蚀刻机喷淋系统结构设计

周志近

（南京信息职业技术学院，江苏南京 210023）

蚀刻机喷淋系统结构设计

周志近

（南京信息职业技术学院，江苏南京 210023）

喷淋系统的结构设计对于线路板蚀刻效果的影响是非常的大，设计了四套方案，并对每种方案进行了试验论证，结果表明每种方案具有各自的应用场合，其中，绕轴线摆动式喷淋系统总体性能较佳，但结构复杂，价格昂贵。

喷淋系统；蚀刻；喷咀

日常生活中电子产品非常的普及，量非常的巨大，所有电子产品都有线路板，制作印制线路中有一道工序是蚀刻，即通过蚀刻液去除掉覆铜箔层压板表面上不需要的铜。因而，设计一款适合自己企业的蚀刻机是极其的重要。

影响蚀刻效果的因素有蚀刻时间、蚀刻液的温度、传送速度、蚀刻液的喷射压力、喷咀结构、喷淋系统结构[1]、蚀刻铜的厚度等，这些参数的设置需要综合考虑。由于产品价值的不同，所需要的喷淋系统对蚀刻效果的不同要求，本项目设计了喷淋系统（包括喷淋结构、喷咀结构、喷管微压调整装置），其中，喷淋结构设计了四款，分别是固定式喷淋系统、水平摆动式喷淋系统、斜角喷射式喷淋系统、绕轴线摆动式喷淋系统，经过试验论证（试验过程中采用的样板与参数如下：采用相同的线路板作为试验样板：单面，最小线宽为0.4 mm，最小线间距为0.4 mm，铜厚为18 μm；蚀刻液温度为70～80℃，线路板传送速度为0.01 m/s，喷淋压力为0.18 MPa），特点各有千秋。

1 固定式喷淋系统

结构设计[2]：在线路板的正上方（距离为300 mm）采用悬空式固定四排固定式喷管，在喷管外圈的正下面安装一定数量（与喷咀的直径大小有关）的固定式喷咀，喷咀正对着线路板需要蚀刻的表面（如图1所示）。

图1 固定式喷淋系统结构图

试验过程：线路板通过传送装置进入喷淋区域时，蚀刻液通过压力输送装置并具有一定压力经过喷管与喷咀直接喷射到线路板表面，并对裸露在空气中的铜进行化学反应（如图2所示）。

试验结果分析如下。

（1）固定式喷管工作时，蚀刻液总是以某一固定的角度喷向板子表面，当板子通过蚀刻区时，部分导线的侧面会受到连续不断的蚀刻液定向冲刷而侧蚀现象严重（如图2所示），一般侧蚀为0.08 mm。

（2）固定喷管较长，且喷咀数量较多，各喷咀喷射出的蚀刻液的压力是不均等的，导致喷出的蚀刻液对于板子表面各处的喷射力就不是均匀的，直接现象是有些表面已经过腐蚀（侧蚀更加严重），而某些地方还未腐蚀干净。

（3）由于此系统的特征，线路板导线的蚀刻精度会受到影响，同时会延长蚀刻时间，降低生产效率。

综合其性能与效果而言，此结构的喷淋系统较适合应用于低档民用单（双）面板产品。

图2 固定式喷淋系统喷咀喷射效果图

2 水平摆动式喷淋系统

结构设计：在线路板的正上方（距离为300 mm）采用悬挂式双排（间距为300 mm）而短的可直线移动式喷管，在喷管的正下方安装一定数量的固定式喷咀，以确保蚀刻液能够覆盖整个蚀刻区，此结构是对固定式喷淋系统优化而来（如图3所示）[3]。

试验过程：当线路板进入蚀刻区时，可移动式喷管通过四杆机构将摆动运动转换为直线运动，将蚀刻液通过安装在喷管上的喷咀以一定的压力，直接喷射到线路板表面，从而对整个线路板的表面铜部分做化学蚀刻处理。

试验结果分析如下：

（1）喷管可以实现直线移动，无需大量喷管与喷咀，可节约大量蚀刻液；

（2）喷管较短，喷咀数量较少，从喷咀中喷射出的蚀刻液的压力可以近似认为是均衡的，可以改善固定式喷淋系统蚀刻不均匀的缺点；

（3）喷管是移动的，喷咀中的蚀刻液能够全覆盖印制线路板表面，由于喷咀是固定在喷管上，因而侧蚀现象依然严重，一般侧蚀为0.07 mm。

建议应用场合：结构较为简单，成本低廉、维修工作量小，在蚀刻精度要求不太高的场合下能够满足性能要求。

图3 水平摆动式喷淋系统

3 斜角喷射式喷淋系统

结构设计：将喷咀布置在蚀刻机的二个角线上，间隔地交叉分布（如图4所示），安装在线路板的正上方（距离为300 mm），采用悬挂式双排（间距为400 mm），在喷管的边上安装喷咀，此结构是在水平摆动式喷淋系统基础上优化而来。

