蝕刻機噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

周志近

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210023）

蝕刻機噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

周志近

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210023）

噴淋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于線路板蝕刻效果的影響是非常的大，設(shè)計了四套方案，并對每種方案進行了試驗論證，結(jié)果表明每種方案具有各自的應(yīng)用場合，其中，繞軸線擺動式噴淋系統(tǒng)總體性能較佳，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。

噴淋系統(tǒng)；蝕刻；噴咀

日常生活中電子產(chǎn)品非常的普及，量非常的巨大，所有電子產(chǎn)品都有線路板，制作印制線路中有一道工序是蝕刻，即通過蝕刻液去除掉覆銅箔層壓板表面上不需要的銅。因而，設(shè)計一款適合自己企業(yè)的蝕刻機是極其的重要。

影響蝕刻效果的因素有蝕刻時間、蝕刻液的溫度、傳送速度、蝕刻液的噴射壓力、噴咀結(jié)構(gòu)、噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]、蝕刻銅的厚度等，這些參數(shù)的設(shè)置需要綜合考慮。由于產(chǎn)品價值的不同，所需要的噴淋系統(tǒng)對蝕刻效果的不同要求，本項目設(shè)計了噴淋系統(tǒng)（包括噴淋結(jié)構(gòu)、噴咀結(jié)構(gòu)、噴管微壓調(diào)整裝置），其中，噴淋結(jié)構(gòu)設(shè)計了四款，分別是固定式噴淋系統(tǒng)、水平擺動式噴淋系統(tǒng)、斜角噴射式噴淋系統(tǒng)、繞軸線擺動式噴淋系統(tǒng)，經(jīng)過試驗論證（試驗過程中采用的樣板與參數(shù)如下：采用相同的線路板作為試驗樣板：單面，最小線寬為0.4 mm，最小線間距為0.4 mm，銅厚為18 μm；蝕刻液溫度為70～80℃，線路板傳送速度為0.01 m/s，噴淋壓力為0.18 MPa），特點各有千秋。

1 固定式噴淋系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計[2]：在線路板的正上方（距離為300 mm）采用懸空式固定四排固定式噴管，在噴管外圈的正下面安裝一定數(shù)量（與噴咀的直徑大小有關(guān)）的固定式噴咀，噴咀正對著線路板需要蝕刻的表面（如圖1所示）。

圖1 固定式噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

試驗過程：線路板通過傳送裝置進入噴淋區(qū)域時，蝕刻液通過壓力輸送裝置并具有一定壓力經(jīng)過噴管與噴咀直接噴射到線路板表面，并對裸露在空氣中的銅進行化學(xué)反應(yīng)（如圖2所示）。

試驗結(jié)果分析如下。

（1）固定式噴管工作時，蝕刻液總是以某一固定的角度噴向板子表面，當(dāng)板子通過蝕刻區(qū)時，部分導(dǎo)線的側(cè)面會受到連續(xù)不斷的蝕刻液定向沖刷而側(cè)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重（如圖2所示），一般側(cè)蝕為0.08 mm。

（2）固定噴管較長，且噴咀數(shù)量較多，各噴咀噴射出的蝕刻液的壓力是不均等的，導(dǎo)致噴出的蝕刻液對于板子表面各處的噴射力就不是均勻的，直接現(xiàn)象是有些表面已經(jīng)過腐蝕（側(cè)蝕更加嚴(yán)重），而某些地方還未腐蝕干凈。

（3）由于此系統(tǒng)的特征，線路板導(dǎo)線的蝕刻精度會受到影響，同時會延長蝕刻時間，降低生產(chǎn)效率。

綜合其性能與效果而言，此結(jié)構(gòu)的噴淋系統(tǒng)較適合應(yīng)用于低檔民用單（雙）面板產(chǎn)品。

圖2 固定式噴淋系統(tǒng)噴咀噴射效果圖

2 水平擺動式噴淋系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計：在線路板的正上方（距離為300 mm）采用懸掛式雙排（間距為300 mm）而短的可直線移動式噴管，在噴管的正下方安裝一定數(shù)量的固定式噴咀，以確保蝕刻液能夠覆蓋整個蝕刻區(qū)，此結(jié)構(gòu)是對固定式噴淋系統(tǒng)優(yōu)化而來（如圖3所示）[3]。

試驗過程：當(dāng)線路板進入蝕刻區(qū)時，可移動式噴管通過四桿機構(gòu)將擺動運動轉(zhuǎn)換為直線運動，將蝕刻液通過安裝在噴管上的噴咀以一定的壓力，直接噴射到線路板表面，從而對整個線路板的表面銅部分做化學(xué)蝕刻處理。

試驗結(jié)果分析如下：

（1）噴管可以實現(xiàn)直線移動，無需大量噴管與噴咀，可節(jié)約大量蝕刻液；

（2）噴管較短，噴咀數(shù)量較少，從噴咀中噴射出的蝕刻液的壓力可以近似認(rèn)為是均衡的，可以改善固定式噴淋系統(tǒng)蝕刻不均勻的缺點；

（3）噴管是移動的，噴咀中的蝕刻液能夠全覆蓋印制線路板表面，由于噴咀是固定在噴管上，因而側(cè)蝕現(xiàn)象依然嚴(yán)重，一般側(cè)蝕為0.07 mm。

建議應(yīng)用場合：結(jié)構(gòu)較為簡單，成本低廉、維修工作量小，在蝕刻精度要求不太高的場合下能夠滿足性能要求。

圖3 水平擺動式噴淋系統(tǒng)

