專利名稱：堿性蝕刻ph值自動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種印制電路板堿性蝕刻控制系統(tǒng)及其控制方法，特別是涉及一種在堿性蝕刻中用于PH值控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
印制電路板，簡(jiǎn)稱PCB，作為電子信息產(chǎn)業(yè)的一個(gè)基礎(chǔ)部件，隨著近年來電子信息 產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展而發(fā)展。堿性蝕刻，作為PCB外層線路形成的基礎(chǔ)工序，原理及工藝參數(shù) 的控制已十分成熟，具體如下主要設(shè)備退膜機(jī)、蝕刻機(jī)、退鉛/錫機(jī)三部分組成一條聯(lián)動(dòng) 線。其工藝流程及原理如下上板機(jī)一退膜一堿性蝕刻一退鉛/錫一下板機(jī)。①退膜經(jīng)圖形電鍍后未被電鍍部分的基板上的銅是由干膜覆蓋著，該部分在最 終形成線路圖形時(shí)要被蝕刻去，所以在蝕刻前首先要把干膜退除以便露出銅面。退膜液為 稀堿，當(dāng)稀堿進(jìn)入干膜中把含酸基的樹脂中和反應(yīng)而被溶解出來，使干膜脫離銅面。②堿性蝕刻把覆銅板加工成印制電路板，需要將覆銅板上的部分銅皮腐蝕掉。因 為腐蝕液中含氨水呈堿性，故將此過程稱為堿性蝕刻，腐蝕銅的藥水稱蝕刻液。蝕刻液中的 二價(jià)銅離子是一種氧化劑，它與金屬銅反應(yīng)并溶解金屬銅。蝕刻液的主要成份是水、氯化銅、氨水、氯化銨，少量的氧化劑，緩蝕劑等。主要反應(yīng)機(jī)理絡(luò)合反應(yīng)CuC12+4NH3= = [Cu (NH3) 3] Cl2[Cu (NH3) 4] 2+Cl2是具有強(qiáng)氧化能力的絡(luò)合離子蝕刻反應(yīng)Cu°+[Cu (NH3)JCl2 == 2 [Cu (NH3) 2] Cl金屬銅原子Cu。經(jīng)過反應(yīng)后生成一銅離子，而[Cu (NH3)JCl已不具備氧化能力， 需要再生后才有氧化功能。再生反應(yīng)2 [Cu (NH3) 2] C1+2NH4C1+2NH3 · H20+l/202 = 2 [Cu (NH3) 4] C12+3H20上述反應(yīng)反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)金屬銅的溶解腐蝕，稱堿性蝕刻。③退鉛/錫把已蝕刻完的線路和孔壁上銅面的抗蝕層鉛/錫用退鉛/錫藥水溶 解達(dá)到銅面及孔內(nèi)光亮的銅層露出。在整個(gè)過程中，核心部分就是堿性蝕刻環(huán)節(jié)。因?yàn)殡S著印制電路密度的增加，堿性 蝕刻的難度也隨之增大。如何在把底銅腐蝕的同時(shí)減少對(duì)線路側(cè)面的腐蝕，是能否蝕刻出 精細(xì)線路的關(guān)鍵。通過研究表明除了蝕刻過程中噴淋的角度壓力等設(shè)備參數(shù)以外，溶液本 身的溫度、比重、氯離子濃度、PH大小，對(duì)蝕刻過程中線寬的影響也非常重要。也就是說，當(dāng) 客戶設(shè)計(jì)的PCB的外層線寬小到0. IMM左右時(shí)，如果要穩(wěn)定的加工出精確的客戶所需的線 路，就必須在整個(gè)生產(chǎn)過程中保證所有的工藝參數(shù)相當(dāng)穩(wěn)定。溶液的溫度、比重、氯離子的濃度，這幾項(xiàng)工藝參數(shù)都很好解決，而且控制辦法已 十分成熟。但作為PH值的控制，一直是堿性蝕刻的一個(gè)難題。許多線路板廠，不能加工精 細(xì)線路的難點(diǎn)就是因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確的控制堿性蝕刻的蝕刻速度，而造成速度失控的重要原因 就是PH值不能得到有效控制。
蝕刻溶液的PH值實(shí)際上就是溶液中氨水的濃度大小直觀表現(xiàn)。不同類型的產(chǎn)品在蝕刻過程中單位時(shí)間所需添加的補(bǔ)充溶液量上有很大范圍變化。所以，僅僅在添加液中 控制氨水濃度是不夠的，一定需要在生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)PH值，即蝕刻液中氨水濃度。傳統(tǒng)的 控制辦法就是首先，在配制蝕刻添加液時(shí)，加適當(dāng)過量的氨水。然后在生產(chǎn)過程中，通過設(shè) 備的排風(fēng)系統(tǒng)，揮發(fā)多余的氨水，以達(dá)到控制PH值的目的。具體的做法在設(shè)備上安裝一個(gè) PH值探頭，隨時(shí)顯示溶液的PH值。根據(jù)PH值大小，調(diào)節(jié)排風(fēng)量的大小當(dāng)PH值偏大時(shí)，力口 大排風(fēng)量，增加氨水的揮發(fā)速度；當(dāng)PH值偏小時(shí)，減小排風(fēng)量，降低氨水的揮發(fā)速度。一般 的設(shè)備是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)抽風(fēng)閥門來實(shí)現(xiàn)排風(fēng)量控制。也有少數(shù)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控 制風(fēng)門調(diào)節(jié)閥。傳統(tǒng)的PH調(diào)節(jié)辦法存在以下問題(I)PH值波動(dòng)范圍大，很難控制到最佳的PH值范圍在蝕刻過程中，最佳的PH值 為8. 4-8. 6之間，但通過排風(fēng)，氨水揮發(fā)很難控制到最佳范圍。(2)需要調(diào)節(jié)的時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)氨水揮發(fā)是一個(gè)逐步的過程，經(jīng)常需要幾個(gè)小 時(shí)的時(shí)間，所以對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度有較大影響。