Революция в линиях мокрых процессов: чем меньше, тем лучше

Введение

Производители печатных плат многие десятилетия использовали горизонтальные роликовые конвейерные линии для перемещения заготовок ПП во время обработки их химическими растворами. Развитие конвейерных линий мокрых процессов приводит к необходимости обрабатывать все более тонкие заготовки ПП. В связи с трудностями перемещения и поддержания таких заготовок во время обработки химическими растворами производителям ПП приходилось приобретать два типа линий: одну для толстых и жестких заготовок и другую, более длинную и сложную линию — для очень тонких или гибких заготовок ПП.

Недавно этот тип оборудования был переделан. Цель — включение в процесс «погружных» камер для такой обработки поверхности, при которой традиционные форсунки не подходят. Подобная модернизация линий, а также необходимость длительного контакта с раствором для «погружных» процессов делает линии этого типа (рис. 1) еще более длинными и сложными.

Рис. 1. Внешний вид линии мокрых процессов компании Cemco

В статье описана запатентованная технология ламинарного жидкостного движения — Streamline, которая позволяет достичь более быстрой и равномерной химической реакции по сравнению с традиционными камерами. Здесь также приведены метод перемещения и поддержания заготовок, подходящий как для тонких, так и для толстых заготовок (от 0,1 до 3,2 мм без учета меди), а также новые решения в механике и динамике жидкости, которые позволили уменьшить длину линий и снизить операционные затраты.

Технология Streamline используется при таких операциях, как снятие металлорезиста, подготовка поверхности под нанесение фоторезиста, подготовка поверхности перед прессованием, иммерсионное серебрение и прямая металлизация.

Камера химических процессов

В традиционных линиях конвейерного типа раствор перекачивается из нижней емкости в конвейерную камеру. Раствор обычно циркулирует с потоком, примерно равным пяти объемам камеры в минуту, через патрубки и форсунки, расположенные между роликов конвейера. Раствор перемещается с помощью роликов, это сделано для того, чтобы предотвратить чрезмерное маскирование обрабатываемой панели. Такая комбинация форсунок и роликов для перемещения раствора приводит к хаотическим турбулентным зонам в зоне обработки и, как следствие, к неравномерной скорости обработки по площади заготовок.

В противоположность этому в камерах на основе технологии жидкостного движения Streamline (рис. 2) раствор циркулирует с ламинарным потоком, равным 100 объемам щелевой рабочей камеры в минуту, в результате можно получить более равномерные и быстрые реакции.

Рис. 2. Схематичное изображение двигателя Streamline на основе технологии жидкостного движения с выделенным ламинарным потоком

Двигатель (рис. 3), состоящий из двух плит, закрыт с двух сторон, это необходимо для формирования щелевой рабочей камеры. На входе в камеру и выходе из нее установлены ролики для захвата жестких или гибких заготовок ПП и проталкивания их в рабочую область. Раствор впрыскивается в центре каждой платы, образуя ламинарный, полностью равномерный поток над всей площадью заготовки, направленный в сторону входа и выхода из камеры. Этот ламинарный поток приводит к устойчивым «пограничным» слоям над и под обрабатываемой заготовкой, которые помогают перемещать ее вдоль процессной камеры. Передние и задние кромки плит имеют закругленную форму для обеспечения эффекта Коанда и отведения раствора от заготовки в момент ее входа в рабочую камеру и выхода из нее.

Рис. 3. Двигатель Streamline: а) внешний вид без верхней плиты; б) ЗD-изображение

Двигатель Streamline с двойной подачей

Некоторые химические процессы, необходимые для производства печатных плат, требуют подачи газа для активации химической реакции (обычно кислорода, то есть воздуха) в зону контакта заготовки с раствором. Двигатель Streamline с двойной подачей может одновременно подавать газ и раствор при сохранении характеристик, присущих стандартному двигателю Streamline на основе технологии жидкостного движения.

