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探析酸性蝕刻線(xiàn)的補(bǔ)充及溢流系統(tǒng)改造方法

  PCB 的圖形蝕刻大致分為堿性蝕刻及酸性蝕刻兩種,由于外層傳統(tǒng)的堿性蝕刻需要電鍍鉛錫、流程比較復(fù)雜等原因,酸性蝕刻逐漸取代堿性蝕刻。
  對(duì)比國(guó)外環(huán)保要求較高,酸性蝕刻多采用雙氧水體系,而國(guó)內(nèi)的酸性蝕刻傾向于安全性比較高的氯酸鈉,鹽酸體系。
  但采用以上體系,在比例等控制不好時(shí),偶爾會(huì)產(chǎn)生氯氣等物質(zhì),容易造成環(huán)保污染及藥水浪費(fèi)等,因此通過(guò)對(duì)舊有設(shè)備進(jìn)行新改造,有助于鞏固清潔生產(chǎn)的一些成果,推進(jìn)節(jié)能,降耗,減排,增效的思想。
  二.現(xiàn)有酸性蝕刻機(jī)及管道系統(tǒng)分析
  1.蝕刻的化學(xué)反應(yīng)原理


  直接蝕刻銅的為氯化銅,過(guò)程生成的氯化亞銅被氯酸鈉氧化為氯化銅,恢復(fù)其氧化性能。過(guò)程中氯酸鈉與HCL 會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生產(chǎn)氯氣。特別是氯酸鈉濃度偏高時(shí),更加明顯。
  2.現(xiàn)有酸性蝕刻機(jī)簡(jiǎn)介
  現(xiàn)有的酸性蝕刻由于年限比較久遠(yuǎn),最新的改造也有好幾年,當(dāng)時(shí)對(duì)于環(huán)保節(jié)能等的概念引入并無(wú)現(xiàn)有強(qiáng)烈,對(duì)此我們比較深入的剖開(kāi)酸性蝕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)。

 


  從結(jié)構(gòu)看,現(xiàn)有的蝕刻機(jī)與近年最新推出的蝕刻機(jī)器比較,從蝕刻單元來(lái)看,多數(shù)新的蝕刻機(jī)都有預(yù)蝕,主蝕,補(bǔ)蝕等功能單元,主蝕壓力獨(dú)立控制等。傳送滾輪規(guī)避?chē)娮焖幩鄙浞较虻取C(jī)器管道密封性能良好,控制系統(tǒng)比較先進(jìn),例如裝備著名的藥水系統(tǒng)控制商AQUA 公司的控制器,能夠通過(guò)預(yù)投藥及先進(jìn)的PID 比例-積分-微分控制器,比較穩(wěn)定的控制藥水的濃度, 比重等各個(gè)因素,預(yù)投料功能即可與GENESIS 系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)也可用類(lèi)似與制作電流指示一樣輸入殘銅率,有效減少多投等問(wèn)題,同時(shí)提高藥水利用率及穩(wěn)定性。當(dāng)然設(shè)備異常昂貴,單控制器就要8-9 萬(wàn)USD, 設(shè)備投資成本太高。我們著力于通過(guò)自身的改造以達(dá)到我們節(jié)能減排清潔生產(chǎn)的目的。從補(bǔ)償系統(tǒng),管道系統(tǒng),溢流系統(tǒng)等做比較深入分析。
  3.缸體結(jié)構(gòu)剖析
  解讀酸性蝕刻缸是一件比較復(fù)雜的事情,其中東西比較多,有點(diǎn)辯證唯物主義的意味,主要是因?yàn)檫@三個(gè)缸的關(guān)系即有保持聯(lián)通又不能流量過(guò)大,核心在于保持一個(gè)濃度差及變化量,酸性蝕刻機(jī)蝕刻線(xiàn)分為三個(gè)缸,三個(gè)缸在底部有三個(gè)連通口,藥水可以在液位不平衡時(shí)自由流動(dòng),如下圖灰色部分F3-2, F2-1。


