(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110354180.3
(22)申请日 2021.04.01
(71)申请人 武汉宏乔科技有限公司
地址 430000 湖北省武汉市武昌区水果湖
街东湖路317号1栋2单元
(72)发明人 凤培国
(74)专利代理机构 武汉蓝宝石专利代理事务所
(特殊普通合伙) 42242
代理人 谢洋
(51)Int.Cl.
H05K 3/06(2006.01)
(54)发明名称
法
(57)摘要
本发明涉及一种基于向量乱流法的化学蚀
刻装置及方法，本发明通过增加导流板，控制蚀
空泡、动能层流和动能微流体；乱流最大的特性
以深入微孔及细线路，解决现有技术中由于蚀刻
深沟效应而无法蚀刻微孔和细线路中金属的问
题，大幅度提升了蚀刻精度；本发明同时解决了
水池效应和大面积线路板蚀刻不均的问题，因此
增加良品率，
降低了生产成本。权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 112739041 A 2021.04.30
C N 112739041
A
1.一种基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于, 所述基于向量乱流法的化学蚀刻装置包括：蚀刻液喷嘴、喷管、导流板及目标线路板；所述蚀刻液喷嘴安装于所述喷管下方，所述导流板安装于蚀刻机上方，所述目标线路板通过向量蚀刻区时是由上下传动轴控制其前进速度，其中所述蚀刻液喷嘴用于固定释放预设流量和预设粒径的蚀刻液。
2.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于所述导流板包括导流板第一部分、导流板第二部分、导流板第三部分及导流板第四部分；其中：
所述导流板第一部分，用于包裹所述喷管的上半部分；
所述导流板第二部分A区，是以45度连接所述导流板第一部分及所述导流板第三部分，并控制蚀刻液产生方向性乱流，和移动中目标线路板成45度向量，所述45度向量可分析成水平和向下两个分向量，水平分向量将使蚀刻液向前流动，向下分向量则对乱流施以向下的压力，有助于乱流进入微孔和细线路；
所述导流板第三部分B区与所述目标线路板平行1.5 ~ 2公分距离，因容积减小，蚀刻液流速因而增加并产生乱流；
所述导流板第四部分即钛墙与所述导流板第三部分垂直接合C/D/E区，蚀刻液的上半部分在此受到阻挡产生空泡和乱流，并以预设的角度向一侧排放，所述角度决定于喷嘴与喷管设置的角度，实例中为25度；蚀刻液的下半部分通过钛墙下方的空栅D区进入E区，通过旋转中传动轴底部时受到强大的压力，促使乱流进入微孔和细线路进行蚀刻。
3.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，目标线路板面上左右都有一个传动轴，目标线路板下面则有2‑4个传动轴以承载行进中目标线路板的重量和蚀刻液压力，实例中使用三个轴；上面两个轴除了辅助传动和稳定前进中的目标线路板外，它重要的功能是产生乱流和增加下压向量。
4.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，所述蚀刻液喷嘴，用于喷出扇形蚀刻液，并控制蚀刻液以预设角度冲击目标线路板；每一支喷嘴覆盖的扇形范围决定于喷嘴至目标线路板之间距离，喷液宽度1‑5公分，和扇形角度90‑110度，每一个1.25 米 × 1.25米蚀刻机可安置2‑3个向量蚀刻单元。
5.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，以所述喷管为中线，导流板分左右两个对称的蚀刻区，每个区的导流板分第一至第四部分。
