Управление процессом
Ранние версии щелочных травителей предназначались для производства циклического типа. Содержание меди в них было незначительно, и скорость травления стремительно падала, как только медная составляющая в нем увеличивалась. Затем возникла необходимость добавлять растворенные окисляющие вещества в контролируемых количествах, чтобы увеличить скорость травления и содержание меди при постоянной температуре.
Во время травления происходит испарение аммония, поэтому нужны соответствующие вытяжные системы. Давление газовой среды в установках травления должно быть немного ниже атмосферного, а также следует соблюдать умеренный уровень выпуска, чтобы поддерживать содержание аммония, необходимого для сохранения в растворе стравленной меди. Следует соблюдать осторожность при подаче свежего воздуха (02), необходимого для равновесия процесса травления. Скорость травления в доступных
в настоящий момент растворах составляет 35 мкм меди в минуту или меньше при уровне стравленной меди от 120 до 160 г/л.
Непрерывные системы
Практичным методом поддержания постоянной скорости травления является автоматическое управление постоянством состава раствора. По мере травления печатных плат медь растворяется, и концентрация травильного раствора увеличивается. Когда датчик фиксирует превышение концентрации, включается насос, который автоматически подает подкрепляющий раствор в травильную машину и одновременно удаляет раствор, пока концентрация меди не уменьшится до установленного уровня.
Недостатком этой технологии является введение подкрепителя на первой стадии промывки после травильной машины. Моющий раствор смывает медь с платы и заново вводит его в травильную машину, где она передается в резервуар с побочными продуктами с остальной медью. Было установлено, что для поддержания стабильной скорости травления необходимо контролировать уровень свободного аммония, хлорида аммония и кислорода. Для стабилизации скорости травления были попытки прямого введения кислорода.
Типичные условия технологического процесса травления [5] приведены в таблице.
Изучение зависимости скорости травления от количества растворенной меди показывает следующее:
от 0 до 70 г/л — долгое время травления;
от 70 до 100 г/л — меньшее время травления, но сложно контролировать раствор;
от 120 до 150 г/л — высокая скорость травления и стабильный раствор;
от 150 до 200 г/л — нестабильный раствор с вероятностью образования кристаллического осадка.
Все платы необходимо тщательно промывать сразу после их выхода из травильной камеры. Платы не должны высыхать перед промывкой. После промывки травитель должен быть удален из-под кромок проводников, а поверхность платы и сквозные отверстия должны быть полностью очищены.
Регенерация замкнутого типа
Непрерывная регенерация обеспечивает постоянные условия травления. Основными методами регенерации являются кристаллизация, жидкостная экстракция и электролитическое восстановление.
Кристаллизация понижает уровень меди в травителе при замораживании и фильтрации солевых осадков. За этим следует повторное обогащение и регулировка эксплуатационных условий.
Жидкостная экстракция применяется все чаще благодаря непрерывности и безопасности ее использования. Во время этого процесса соли меди из травильного раствора поступают в органический растворитель, способный извлекать медь. Органический слой, содержащий медь, впоследствии смешивается с водным раствором серной кислоты, который извлекает медь в виде сульфата. Затем медь из медного сульфата получают электрохимическим методом.
Компания «Остек-Сервис-Технология» разработала систему непрерывной регенерации травящего раствора с поддержанием его параметров в узких пределах. Приведем химические процессы травления и регенерации, которые происходят в установках Frezer Style и СЭМАР [4]:
1. Травление меди:
Экстракция:
Реэкстракция:
Электролиз:
Общая реакция:
Процесс — травление + экстракция + реэкстракция + электролиз:
Результирующая реакция:
Уравнения реакций показывают, что хлор выделяться не будет: он всегда находится в связанном состоянии.
Из приведенных данных по механизму регенерации следует, что экстракционно-электрохимическая схема, несмотря на многостадийность процесса, обеспечивает полную регенерацию травильного раствора. Под полной регенерацией следует понимать то обстоятельство, что из-за отсутствия побочных процессов не затрачиваются компоненты рабочего раствора.
Нужно отметить, что установка Frezer Style сконструирована так, что струи травящего раствора направляются на заготовку платы строго перпендикулярно, что создает эффект низкого подтравливания. Струи упираются в дно вытравливаемого рисунка, активируют и травят его и лишь скользят по боковым стенкам. Поскольку регенерационная система СЭМАР поддерживает раствор на грани способности к травлению, боковые стенки зазора пассивируются и не подвергаются травлению (рисунок). В результате при травлении рисунка платы в системе Frezer Style + СЭМАР фактор подтра вливания имеет значения, близкие к 1:6 (в обычных системах — в лучшем случае 1:2).
Рисунок. Схема движения струй травящего раствора в системе Frezer Style + СЭМАР