蝕刻機噴淋系統結構設計

周志近

（南京信息職業技術學院，江蘇南京 210023）

蝕刻機噴淋系統結構設計

周志近

（南京信息職業技術學院，江蘇南京 210023）

噴淋系統的結構設計對于線路板蝕刻效果的影響是非常的大，設計了四套方案，并對每種方案進行了試驗論證，結果表明每種方案具有各自的應用場合，其中，繞軸線擺動式噴淋系統總體性能較佳，但結構復雜，價格昂貴。

噴淋系統；蝕刻；噴咀

日常生活中電子產品非常的普及，量非常的巨大，所有電子產品都有線路板，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，設計一款適合自己企業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、噴咀結構、噴淋系統結構[1]、蝕刻銅的厚度等，這些參數的設置需要綜合考慮。由于產品價值的不同，所需要的噴淋系統對蝕刻效果的不同要求，本項目設計了噴淋系統（包括噴淋結構、噴咀結構、噴管微壓調整裝置），其中，噴淋結構設計了四款，分別是固定式噴淋系統、水平擺動式噴淋系統、斜角噴射式噴淋系統、繞軸線擺動式噴淋系統，經過試驗論證（試驗過程中采用的樣板與參數如下：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

結構設計[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量（與噴咀的直徑大小有關）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 固定式噴淋系統結構圖

試驗過程：線路板通過傳送裝置進入噴淋區域時，蝕刻液通過壓力輸送裝置并具有一定壓力經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反應（如圖2所示）。

試驗結果分析如下。

（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，當板子通過蝕刻區時，部分導線的側面會受到連續不斷的蝕刻液定向沖刷而側蝕現象嚴重（如圖2所示），一般側蝕為0.08 mm。

（2）固定噴管較長，且噴咀數量較多，各噴咀噴射出的蝕刻液的壓力是不均等的，導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，直接現象是有些表面已經過腐蝕（側蝕更加嚴重），而某些地方還未腐蝕干凈。

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

綜合其性能與效果而言，此結構的噴淋系統較適合應用于低檔民用單（雙）面板產品。

圖2 固定式噴淋系統噴咀噴射效果圖

2 水平擺動式噴淋系統

結構設計：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量的固定式噴咀，以確保蝕刻液能夠覆蓋整個蝕刻區，此結構是對固定式噴淋系統優化而來（如圖3所示）[3]。

試驗過程：當線路板進入蝕刻區時，可移動式噴管通過四桿機構將擺動運動轉換為直線運動，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蝕刻處理。

試驗結果分析如下：

（1）噴管可以實現直線移動，無需大量噴管與噴咀，可節約大量蝕刻液；

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

（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，因而側蝕現象依然嚴重，一般側蝕為0.07 mm。

建議應用場合：結構較為簡單，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

3 斜角噴射式噴淋系統

結構設計：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，此結構是在水平擺動式噴淋系統基礎上優化而來。

圖4 斜角噴射式噴淋系統

試驗過程：當線路板進入蝕刻區時，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。

試驗結果分析如下：

（1）噴管較短、噴咀數量較少，噴咀噴射出的蝕刻液的壓力近似均衡；

（2）該系統的噴咀距離板子較遠，在噴射范圍內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線側面定向沖刷的問題，但由于噴咀距離較遠而沖刷力較弱，試驗證明，側蝕依然存在，但不太嚴重，一般為0.06 mm；

（4）噴咀少，可節約大量的蝕刻液。

圖5 斜角噴射效果圖

4 繞軸線擺動式噴淋系統

結構設計：繞軸線擺動式噴淋結構（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角為15°的鋸齒形排列。

圖6 繞軸線擺動式噴淋系統

試驗過程：當線路板進入蝕刻區時，噴淋系統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。

試驗結果表明：

（1）繞軸線擺動式噴淋結構有兩大優點：一是由于噴管擺動，噴向板子的蝕刻液時間都在變換角度，避免了對線條側面連續定向沖刷，有效地減輕了板子的側蝕，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）側蝕較小，一般為0.03 mm；

（3）其缺點是結構較復雜，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

蝕刻機噴淋系統的結構對于線路板蝕刻效果的影響是極其巨大。因而，對于線路板企業而言，選用或研制合適的噴淋系統是重中之重，可以確保在滿足產品質量的前提下，節約生產設備成本。

5 噴管微壓調整裝置設計

由于噴管的分布位置不同，管路系統各處的損耗亦不一致，導致各噴管的實際壓力值不等，雖然差異很微小，但是對于精細線條的蝕刻還是會帶來不容忽視的影響。設計了一款噴管[4]微壓調整裝置（如圖8所示），通過調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，可讓整個管路系統的噴咀出壓力均衡，以使側蝕量較小。

圖8 噴管微壓調整裝置

6 噴咀設計

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，噴咀的設計結構至關重要。如圖9所示的噴咀的結構設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。

蝕刻機噴淋系統結構的設計是為了提高產品的質量、提高生產產量。但影響產品蝕刻效果的因素有很多，可以說是一個系統工程，需要多方面的配合來協調，噴淋系統結構是其中一個重要的因素。

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

［2］周志近.簡易勻膠機系統研制與應用［J］.現代顯示，2009（06）：41-44.

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

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

［5］王建國.噴咀設計研究［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。研究領域：機電產品開發與設計。已發表論文12篇。

(編輯：阮 毅)

2014－05－12