專利名稱：印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明適用于制造線路板的工藝，具體來說，以三價鐵為原料的蝕刻液，對覆銅板進行蝕刻時，有必要對所產(chǎn)生的二價鐵進行管控，本發(fā)明可實時、在線地對蝕刻液中二價鐵進行準確定量，達到自動向蝕刻液中添加氧化劑，使二價鐵被氧化成三價鐵，使蝕刻液恢復原本的蝕刻能力。
背景技術(shù)：
以三價鐵為蝕刻液對銅箔進行腐蝕，在線路板生產(chǎn)過程中已經(jīng)被廣泛采用。其原理是通過三價鐵的氧化能力，將銅氧化為銅離子，溶解于蝕刻液中，同時三價鐵離子轉(zhuǎn)化為二價鐵離子。三價鐵轉(zhuǎn)化為二價鐵時，自然地影響到該蝕刻液蝕刻銅箔的速度，當蝕刻液中蓄積了一定濃度的二價鐵時，該蝕刻液將被廢棄。近年來，隨著對環(huán)境保護意識的不斷加強，同時為了不斷地降低生產(chǎn)成本，提高自動化程度，資源的循環(huán)利用的研究為人們所關注。對于三價鐵蝕刻液中所產(chǎn)生的二價鐵，通常通過添加氧化劑即可將二價鐵離子重新轉(zhuǎn)化為三價鐵離子。在現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝中，對二價鐵離子的檢測通常使用滴定法，原子吸收光譜法等， 這些方法很難在線測定，達到氧化劑自動添加，對蝕刻工藝進行無人化管理的目的。另外在生產(chǎn)現(xiàn)場還有一種方法是通過測定蝕刻液中氧化還原電位的方法，來推測蝕刻液中鐵離子的濃度，該氧化還原電位反映了蝕刻液中二價鐵離子濃度和三價鐵離子濃度的比值，由于此氧化還原電位還受蝕刻液中的酸度、溫度和共存其他離子的影響，所以很難得出二價鐵離子的濃度。本發(fā)明很好地解決了在生產(chǎn)過程中，對蝕刻液中二價鐵的在線、實時監(jiān)控，當二價鐵的濃度過高時，通過在線的檢測，可以控制氧化劑的加入，以便使二價鐵離子再轉(zhuǎn)換為三價鐵離子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，按照下述步驟進行
(1)將蝕刻液置于三電極的電解槽中，使用高純度鉬片作為工作電極和對極，參比電極為飽和甘汞電極；當對工作電極施加一恒定的電位進行電解時，電解電流與二價鐵離子的濃度呈一定的比例關系；
(2)通過檢測電流值的大小，可以判斷蝕刻液中二價鐵的濃度，當所檢測到的電流值達到蝕刻液中所允許二價鐵濃度的最大值時，通過自動控制裝置向蝕刻液中自動添加氧化劑，將蝕刻液中的二價鐵再轉(zhuǎn)化為三價鐵，以保證蝕刻液對銅箔的蝕刻速度不變。其中步驟(1)中對工作電極施加電位，當施加的電位過大時，將容易產(chǎn)生水的分解，導致副反應的發(fā)生，對二價鐵的定量造成影響，為了準確地檢測出二價鐵離子濃度，所施加的電位范圍為0. 1-1. 2V，最佳的范圍區(qū)間為0. 3-1. 0V。其中步驟(2)中如果使用雙氧水作為氧化劑，雙氧水的濃度(所用濃度以質(zhì)量百分比計)為10-15%，濃度過低，會帶來向蝕刻液中加入的體積量過大，從而稀釋了蝕刻液，反之雙氧水的濃度過大的話，會導致蝕刻液中局部的雙氧水濃度過大，局部的二價鐵離子濃度過低，影響電流的檢測。其中步驟(2)中向蝕刻液中自動添加氧化劑，可通過二價鐵離子的電解電流進行控制，即設定電流Imax最大值為向蝕刻液中添加氧化劑的點，電流Imin最小值為停止向蝕刻液中添加氧化劑的點，為了避免由于二價鐵離子被氧化為三價鐵離子時，在蝕刻液中擴散速度過慢所帶來的誤差，Imax最大值與Imin最小值的差值應不小于10mA。其中本發(fā)明中對于工作電極和對電極而言，只要是在電解過程中穩(wěn)定且不被腐蝕的材料即可，如金電極、鉬電極、碳電極、玻碳電極等，考慮到氫離子的過電位，本發(fā)明使用了高純度的鉬(純度為99. 999%)作為工作電極(陰極)和對極(陽極)，參比電極即可使用飽和甘汞電極也可使用銀/氯化銀電極(本發(fā)明所采用的參比電極為飽和甘汞電極)。其中對于工作電極和對電極的面積無特殊要求，但是電極的面積的不同，所檢測出的電流值也不同，電極面積過小，電流值也將變小，導致檢測困難，所以電極的面積最好采用Icm2以上。另外對于工作電極和對電極間的距離以及被檢測的蝕刻液溫度不同，所產(chǎn)生的電流值不同，為了保持穩(wěn)定的檢測結(jié)果，在測量過程中要始終保持工作電極和對電極間的距離以及被檢測的蝕刻液溫度不變。本發(fā)明可以實現(xiàn)，實時在線地對蝕刻液中二價鐵進行準確定量，達到自動向蝕刻液中添加氧化劑，使二價鐵被氧化成三價鐵，使蝕刻保持原有的蝕刻能力，保持平穩(wěn)蝕刻速度。本發(fā)明可以大大提高蝕刻工藝的自動化程度，提高資源的循環(huán)利率，降低生產(chǎn)成本。


其中圖1所示，當對工作電極所施加的電位為0. 5V時，二價鐵離子濃度與電流的關系，隨著二價鐵離子濃度的增大，檢測的電流值也增大，且呈線性關系。
具體實施例方式實施例1
