罩、阴极件与气液分离座，所述阳极件与基座连接，所述隔离罩套设在阳极件外且与基座密封连接，所述隔离罩与阳极件之间的空间形成阳室，所述阴极座与基座连接，所述阴极件套设在隔离罩外且与阴极座连接，所述气液分离座设在阴极件上方，所述阴极件、气液分离座与隔离罩之间的空间形成阴室，所述基座的底部开设有第一出液口，所述气液分离座的侧壁开设有第二出液口，所述基座开设有与阳室连通的第一进液口以及与阴室相连通的第二进液口。

优选地，所述隔离罩包括离子交换膜与支架，所述支架为镂空结构，其表面分布有若干个窗口，所述离子交换膜包覆在支架外。

优选地，还包括空气压缩机，所述空气压缩机分别与气液分离座以及基座的气口连通，所述空气压缩机与气液分离座的连接管上还连接有呼吸口，利用阴室内的溶液密封呼吸口，防止阴室溶液氧化与生产副反应的气体外排泄压，消除风机启动时内部产生负压。另外气液分离座的液体出口置于液位下方，密封阴室避免药水氧化。

优选地，所述离子交换膜为阴离子交换膜。

优选地，所述气液分离座的上方连接有上盖，防止氧化，方便打开提取表面电沉积的电解铜。

优选地，所述阳极件为环形曲面结构。

优选地，所述阴极件为分割式环形曲面结构。

优选地，所述隔离罩与基座以螺纹连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、能耗小，本实用新型没有废水和废气产生，不需要额外添加废气吸收设备，不增加废水处理成本；

2、制造成本低；

3、装夹维护方便；

4、工艺简单，无二次污染，与行业内同类或相似的设备不同，本实用新型的设计定位是电气化工设备，而非危废处理的环保系统，无需废水处理系统和废气吸收系统配套；

5、体积小；本装置结构紧凑，内部腔体容积极小，在间歇性的生产任务时，无需保持装置内的液体温度而消耗电能，无需其他化学药品；6、高能效，可在高电流密度下工作(相当主流工艺的电流强度的200％)，并保持高还原率和氧化率，现有装置的氧化率为30％-50％，而本实用新型可达到95％。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的正视图。

图3是本实用新型的爆炸结构图。

图4是本实用新型的剖视图。

图5是阴极件的结构示意图。

附图标记说明：1.基座；11.第一进液口；12.第二进液口；2.阳极件；21.第一出液口；3.隔离罩；31.支架；311.窗口；32.离子交换膜；4.阴极座；5.阴极件；6.气液分离座；61.第二出液口；7.上盖；8.阳室；9.阴室；10.密封圈；20.空气压缩机；30.呼吸口。

具体实施方式

请参阅图1-5所示，本实施例1关于一种印制线路板电力蚀刻装置，与制备印制线路板的蚀刻线配合作业，包括基座1、阳极件2、阴极座4、隔离罩3、阴极件5与气液分离座6，所述阳极件2与基座1通过密封圈10密封连接，所述隔离罩3包括离子交换膜32与支架31，所述支架31的底端设有内螺纹，所述基座1的顶端设有外螺纹，所述支架31与基座1螺纹连接，所述支架31为镂空结构，其表面分布有若干个窗口311，所述离子交换膜32包覆在支架31外，所述窗口311与离子交换膜32形成电场穿透区，所述隔离罩3与阳极件2之间的空间形成阳室8，所述阴极座4通过密封圈10密封连接在基座1的上方，所述阴极件5套设在隔离罩3外且与阴极座4密封连接，所述气液分离座6设在阴极件5上方，所述气液分离座6上方连接有上盖7，所述阴极件5、气液分离座6与隔离罩3之间的空间形成阴室9，所述阳极件2与阴极件5分别连通电源的正极与负极，所述阳极件2为环形曲面结构，内部中空，其顶端设有开口，底端与内表面相切处设有第一出液口21，所述气液分离座6的侧壁开设有第二出液口61，该第二出液口61为蚀刻液满溢口，多出的蚀刻液药水由此处流出，所述基座1开设有与阳室8相通的第一进液口11以及与阴室9相连通的第二进液口12，由第一进液口11流入的蚀刻液，沿着阳极件2外表面向上旋转流动，阴室蚀刻液中的Cl^-离子透过电场穿透区进入阳室8，而过滤后的高能蚀刻液则从阳极件2的顶端开口进入阳极件2内部，并从第一出液口21流出；由第二进液口12流入的低能效蚀刻液，进入阴室9内，多出的低能效蚀刻液会从第二出液口61流出，其出口置于液位之下，密封防止空气进入氧化内部药液。