3 斜角噴射式噴淋系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計：將噴咀布置在蝕刻機的二個角線上，間隔地交叉分布（如圖4所示），安裝在線路板的正上方（距離為300 mm），采用懸掛式雙排（間距為400 mm），在噴管的邊上安裝噴咀，此結(jié)構(gòu)是在水平擺動式噴淋系統(tǒng)基礎(chǔ)上優(yōu)化而來。

圖4 斜角噴射式噴淋系統(tǒng)

試驗過程：當(dāng)線路板進入蝕刻區(qū)時，間隔交叉分布的噴咀向線路板表面噴射蝕刻液，直至需要被蝕刻掉銅的部分被完全蝕刻為止。

試驗結(jié)果分析如下：

（1）噴管較短、噴咀數(shù)量較少，噴咀噴射出的蝕刻液的壓力近似均衡；

（2）該系統(tǒng)的噴咀距離板子較遠(yuǎn)，在噴射范圍內(nèi)蝕刻液對于線路板表面各處壓力近似于均勻（如圖5所示）；

（3）蝕刻液仍存在著對導(dǎo)線側(cè)面定向沖刷的問題，但由于噴咀距離較遠(yuǎn)而沖刷力較弱，試驗證明，側(cè)蝕依然存在，但不太嚴(yán)重，一般為0.06 mm；

（4）噴咀少，可節(jié)約大量的蝕刻液。

圖5 斜角噴射效果圖

4 繞軸線擺動式噴淋系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計：繞軸線擺動式噴淋結(jié)構(gòu)（如圖6所示）的噴管均繞各自的軸線作45°（如圖7所示）擺動，安裝在線路板的正上方（距離為300 mm）采用懸掛式雙排，各噴管上的噴咀作偏轉(zhuǎn)角為15°的鋸齒形排列。

圖6 繞軸線擺動式噴淋系統(tǒng)

試驗過程：當(dāng)線路板進入蝕刻區(qū)時，噴淋系統(tǒng)向線路板表面噴射蝕刻液，直至需要被蝕刻掉銅的部分被完全蝕刻為止。

試驗結(jié)果表明：

（1）繞軸線擺動式噴淋結(jié)構(gòu)有兩大優(yōu)點：一是由于噴管擺動，噴向板子的蝕刻液時間都在變換角度，避免了對線條側(cè)面連續(xù)定向沖刷，有效地減輕了板子的側(cè)蝕，提高了蝕刻精度；二是由于噴管是以一定的頻率擺動著，且噴咀又作偏轉(zhuǎn)角為15度的鋸齒狀排列，所以噴向板子的噴射力大致相同，也就是說，板子表面上各處每一個微小單位面積上接受蝕刻液的總量大致相等，保下了蝕刻的均勻性，也就縮短了蝕刻時間；

（2）側(cè)蝕較小，一般為0.03 mm；

（3）其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，部件多，加工、安裝精度要求高，成本也高。

圖7 噴管作45度擺動

蝕刻機噴淋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對于線路板蝕刻效果的影響是極其巨大。因而，對于線路板企業(yè)而言，選用或研制合適的噴淋系統(tǒng)是重中之重，可以確保在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，節(jié)約生產(chǎn)設(shè)備成本。

5 噴管微壓調(diào)整裝置設(shè)計

由于噴管的分布位置不同，管路系統(tǒng)各處的損耗亦不一致，導(dǎo)致各噴管的實際壓力值不等，雖然差異很微小，但是對于精細(xì)線條的蝕刻還是會帶來不容忽視的影響。設(shè)計了一款噴管[4]微壓調(diào)整裝置（如圖8所示），通過調(diào)壓裝置的旋鈕可以控制管路中任何位置的蝕刻液的流量，從而可以影響此處的噴淋壓力。通過此裝置，可讓整個管路系統(tǒng)的噴咀出壓力均衡，以使側(cè)蝕量較小。

圖8 噴管微壓調(diào)整裝置

6 噴咀設(shè)計

圖9 噴咀

蝕刻液的噴灑范圍將影響蝕刻效果，蝕刻液主要是通過噴咀[5]噴出，因而，噴咀的設(shè)計結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。如圖9所示的噴咀的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以讓蝕刻液噴灑形狀為一實心的圓錐體，有效面積大，從而可以實現(xiàn)蝕刻效率高，而且液滴霧化度高，噴淋均勻柔和，所以蝕刻精度很高。

蝕刻機噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)產(chǎn)量。但影響產(chǎn)品蝕刻效果的因素有很多，可以說是一個系統(tǒng)工程，需要多方面的配合來協(xié)調(diào)，噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是其中一個重要的因素。

［1］王東，王春霖.水噴淋系統(tǒng)的分析［J］.液壓氣動與密封，2010（08）：48-49.

［2］周志近.簡易勻膠機系統(tǒng)研制與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代顯示，2009（06）：41-44.

［3］尤敏.水平擺動式糾偏系統(tǒng)的建模與仿真［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2008.

［4］李念，張堃元，徐驚雷.二維非對稱噴管數(shù)值模擬與驗證［J］.航空動力學(xué)報，2004（12）：802-805.

［5］王建國.噴咀設(shè)計研究［J］.重型機械，1981（08）：38-39.

Structure Design of Etching Machine Spray System

ZHOU Zhi-jin
（Nanjing College of Information Technology，Nanjing 210023，China）

Spray system structural design for the PCB etching effect is very big，in this paper，the four sets of scheme design，and the experimental scheme of each results show that each method has their own applications，among them，around the axis of oscillating spray system overall performance is better，but the structure is complex and expensive.

spray system；etching；nozzle

TN405.98

：A

：1009－9492(2014)11－0029－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.008

周志近，男，1978年生，江蘇鹽城人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機電產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計。已發(fā)表論文12篇。

(編輯：阮 毅)

2014－05－12