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)避噴嘴藥水直射方向等。機(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，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。
5.其他蝕刻線分析參考
某公司最新生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：
補(bǔ)充情況為：二廠蝕刻線三種補(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)線路形成期波動(dòng)的問(wèn)題，減銅線為氧化劑，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，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)日常控制后，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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