CC BY
148Компоненты и технологии, № 2'2002
Техі
гии
Процесс травления печатных плат
и регенерация травящего раствора фирмы ЕЮ-ОИЕМ
Процесс травления печатных плат обычно неотделим от некоторых проблем, связанных с образованием большого количества отходов, возникновением в процессе травления опасных и сложных с точки зрения утилизации соединений. Немецкая компания ЕЮ-СИЕМ предложила технологию травления без подобных недостатков — травящий раствор регенерируется практически бесконечно (один раствор может работать в травильной машине до трех лет).
Семен Блутштейн
blut@mi.ru
Процесс регенерации травящего раствора компании ЕШ-СНЕМ, реализованный на установке Е2-3000, содержит два цикла, протекающих физически раздельно друг от друга:
1. В первом цикле происходит постоянное восстановление травильного раствора (регенерация 1).
2. Во втором цикле происходит электролитическое восстановление меди из отработанного травильного раствора (регенерация 2).
1. Регенерация травильного раствора
Во время травления происходит химический процесс восстановления двухвалентного тетрааминово-го комплекса меди до одновалентного. Металлическая медь окисляется и растворяется в щелочном растворе. Одновалентные ионы меди благодаря подаче кислорода проходят процесс повторного окисления до двухвалентных ионов меди, что позволяет использовать относительно небольшое количество травильного раствора в замкнутом цикле.
Необходимый для процесса окисления кислород поступает в травильную установку с воздухом при помощи двух инжекторных насосов. Оборудование устроено таким образом, что воздух сначала пропускается через электролизер, в котором он увлекает за собой образовавшиеся во время электролиза газы — кислород и аммиак.
Применяемый компанией ЕЬО-СНЕМ специальный травильный раствор СТЗ-ИесусН^-ЕісЬ принципиально соответствует известным травильным веществам на основе аммиака. Однако используемый обычно хлорид меди заменен здесь на сульфат меди. Хотя это и влечет за собой уменьшение скорости травления, но дает возможность осуществления прямого электролиза травильного вещества, во время которого не выделяется газообразный хлор. Потеря скорости почти полностью компенсируется благодаря присадке ЕЬО-Еа81 40.
2. Регенерация травильного вещества — электролиз меди
В модуле регенерации установки Е2-3000 часть травильного раствора, содержащего одновалентные ионы меди, направляется к модулю электролиза. Там медь осаждается на катоде и снижает уровень содержания меди в растворе. Осаженную с помощью электролиза медь можно легко извлечь с элек-
тродов в виде листа металлической меди после автоматического выключения модуля регенерации. Образовавшиеся на аноде газы (кислород и аммиак) удаляются из электролизера и подаются обратно в травильный раствор для поддержания процесса обратного окисления меди.
Оба цикла отделены друг от друга в пространственном отношении и протекают независимо друг от друга. Однако, процессы травления и регенерации меди логически связаны между собой.
3. Координация циклов посредством измерения плотности
Совместное протекание регенерации I и II координируется двумя измерителями плотности. Устройство измерения плотности регенерации I контролирует плотность травильного раствора на данный момент времени. Как только заданное значение плотности в травильной машине повышается, автоматически включается регенерация II (электролиз).
Второе устройство измерения плотности контролирует уровень концентрации меди в травильном растворе в электролизере. Уровень концентрации меди во время электролиза снижается. Если значение плотности в электролизере стало ниже заданного, то открывается магнитный клапан, который пропускает травильный раствор из травильной машины в электролизер. Вследствие этого уровень концентрации меди в электролизере снова становится выше заданного значения. Травильный раствор, который был подан, немного повышает уровень жидкости в электролизере, отчего восстановленный травильный раствор переливается из электролизера в травильную машину. Перелитый обратно травильный раствор снижает уровень содержания меди в травильной машине.
Совместное протекание процессов измерения плотности, повышение уровня концентрации меди в электролизере и разбавление травильного вещества в травильной машине происходит до тех пор, пока идет процесс регенерации всей меди из отработанного раствора травления. Если констатируется, что установленное значение плотности в травильной машине стало ниже заданного, электролиз автоматически выключается.
Итак, электролиз происходит только тогда, когда это необходимо для ликвидации повышенного уровня концентрации меди в травильной машине.