6.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，所述喷嘴为扇形喷嘴，以所述扇形喷嘴的中心为基点，扇形喷液分左右两个半扇形，实例扇形喷液的全幅度为110度，由左右两个55度半扇形组成；左半扇形喷液流向左侧蚀刻区导流板，并以喷嘴预设角度前进，右半扇形喷液则以反方向流向右侧蚀刻区导流板，并以喷嘴预设角度前进。
7.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，未被携带至轴底部的蚀刻液因流动被传动轴阻挡而产生乱流，并向一侧以预设角度流动，所述预设角度即扇形喷嘴在喷管上设定之角度10‑45度，实例为25度。
8.如权利要求1所述的基于向量乱流法的化学蚀刻装置，其特征在于，所述喷嘴为扇形喷嘴，所述扇形喷嘴有两个预设角度：第一个是90‑110垂直角度，喷嘴由上向下行进中的线路板喷液，实例为110度；第
二个是10‑45水平角度，即喷嘴和喷管间的交角，实例为25度，喷液冲击行进中的目标线路板后，变成水平方向并以和传动轴25度交角前进。
9.一种蚀刻机，所述蚀刻机包括根据权利要求1至8中任一项所述的基于向量乱流法的
化学蚀刻装置。
一种基于向量乱流法的化学蚀刻装置及方法
技术领域
[0001]基于流体力学，雷诺数和Bernoulli 原理，本发明在化学蚀刻领域提供一种能蚀刻微孔和细线路板的向量乱流化学蚀刻方法，简称向流法。
背景技术
[0002]向流法的重点是向量和乱流，二者缺一不可；向量是指蚀刻液在整个蚀刻过程中都处于方向性压力之下，蚀刻液的流向和行进中的目标线路板成一个角度而不是和目标线路板平行；向量可解析成水平和向下的分向量或分压，水平方向的压力使流液前进，向下的压力则使得乱流主要是涡流，进入微孔和细线路；涡流是多方向、不定形的动能流体，具有扩散性，在压力下会变形而能进入微孔并替换微孔中的积液。
[0003]乱流的产生有两个原因，流速增加和流向改变；流速增加在流体内会产生不同方向和流速的层流，层流之间有相对速度和动压，但扩散性较低，对深入微孔的作用较弱；第二个原因：流体因受到阻碍，必须改变方向时，内部会产生不同方向和压力的动能内流体，和周围的流体之间因压力方向不同而产生压力差，同时形成涡流，压力差更大时会发生空泡 cavitation ，空泡的内部是真空，在外部的压力下，空泡破裂时会产生高速冲击波，扩散性大于涡流，更能深入微孔及细线路，但在设计上无法使整个蚀刻区产生空泡而又不影响流量和向量；向流法导流板的设计有四个部分，兼顾了向量、乱流、涡流、空泡的重要性。[0004]常规化学蚀刻机无法蚀刻微孔和细线路有两个原因，第一个原因：当喷液冲击目标线路板后改变为水平流向前，因为喷液粒径200‑400微米，大于微孔50‑100微米所以无法进入微孔，液粒中的流体和平流laminar flow一样，只有一个方向和流速，相互之间没有相对速度，对微孔内的积液只会产生静压，积液则对蚀刻液粒会产生同样大的反静压，最后的结果是压力互相抵消，蚀刻液粒无法进入；线路的情形略有不同，线宽25‑75微米虽然小于喷液粒径，但线长大于喷液粒径，所以蚀刻液粒可以有限度进入，但无法深入。
[0005] 第二个原因：蚀刻喷液改变成水平方向流动，方向的改变会产生乱流和涡流，但因为没有上面的压制，所以没有下压的向量；乱流是一种扩散性的动能，很容易消失，流液很快变成平流laminar flow，内部的流体間只有静压，没有向下的压力；常规化学蚀刻机对传动轴一般都采用轮片式轴，即使用实心轴，所产生的乱流因没有下压也无用处；有别于常规化学蚀刻法，向流法的导流板压制了乱流向上的扩散，增加了下压的向量。
[0006]常规化学蚀刻机的蚀刻能力一般是线宽75微米，线距75微米，铜厚12微米，感光膜厚25微米，它追求的上限是50×50微米；向流法能蚀刻线宽线距是25×25微米，若想蚀刻25微米以下更精密的细线路，必须有其他制程的配合，例如感光技术和设备必须升级；365nm 波长，i‑line平行光机能制造的上限是线宽线距50×50微米。