  4.大致的具體結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過(guò)程如下:
  板件依次進(jìn)入第一,二,三缸后進(jìn)入補(bǔ)蝕段, 生產(chǎn)過(guò)程在第一個(gè)缸到第二個(gè)缸之間大量反應(yīng),后經(jīng)過(guò)過(guò)濾循環(huán)后回到第二,三個(gè)缸,三個(gè)缸的流動(dòng)按照目前的三級(jí)水洗的原理進(jìn)行逐級(jí)溢流到第一個(gè)缸。藥水在這一過(guò)程不斷添加,在充分混合一二個(gè)缸充分混合補(bǔ)充該區(qū)域大量消耗。
  過(guò)濾泵開(kāi)啟后從第1 個(gè)缸抽取藥液,之后回流到第2,3 缸,使第3 缸通過(guò)下部的連接口流到第1 缸中去,目前僅開(kāi)回流到第三缸的閥門(mén),即
  第一個(gè)缸的液位平衡,主要是從二缸過(guò)來(lái)的F2-1 和氧化劑補(bǔ)充B1。
  連通口1的流量F2-1 + B1= 過(guò)濾F 進(jìn)-----------------------------(1)
  第二個(gè)缸的液位平衡,主要是從三缸過(guò)來(lái)的F3-2 ,鹽酸補(bǔ)充,過(guò)濾出口,減去溢流:
  連通口2 的流量F3-2 + 鹽酸補(bǔ)充H+ 過(guò)濾出口F出1- 溢流L= F2-1-----------------(2)
  第三個(gè)缸的液位平衡,
  1) 過(guò)濾出口F出2+ 氧化劑補(bǔ)充B2 = F3-2--------------------------------------(3)
  溢流L的量等于補(bǔ)充的量:
  溢流L=氧化劑補(bǔ)充B2 + 氧化劑補(bǔ)充B1+鹽酸補(bǔ)充H--------------------------------(4)
  要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償蝕刻的回流不進(jìn)入第一二個(gè)缸體,從而使F2-1=F 進(jìn)流動(dòng)不減弱,回流正常,需要關(guān)閉一二缸的閥門(mén)。


  5.其他蝕刻線(xiàn)分析參考
  某公司最新生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為:
  補(bǔ)充情況為:二廠蝕刻線(xiàn)三種補(bǔ)充液加上蝕刻液一起混合入真空混合器,在泵出來(lái)進(jìn)入第一二個(gè)缸的前部。這樣也是避開(kāi)線(xiàn)路形成期波動(dòng)的問(wèn)題,減銅線(xiàn)為氧化劑,HCL 獨(dú)立添加在主蝕刻缸前部。循環(huán)系統(tǒng)為:第一個(gè)缸流向第二個(gè)缸再經(jīng)過(guò)混合及過(guò)濾。后進(jìn)入第一個(gè)缸。溢流系統(tǒng)在:兩者都是主蝕刻缸溢流在前部。


  三. 結(jié)構(gòu)分析對(duì)應(yīng)的可嘗試改造的方向:
  1.目前的過(guò)濾系統(tǒng)是從第一缸抽出后過(guò)濾雜物后進(jìn)入第二三個(gè)缸,主要在于第一個(gè)缸反應(yīng)最激烈,雜物最多(可參考下圖四),所以進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾后進(jìn)入后面的第二,三個(gè)缸, 使后面的藥水,逐漸往前流,這樣后面的缸,始終是第三缸比第二缸清潔,第二缸又比第一缸清潔,這樣就能有效地減少銅點(diǎn),短路等等問(wèn)題。
  嘗試改造:強(qiáng)化液位作用,保證類(lèi)似三級(jí)水洗作用,目前過(guò)濾后進(jìn)入第二三個(gè)缸,后續(xù)可以結(jié)合補(bǔ)充系統(tǒng)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)全部進(jìn)入第三個(gè)缸中。這樣可以有效提高第三個(gè)缸的流動(dòng)F3-2。
  2.目前的溢流系統(tǒng)在第二缸,這樣的主要是離鹽酸補(bǔ)充H很近,同時(shí)部分F出1新過(guò)濾的藥水進(jìn)入二缸的部分被排掉也很浪費(fèi)。
  若改在第三個(gè)缸過(guò)濾后的藥水整體比較干凈,溢流掉會(huì)比較可惜,也起不到廢液排掉減少雜質(zhì)的作用。