图4 斜角喷射式喷淋系统

试验过程：当线路板进入蚀刻区时，间隔交叉分布的喷咀向线路板表面喷射蚀刻液，直至需要被蚀刻掉铜的部分被完全蚀刻为止。

试验结果分析如下：

（1）喷管较短、喷咀数量较少，喷咀喷射出的蚀刻液的压力近似均衡；

（2）该系统的喷咀距离板子较远，在喷射范围内蚀刻液对于线路板表面各处压力近似于均匀（如图5所示）；

（3）蚀刻液仍存在着对导线侧面定向冲刷的问题，但由于喷咀距离较远而冲刷力较弱，试验证明，侧蚀依然存在，但不太严重，一般为0.06 mm；

（4）喷咀少，可节约大量的蚀刻液。

图5 斜角喷射效果图

4 绕轴线摆动式喷淋系统

结构设计：绕轴线摆动式喷淋结构（如图6所示）的喷管均绕各自的轴线作45°（如图7所示）摆动，安装在线路板的正上方（距离为300 mm）采用悬挂式双排，各喷管上的喷咀作偏转角为15°的锯齿形排列。

图6 绕轴线摆动式喷淋系统

试验过程：当线路板进入蚀刻区时，喷淋系统向线路板表面喷射蚀刻液，直至需要被蚀刻掉铜的部分被完全蚀刻为止。

试验结果表明：

（1）绕轴线摆动式喷淋结构有两大优点：一是由于喷管摆动，喷向板子的蚀刻液时间都在变换角度，避免了对线条侧面连续定向冲刷，有效地减轻了板子的侧蚀，提高了蚀刻精度；二是由于喷管是以一定的频率摆动着，且喷咀又作偏转角为15度的锯齿状排列，所以喷向板子的喷射力大致相同，也就是说，板子表面上各处每一个微小单位面积上接受蚀刻液的总量大致相等，保下了蚀刻的均匀性，也就缩短了蚀刻时间；

（2）侧蚀较小，一般为0.03 mm；

（3）其缺点是结构较复杂，部件多，加工、安装精度要求高，成本也高。

图7 喷管作45度摆动

蚀刻机喷淋系统的结构对于线路板蚀刻效果的影响是极其巨大。因而，对于线路板企业而言，选用或研制合适的喷淋系统是重中之重，可以确保在满足产品质量的前提下，节约生产设备成本。

5 喷管微压调整装置设计

由于喷管的分布位置不同，管路系统各处的损耗亦不一致，导致各喷管的实际压力值不等，虽然差异很微小，但是对于精细线条的蚀刻还是会带来不容忽视的影响。设计了一款喷管[4]微压调整装置（如图8所示），通过调压装置的旋钮可以控制管路中任何位置的蚀刻液的流量，从而可以影响此处的喷淋压力。通过此装置，可让整个管路系统的喷咀出压力均衡，以使侧蚀量较小。

图8 喷管微压调整装置

6 喷咀设计

图9 喷咀

蚀刻液的喷洒范围将影响蚀刻效果，蚀刻液主要是通过喷咀[5]喷出，因而，喷咀的设计结构至关重要。如图9所示的喷咀的结构设计可以让蚀刻液喷洒形状为一实心的圆锥体，有效面积大，从而可以实现蚀刻效率高，而且液滴雾化度高，喷淋均匀柔和，所以蚀刻精度很高。

蚀刻机喷淋系统结构的设计是为了提高产品的质量、提高生产产量。但影响产品蚀刻效果的因素有很多，可以说是一个系统工程，需要多方面的配合来协调，喷淋系统结构是其中一个重要的因素。

［1］王东，王春霖.水喷淋系统的分析［J］.液压气动与密封，2010（08）：48-49.

［2］周志近.简易匀胶机系统研制与应用［J］.现代显示，2009（06）：41-44.

［3］尤敏.水平摆动式纠偏系统的建模与仿真［D］.武汉：武汉科技大学，2008.

［4］李念，张堃元，徐惊雷.二维非对称喷管数值模拟与验证［J］.航空动力学报，2004（12）：802-805.

［5］王建国.喷咀设计研究［J］.重型机械，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，江苏盐城人，硕士，讲师。研究领域：机电产品开发与设计。已发表论文12篇。

(编辑：阮 毅)

2014－05－12