优选地，还包括空气压缩机20，所述空气压缩机20分别与气液分离座6以及基座1的气口连通形成闭环，利用闭环空气搅拌方式，在闭环上设有呼吸口30，该呼吸口30利用阴室9的溶液密封，防止阴室溶液氧化与生产副反应的气体外排泄压，消除风机启动时内部产生负压，保持腔体内的气压，并阻绝空气氧溶液；在闭环空气搅拌的方式下，阴极金属沉积电流效率高，电流强度可提升300％，所述气液分离座6上的气口高于第二出液口61。

优选地，所述离子交换膜32为阴离子交换膜32。

优选地，所述阳极件2为环形曲面结构，所述阴极件5为分割式环形曲面结构，与传统的板式电极相比，可最大限度地利用空间，提高效能。板式电极的电解槽构造都存在电解过程中产生的废气体不易收集，需要抽风系统，电解的电流强度弱，致使设备的电极增多，且板式阳极很难消除浓差极化，导致有氯气产生，有用的物质损失，故业内的离子交换膜在板式电极电解的氯化率偏低。

环形电极表面的镀层，在表面的结合力与镀层张力的作用下，分离电解铜十分困难，需要专门的夹具，极其困难；本实用新型的阴极件5，采用的是分割式环形曲面结构，是绝缘的方式，将电极件分割成若干个弧形面，从而消除电极表面对环状镀层的张力，降低劳动强度，更容易实现生产自动化。

离子交换膜32分离旋流电解，在蚀刻液中亚铜的约占总铜的5％，经实验验证，板状的离子膜分离电解蚀刻液时，ORP值小于480mv，循环量在10trun/h,无氯析。本实用新型的阳极件2采用环形曲面结构，可提升循环量，缩小浓差极化，提升氯析的ORP极限值，更好地提升蚀刻液效能。

本实用新型的原理为：选用阴性的阴离子交换膜32，选择性透过Cl-，阳极件2与阴极件5分别接通电源的正极和负极，经过电场穿透区形成电场，接近失效的低能蚀刻液，分别流入阳室8和阴室9；

由第一进液口11流入的液体沿阳极件2表面向上旋转流动，由铜在溶液中和氯以络合物形式存在，失电子能力：Cu+>Cl-；在通过电场中，若Cu+充足，侧不会产生氯气,若不足，侧产生氯气；通过协调流速和电场强度，最大限度地减少浓差极化，基本上杜绝Cl2产生、外溢。从而避免其药水的有用成分的损失，并提高得一价铜的氧化速率和阳极的电流效率(可称为氧化率)，高能效蚀刻液从第一出液口21流出，回流到蚀刻线继续使用。

阴室9内有经过稀释、调配，并加入添加剂的低能效蚀刻液，该低能效蚀刻液由第二进液口12流入，在电场力作用和闭环空气搅拌的条件下，金属离子向阴极件5表面移动、沉积，成为电解铜；随着电沉积的进行，不断地添加低能效蚀刻液，多出的液体不断地通过第二出液口61流出，保持蚀刻线的药水的浓度；镀层到了一定厚度后，通过改变电解参数，增强镀层的张力，从而镀层可自动或者轻易脱落。通过传感器信号传到电控中心，停止工作，并传到人机等通讯设备上；人工取出电解铜后可再次运行。

本实用新型在没有氯析的前提下，无损分离金属成分，与市面上的工艺有根本的区别，能够提升蚀刻液效能，回流至蚀刻线上使用，蚀刻线不断地腐蚀PCB，生产的低能效蚀刻液输送至本实用新型，如此循环往复，持续推动蚀刻线生产，最终以电力为能源，完成资源回用，清洁生产的工业生产使命。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：包括基座、阳极件、阴极座、用于过滤离子的隔离罩、阴极件与气液分离座，所述阳极件与基座连接，所述隔离罩套设在阳极件外且与基座密封连接，所述隔离罩与阳极件之间的空间形成阳室，所述阴极座与基座连接，所述阴极件套设在隔离罩外且与阴极座连接，所述气液分离座设在阴极件上方，所述阴极件、气液分离座与隔离罩之间的空间形成阴室，所述基座的底部开设有第一出液口，所述气液分离座的侧壁开设有第二出液口，所述基座开设有与阳室连通的第一进液口以及与阴室相连通的第二进液口。

2.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述隔离罩包括离子交换膜与支架，所述支架为镂空结构，其表面分布有若干个窗口，所述离子交换膜包覆在支架外。

3.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：还包括空气压缩机，所述空气压缩机分别与气液分离座以及基座的气口连通，所述空气压缩机与气液分离座的连接管上还连接有呼吸口。

4.根据权利要求2所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述离子交换膜为阴离子交换膜。

5.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述气液分离座的上方连接有上盖。

6.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述阳极件为环形曲面结构。

7.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述阴极件为分割式环形曲面结构。

8.根据权利要求1所述的印制线路板电力蚀刻装置，其特征在于：所述隔离罩与基座以螺纹连接。

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