為了測定蝕刻液中二價鐵的濃度，配制了含二價鐵離子的蝕刻液，其組成為， FeCl3'6H20 500g/L, CuCl2 3g/L，鹽酸(36%) 8g/L 和 FeCl2 ·4Η20 30g/L 的水溶液。在三電極的電解槽中，工作電極和對電極分別為Icm2的鉬片，參比電極為飽和甘汞電極，工作電極和對電極間的距離保持在5cm，蝕刻液的溫度保持在30°C。相對于參比電極而言，施加0. 5V的電位時，可測得電流為60. 8mA，根據(jù)圖1的線性關系，可知蝕刻液中含有二價鐵離子的濃度為8. 5g/L。以FeCl2 ·4Η20計，其濃度為30. 2g/L，與配制的蝕刻液中添加的FeCl2 ·4Η20 30g/L的濃度相比，其誤差僅為0. 67%，三價鐵離子和銅離子不干擾二價鐵離子的測定，所以該檢測方法是行之有效且可在線準確測量二價鐵離子濃度的技術(shù)。對于不同的蝕刻液體系、電極構(gòu)成和所施加的電位，需針對具體特例來進行加入氧化劑時電流的設定。根據(jù)此實施例，可以設定Imax最大值為60mA，當對三電極體系施加 0. 5V的電位，電流達到60mA時，氧化劑的添加裝置自動啟動，可以設定Imin最小值為30mA， 即隨著氧化劑的不斷添加，電流值會不斷地減少，當電流值達到30mA時氧化劑的添加自動終止。在本實施例中，Imax最大值可設定為30-60mA，高于60mA意味著蝕刻液中二價鐵離子的濃度過高，影響蝕刻速度，反之，低于30mA的情況下，會影響到Imax最大值和Imin最小值的范圍設定。本發(fā)明中使用雙氧水作為氧化劑，雙氧水的濃度(所用濃度以質(zhì)量百分比計)為 10-15%，濃度過低，會帶來向蝕刻液中加入的體積量過大，從而稀釋了蝕刻液，反之雙氧水的濃度過大的話，會導致蝕刻液中局部的雙氧水濃度過大，局部的二價鐵離子濃度過低，影響電流的檢測。比較例
對于實施例中蝕刻液的二價鐵測定，可查考國家標準GB-6730. 8-86鐵礦石化學分析方法，重鉻酸鉀容量法測定亞鐵的方法，依據(jù)該方法分析，得到的二價鐵的濃度為8. 3g/L。 換算成FeCl2 ·4Η20的濃度為29.5g/L，與添加的FeCl2 ·4Η20 30g/L的濃度相比，其誤差為 1. 67%。上述兩種方法，實施例中二價鐵測定的誤差為0. 67%，比較例中二價鐵測定的誤差為1. 67%，上述兩種測定方法均滿足二價鐵測定的需要，但是從可以在線進行自動化控制的角度出發(fā)，無疑依據(jù)本發(fā)明的實施例是非常有力的。
權(quán)利要求
1.印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，其特征在于按照下述步驟進行(1)將蝕刻液置于三電極的電解槽中，使用高純度鉬片作為工作電極和對極，參比電極為飽和甘汞電極；當對工作電極施加一恒定的電位進行電解時，電解電流與二價鐵離子的濃度呈一定的比例關系；(2)通過檢測電流值的大小，判斷蝕刻液中二價鐵的濃度，當所檢測到的電流值達到蝕刻液中所允許二價鐵濃度的最大值時，通過自動控制裝置向蝕刻液中自動添加氧化劑，將蝕刻液中的二價鐵再轉(zhuǎn)化為三價鐵，以保證蝕刻液對銅箔的蝕刻速度不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，其特征在于其中步驟(1)中對工作電極所施加的電位范圍為0. 1-1. 2V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，其特征在于其中步驟(2)中的氧化劑為雙氧水，雙氧水的濃度以質(zhì)量百分比計為10-15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，其特征在于其中步驟(2 )中向蝕刻液中氧化劑的自動添加，通過二價鐵離子的電解電流進行控制，即設定電流 Imax最大值為向蝕刻液中添加氧化劑的點，電流Imin最小值為停止向蝕刻液中添加氧化劑的點，Imax最大值與Imin最小值的差值應不小于10mA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法，其特征在于其中電極的面積采用Icm2以上，在測量過程中要始終保持工作電極和對電極間的距離以及被檢測的蝕刻液溫度不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造線路板的工藝，尤其涉及印制線路板蝕刻工藝的自動化控制方法。按照下述步驟進行(1)將蝕刻液置于三電極的電解槽中，使用高純度鉑片作為工作電極和對極，參比電極為飽和甘汞電極；當對工作電極施加一恒定的電位進行電解時，電解電流與二價鐵離子的濃度呈一定的比例關系；(2)通過檢測電流值的大小，可以判斷蝕刻液中二價鐵的濃度，當所檢測到的電流值達到蝕刻液中所允許二價鐵濃度的最大值時，通過自動控制裝置向蝕刻液中自動添加氧化劑，將蝕刻液中的二價鐵再轉(zhuǎn)化為三價鐵，以保證蝕刻液對銅箔的蝕刻速度不變。
文檔編號H05K3/06GK102164456SQ201110089190
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者王文昌, 陳智棟 申請人:常州大學