  從上圖看,第一個(gè)缸積累的雜物最多,主要膠狀物質(zhì),該物質(zhì)對(duì)質(zhì)量影響很大,超過(guò)一定的量時(shí),對(duì)于銅點(diǎn),短路不良上升直接相關(guān)。
  表一,各缸銅離子濃度的情況:
  第一缸 第二缸 第三缸
  Cu2+(g/l)  141  140  135
  銅離子濃度對(duì)比其他兩個(gè)缸累積多,對(duì)于比重穩(wěn)定性有直接關(guān)系, 對(duì)于藥缸我們需要保持蝕刻掉的銅與溢出的銅平衡,才能做穩(wěn)定控制線(xiàn)寬等。
  嘗試改造:根據(jù)溢流的原理和實(shí)際的反應(yīng)原理,第一個(gè)缸的藥水,反應(yīng)有效物質(zhì)最少,生產(chǎn)物多,雜物等在蝕刻第一個(gè)缸溢出最好,比重穩(wěn)定性也好,溢出位置位于最前端。

表三,各補(bǔ)充管道設(shè)計(jì)位置
  HCl 鹽酸 氧化劑
  計(jì)劃位置 F3-2 連通附近 F出2/或第一缸噴淋后回流
  附近


  3.目前的藥水補(bǔ)充系統(tǒng)是鹽酸補(bǔ)充進(jìn)入第二個(gè)缸中,氧化劑進(jìn)入第一,三個(gè)缸中,有意分開(kāi)補(bǔ)充的原因在于兩種藥水會(huì)反應(yīng),耗損掉生成氯氣等。藥水補(bǔ)充體系添加落在三個(gè)缸中,鹽酸落在第二個(gè)缸,一個(gè)氧化劑落在第一個(gè)缸,這樣的補(bǔ)充符合:
  第一缸反應(yīng)負(fù)載〉第二缸反應(yīng)負(fù)載〉第三缸反應(yīng)負(fù)載
  同時(shí)第三缸主要是形成線(xiàn)路期,所以不太適合于加入大量的新鮮的HCL補(bǔ)充藥液,這樣補(bǔ)充前后造成的線(xiàn)路波動(dòng)可能很大。
  嘗試改造:補(bǔ)充管道位置進(jìn)行細(xì)化。保證管口距離50cm 以上的原則,根據(jù)以下比重:
  表二,各補(bǔ)充物質(zhì)比重
  HCl 補(bǔ)充劑 氧化劑補(bǔ)充劑 蝕刻液
  比重(g/ml)  1.10-1.15  1.15-1.21 / 26  1.285
  制定補(bǔ)充的深淺位置,以提高有效循環(huán)。鹽酸,深埋入水面。氧化劑半埋在水下。考慮到可能造成的虹吸現(xiàn)象,埋入水面管道都采用單向閥。
  另根據(jù)出口閥門(mén),將補(bǔ)充管道安置:
  如過(guò)濾出口邊緣,連通口附近。這些位置由本身動(dòng)力促使其循環(huán)。
  最終補(bǔ)充計(jì)劃在:


    圖十,改造后的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
  四. 改造后的效果大致情況:
  1)藥水降低耗用:埋入缸底,減少HCl 的揮發(fā)。
  從8 月開(kāi)始改進(jìn)后看,各月的耗用曲線(xiàn)向下,整體耗用減少,改造前后的平均值由1.97 Kg/m3 減少到1.85 Kg/m3。即每平米線(xiàn)路板減少0.12Kg 鹽酸。
  2)提升控制穩(wěn)定性。對(duì)應(yīng)控制穩(wěn)定性方面主要是線(xiàn)寬的波動(dòng)的影響等指標(biāo),目前大致的情況如下:
  每月阻抗不良的批次都比較穩(wěn)定控制。
  3)提升質(zhì)量:提高缸的潔凈程度,減少銅點(diǎn)等。
  從改善以來(lái)的銅點(diǎn)短路情況看,同時(shí)加強(qiáng)日??刂坪?,整體銅點(diǎn)短路情況比較良好,有逐月下降的趨勢(shì)。
  4)環(huán)保效果
  經(jīng)過(guò)改造后減少了異常出現(xiàn)的氯氣產(chǎn)生的嚴(yán)重程度,結(jié)合其他相關(guān)控制措施,目前氯氣得到比較有效控制,整體氣味發(fā)生率相比以前有比較明顯減少。


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