Компоненты и технологии, № 2'2002
Технологии
Таблица
ELO-CHEM Recvclina-Anlaaenbau GmbH
Процесс травления печатных плат и регенерации фирмы ЕЮ-СНЕМ представлен на следующей схеме:
| —► 80 гр Си насыщенный травильный раствор, регенерация I цикл травильной машины Регенерация I —► Кислород воздуха, вторичное окисление травильного вещества в цикле регенерации I I —► ЫК3газ, стабилизация pH в цикле регенерации I
—► 50 гр Си насыщенный травильный раствор в электролизёре для стабилизации Си
Рисунок
Установка регенерации меди EZ-3000 фирмы ELO-CHEM состоит из следующих частей:
1. Модуль регенерации травильного раствора: циркуляционный насос, 2 инжекторных насоса, устройство измерения плотности, устройство контроля значения уровня рН и фильтрация — байпас.
2. Модуль регенерации меди: электролизер с циркуляционным насосом, система подачи охлаждающей воды с регулированием температуры, система контроля уровня, система измерения тока электролизера, предохранительный термостат для травильного раствора и контактные выводы для электродов, предохранительный выключатель на крышке электролизера, система вытяжки газов и устройство для обогрева во время пауз в работе.
3. Шкаф управления:
Шкаф управления содержит блок управления, трансформатор и выпрямитель. В него встроены индикаторы для контроля температуры травильного раствора в электролизере, значения уровня рН и тока электролиза, а также расположены световые индикаторы, предназначенные для контроля процесса и отображения неисправностей.
Мощность модулей регенерации Е2-3000 компании ЕЬО-СНЕМ — приблизительно
2, 5 килограмма меди в час. (Мощность установки с несколькими модулями Е2-3000 больше на соответствующую величину.) При очень больших объемах травления целесообразно применение буферной системы, позволяющей равномерно проводить восстановление раствора и обходиться меньшим количеством модулей.
За счет жестко поддерживаемых параметров травления система с травильным раствором на основе сульфата меди заменяет широко распространенные щелочные и кислые растворы травления на основе хлорида меди и позволяет одновременно травить платы, изготавливаемые как по позитивному, так и по негативному методам.
Монтаж установки Е2-3000 прост: система подключается к отстойнику травильной машины и не требует ее дополнительной переделки. Один или несколько модулей Е2-3000 компании ЕЬО-СНЕМ будут связаны в закрытом цикле с вашей травильной установкой посредством двух трубопроводов. Травильная установка и модули регенерации могут быть отделены друг от друга в пространстве — их можно устанавливать в разных помещениях или на разных этажах.
Таким образом, установка Е2-3000 компании ЕЬО-СНЕМ позволяет при травлении достигать следующих результатов:
Технические характеристики установки EZ-3GGG
Травление
Скорость травления приблизительно 40 мкм/мин с ускорителем ELO-Fast 40
приблизительно 20 мкм/мин без ускорителя
Константа травления приблизительно +2,5 мкм/мин (с ускорителем)
Фактор травления > 3,5 (типично > 3,7)
Температура травления 50-55 °С
1 Электролиз
Мощность осаждения меди в среднем 2,5 кг/ч, максимально 3,0 кг/ч
Плотность тока приблизительно 12 А/дм2
Напряжение 16 2,4 В, максимально 16 3,0 В (биполярная схема)
Общие данные о машине
Мощность подключения 15 кВт
Вес в порожнем состоянии приблизительно 700 кг (включая шкаф управления)
Площадь основания регенератор 1250x850 мм2
шкаф управления 600x400 мм2
Данные о потреблении
Потребление тока (на кг меди) приблизительно 4,5 кВт/кг (осаждение)
Охлаждающая вода (на кг меди) приблизительно 200 л/кг (температура 12 °С)
Аммиак — газ (на кг меди) приблизительно 200 г/кг
Ускоритель (на кг меди) приблизительно 100 мл/кг
использование одного раствора в замкнутом цикле;
возможность обработки печатных плат с любым типом пленочного фоторезиста и ПОС на одной травильный установке, благодаря точному поддержанию рН+0,1;
• возможность получения меди в виде пластин;
• регенерация травильного раствора с помощью кислорода воздуха;
• восстановление меди вследствие прямого электролиза травильного раствора;
• компактный дизайн модульной конструкции;
• простое подсоединение к существующей установке или к новым травильным установкам;
• отсутствие отходов;
• полная автоматизация процесса регенерации. Более подробную информацию можно получить на сайте компании ЕЬО-СНЕМ по адресу http://www.elo-chem.de/
Є