[0007]制造细线路板时，化学蚀刻机是最重要的设备，理想的蚀刻机有两个关键问题需要解决：水池效应puddling effect和蚀刻深沟效应deep trench effect，前者造成蚀刻不均匀，后者无法蚀刻微孔和细线路。
[0008]水池效应：蚀刻大面积细线路板400mm×500mm，中央部分的蚀刻率较两侧部分慢，
被业界普遍接受的说法是，蚀刻过的药水从板中央排移至边上的距离较远，在板上停留的时间较久，形成中央部分积水，而靠近板边上蚀刻过的药水能很快排除，因此蚀刻率较快，致使整个板面蚀刻不均，若使用锥形喷嘴和轮片式传动轴，则水池效应更为严重。
[0009]蚀刻深沟效应：蚀刻液从喷头射出，以高速冲击目标线路板，是由密集的粒子组成，常用粒径 300‑400 微米，当粒径大于微孔直径时，药水就无法深入；因为药水在微孔和细线路上施加的是静压，会被反作用静压抵消，压力增大，反作用力也越大；线距有长宽两个方向，决定和影响蚀刻的是宽度，蚀刻喷液的粒径 300‑400 微米虽然大于线宽，但小于线长，所以药水还是可以进入细线路中，但无法深
入。
发明内容
[0010]本发明提供一种基于向量乱流法的化学蚀刻装置及方法，简称向流法；通过导流板控制蚀刻液产生乱流包括涡流、空泡、和动能微流体，并因导流板的作用使得流体在一定区域内增速，改变方向，因而使得水平方向的流液变成向量流液；向下的压力有助于蚀刻微孔和细线路，空泡的产生必须在流体中产生局部压力差，导流板钛墙下空栅区C/D区的设计将产生空泡，利用空泡破灭产生的冲击波使得蚀刻液深入微孔及细线路中进行蚀刻；向流法结构简单，无需昂贵的材料和繁复工艺，所以制造成本低，能解决现有技术中对微孔及细线路蚀刻工艺过于复杂的技术问题，达到了无需复杂工艺即可对微孔及细线路中的金属进行蚀刻的技术效果。
[0011]这种基于向流法的蚀刻装置，其特征在于，所述基于向流法的蚀刻装置包括：蚀刻液喷嘴、喷管、导流板及目标线路板；所述蚀刻液喷嘴安装于所述喷管下方，所述导流板安
装于蚀刻机上方，所述目标线路板通过向量蚀刻区时是由上下传动轴控制其前进速度，
其中所述蚀刻液喷嘴用于固定释放预设流量和预设粒径的蚀刻液。
[0012]所述的基于向流法的蚀刻装置，其特征在于，所述导流板包括导流板第一部分、导流板第二部分
、导流板第三部分及导流板第四部分；其中：
所述导流板第一部分，用于包裹所述喷管的上半部分；
所述导流板第二部分A区，是以45度连接所述导流板第一部分及所述导流板第三
部分，并控制蚀刻液产生方向性乱流，和移动中目标线路板成45度向量，所述45度向量可分析成水平和向下两个分向量，水平分向量将使蚀刻液向前流动，向下分向量则对乱流施以向下的压力，有助于乱流进入微孔和细线路；
所述导流板第三部分B区与所述目标线路板平行1.5 ~ 2公分距离，因容积减小，蚀刻液流速因而增加并产生乱流；
所述导流板第四部分即钛墙与所述导流板第三部分垂直接合C/D/E区，蚀刻液的
上半部分在此受到阻挡产生空泡和乱流，并以预设的角度向一侧排放，所述角度决定于喷嘴与喷管设置的角度，实例中为25度；蚀刻液的下半部分通过钛墙下方的空栅D区进入E区，通过旋转中传动轴底部时受到强大的压力，促使乱流进入微孔和细线路进行蚀刻。
[0013]所述的基于向流法的蚀刻装置，其特征在于，目标线路板面上左右都有一个传动轴，目标线路板
下面则有2‑4个传动轴以承载行进中目标线路板的重量和蚀刻液压力，实例中使用三个轴；上面两个轴除了辅助传动和稳定前进中的目标线路板外，它重要的功能是产生乱流和增加下压向量。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议