(3)消耗過量氨水，增加成本，浪費(fèi)資源；(4)操作要領(lǐng)較難掌控風(fēng)門開合大小全憑經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)線操作工人不好掌握，很容 易出現(xiàn)失控。針對(duì)以上問題，大部分工廠采取首件管理制度每次生產(chǎn)時(shí)，先生產(chǎn)一件首件進(jìn)行 確認(rèn)，合格后才能正式生產(chǎn)。并且在整個(gè)生產(chǎn)過程中必須隨時(shí)在蝕刻后進(jìn)行確認(rèn)，才能保證 品質(zhì)。但由于PH值的波動(dòng)，產(chǎn)品的一致性很難保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決在堿性蝕刻中PH值難以控制以及效率過低的問題，提 供一種堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法，利用本發(fā)明可以達(dá)到快速自動(dòng)精確控 制PH值，并且減少氨水排放，既環(huán)保又安全可靠，操作非常方便。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括 控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于向蝕刻段添加蝕刻液的蝕刻液添加槽以及用于檢 測(cè)顯示蝕刻段內(nèi)溶液比重并將結(jié)果傳輸?shù)阶詣?dòng)控制系統(tǒng)的比重控制器，還包括與蝕刻段連 接用于向蝕刻段添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽，以及與蝕刻段連接用于向蝕刻段添加氨 水溶液的氨水添加槽。還包括設(shè)置于蝕刻段上用于檢測(cè)顯示蝕刻段內(nèi)蝕刻液PH值的PH電極。上述系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟a、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏高，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，將氯化銨添加 槽中的氯化銨溶液添加到蝕刻段，此時(shí)蝕刻段中的蝕刻液氨水濃度下降，PH值自動(dòng)下降而 受控；b、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏低，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，將氨水添加槽 中的氨水加入蝕刻段，此時(shí)蝕刻段中的蝕刻液PH值隨氨水濃度增加而增加。所述步驟a中所添加的氯化氨溶液中不含氨水，氯離子含量與蝕刻段中的氯離子一致。
所述步驟a中在添加氯化氨溶液時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制減少蝕刻液添加槽向蝕 刻段中的加入量，以保證蝕刻段中的蝕刻液比重范圍受控。從本發(fā)明的上述技術(shù)特征可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是完全實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過程 的PH值自動(dòng)控制，并且在PH值的調(diào)整過程中，有效的保證了其它各項(xiàng)工藝參數(shù)的穩(wěn)定，徹 底解決了因PH的波動(dòng)導(dǎo)致的蝕刻速度的變化，而且可以根據(jù)生產(chǎn)需要任意調(diào)整設(shè)定；對(duì)生 產(chǎn)所需添加的蝕刻添加液進(jìn)行了科學(xué)的分解將影響PH值的氨水及生產(chǎn)所需的氯離子進(jìn) 行分離，作為調(diào)控液，即滿足生產(chǎn)需要，又實(shí)現(xiàn)了 PH值控制；PH值控制范圍準(zhǔn)確可以根據(jù) 設(shè)定值進(jìn)行精確控制，波動(dòng)范圍可控制在0.3以內(nèi)，完全可以滿足精細(xì)線路生產(chǎn)需要；調(diào)整 速度快一般情況下，只需幾分鐘即可將所需的PH值調(diào)節(jié)到位；減少氨水的消耗蝕刻添加 液在配置時(shí)無需過量，生產(chǎn)過程中排風(fēng)量可適當(dāng)減少，減少氨水的揮發(fā)比例，同時(shí)也減少了 揮發(fā)氨水對(duì)環(huán)境的污染；操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)工人只需按要求提前準(zhǔn)備好各種自動(dòng) 添加液，生產(chǎn)過程不需進(jìn)行任何手工對(duì)參數(shù)的調(diào)整，由于工藝參數(shù)恒定，生產(chǎn)的一致性非常 好。


本發(fā)明將通過附圖比較以及結(jié)合實(shí)施例的方式說明圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，其中附圖標(biāo)記1是自動(dòng)控制系統(tǒng)2是蝕刻段3是蝕刻液添加槽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電極
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明優(yōu)選實(shí)施例如圖1所示的堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)控制系 統(tǒng)1，用于向蝕刻段2添加蝕刻液的蝕刻液添加槽3以及用于檢測(cè)顯示蝕刻段2內(nèi)溶液比 重并將結(jié)果傳輸?shù)阶詣?dòng)控制系統(tǒng)1的比重控制器4，還包括與蝕刻段2連接用于向蝕刻段2 添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽5，以及與蝕刻段2連接用于向蝕刻段2添加氨水溶液的氨 水添加槽6。上述系統(tǒng)中，還包括設(shè)置于蝕刻段2上用于檢測(cè)顯示蝕刻段2內(nèi)蝕刻液PH值的PH 電極7。以上方案所描述的自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟a、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏高，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)1控制，將氯化銨添加 槽5中的氯化銨溶液添加到蝕刻段2，此時(shí)蝕刻段2中的蝕刻液氨水濃度下降，PH值自動(dòng)下 降而受控；b、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏低，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)1控制，將氨水添加槽 6中的氨水加入蝕刻段2，此時(shí)蝕刻段2中的蝕刻液PH值隨氨水濃度增加而增加。在上述方法中，所述步驟a中所添加的氯化氨溶液中不含氨水，氯離子含量與蝕 刻段2中的氯離子一致。在上述方法中，所述步驟a中在添加氯化氨溶液時(shí)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)1控制減少蝕刻液添加槽3向蝕刻段2中的加入量，以保證蝕刻段2中的蝕刻液比重范圍受控。本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只 是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
權(quán)利要求
堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)(1)，用于向蝕刻段(2)添加蝕刻液的蝕刻液添加槽(3)以及用于檢測(cè)顯示蝕刻段(2)內(nèi)溶液比重并將結(jié)果傳輸?shù)阶詣?dòng)控制系統(tǒng)(1)的比重控制器(4)，其特征在于還包括與蝕刻段(2)連接用于向蝕刻段(2)添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽(5)，以及與蝕刻段(2)連接用于向蝕刻段(2)添加氨水溶液的氨水添加槽(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)置于蝕刻 段⑵上用于檢測(cè)顯示蝕刻段⑵內(nèi)蝕刻液PH值的PH電極(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括下列步驟a、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏高，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)⑴控制，將氯化銨添加槽(5)中的氯化銨溶液添加到蝕刻段(2)，此時(shí)蝕刻段(2)中的蝕刻液氨水濃度下降，PH值自 動(dòng)下降而受控；b、當(dāng)生產(chǎn)中PH值偏低，超過設(shè)定范圍時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)(1)控制，將氨水添加槽(6)中的氨水加入蝕刻段(2)，此時(shí)蝕刻段⑵中的蝕刻液PH值隨氨水濃度增加而增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于所述步驟a中所添加的氯化氨溶液中 不含氨水，氯離子含量與蝕刻段(2)中的氯離子一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于所述步驟a中在添加氯化氨溶液時(shí)， 由自動(dòng)控制系統(tǒng)(1)控制減少蝕刻液添加槽(3)向蝕刻段(2)中的加入量，以保證蝕刻段 ⑵中的蝕刻液比重范圍受控。
全文摘要
本發(fā)明為堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，涉及一種印制電路板堿性蝕刻控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的目的是為了解決在堿性蝕刻中PH值難以控制以及效率過低的問題。采用的技術(shù)方案為堿性蝕刻PH值自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于向蝕刻段添加蝕刻液的蝕刻液添加槽以及用于檢測(cè)顯示蝕刻段內(nèi)溶液比重并將結(jié)果傳輸?shù)阶詣?dòng)控制系統(tǒng)的比重控制器，還包括與蝕刻段連接用于向蝕刻段添加氯化氨溶液的氯化氨添加槽，以及與蝕刻段連接用于向蝕刻段添加氨水溶液的氨水添加槽。本發(fā)明主要應(yīng)用于印制電路板生產(chǎn)過程中堿性蝕刻環(huán)節(jié)對(duì)PH值的調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G05D21/00GK101833341SQ20101017726
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者林茂忠, 金立冬 申請(qǐng)人:四川超聲印制板有限公司;廣州市巨龍印制板設(shè)備有限公司