Конструкция двигателя представлена на рис. 4. Газ под давлением подается во внешний газовый коллектор (выделен зеленым цветом), который отделен от жидкостного коллектора (синего цвета) мембраной и пористой пластиной. Перед подачей газа на заготовку он пропускается через пористую пластину, смешивается с жидкостью и после этого подается на заготовку.

Рис. 4. Двигатель Streamline с двойной подачей газа и раствора в зону обработки заготовки: а) схематичное изображение; б) ЗD-изображение

Жидкостный нож

Там, где необходимо удалить раствор с заготовки разбавлением или промыть некоторые элементы заготовок мощной струей жидкости, применяется более короткая версия двигателя Streamline, известная как жидкостный нож (рис. 5). Обычно он используется для промывки водой после химического процесса или в качестве предобработки перед химическим процессом.

Рис. 5. Жидкостный нож: а) схема, показывающая прохождение заготовки через него; б) внешний вид; в) схема, показывающая направление движения жидкости; г) ЗD-модель

Для примера: один жидкостный нож выдает поток жидкости до 40 л/мин., используя 110-Вт насос, по сравнению с традиционной струйной промывкой, выдающей 28 л/мин. при 750-Вт насосе. При этом для жидкостного ножа необходим конвейер длиной 170 мм по сравнению с 240-мм для традиционной струйной промывки. Как и в двигателе Streamline, перемещение заготовок осуществляется роликами при помощи жидкости, но жидкостный нож имеет конструктивные особенности (вырез в нижнем жидкостном ноже и углубление в верхнем, рис. 5в), благодаря которым зона ввода и вывода заготовки из модуля короче, чем у двигателя Streamline.

Струйный нож

Струйный нож подает несколько струй высокой мощности сверху и снизу для удаления (вытеснения) солей, флюсов и других загрязняющих веществ, которые плохо растворяются. Верхние и нижние форсунки чередуются, как показано на рис. 6б. (На рис. 6а верхние и нижние форсунки мы намеренно расположили в одной плоскости для наглядности.) Входные и выходные кромки имеют скругления для технологичности входа и выхода заготовки. Отверстия (вырезы) в нижней части камеры обеспечивают быстрый слив жидкости, что исключает возможность затопления изоляции роликов. Струйный нож требует такой же длины, но более мощного насоса по сравнению с жидкостным ножом.

Рис. 6. Струйный нож: а) схема; б) ЗD-модель в разрезе

Сушка с помощью воздушного ножа (угловой нож)

Угловой нож для сушки (рис. 7) был разработан на основе воздушных ножей, созданных и запатентованных для горячего лужения. Они сконструированы так, чтобы создавалась разница давлений между верхней и нижней частью платы. Каждый нож имеет ряд прорезей в переднем крае, разделенных узкими направляющими панели.

Рис. 7. Угловой нож для сушки

Форма выреза нижнего ножа дает возможность воздушной струе уходить быстрее, что создает низкое давление под заготовкой. Это низкое давление вытягивает воду из отверстий заготовки до того, как она достигает воздушной струи, и направляет заготовку к низу камеры сушки. Сила, созданная разницей давлений на двух сторонах заготовки, также стабилизирует ее положение по отношению к нижнему ножу и его системе направления.

Иногда в ранних моделях воздушных ножей на задней кромке заготовок оставалась вода при сушке более толстого материала. Несмотря на то, что вода с поверхности удалялась с помощью струи воздуха, небольшое количество воды оставалось на задней кромке заготовки и возвращалось на ее горизонтальную поверхность, как только заготовка освобождалась от струй воздуха. Чем толще заготовка, тем больше жидкости оставалось в этих местах.

Чтобы эффективнее сушить заготовку и избежать этого дефекта, были внесены конструктивные изменения в воздушный нож сушки. Сопла ножа, подающие воздух для сушки, показаны на рис. 8. Жидкость вытесняется к углу заготовки и успешно удаляется как с горизонтальной поверхности заготовки, так и с задних кромок.

Рис. 8. Вид сверху на нож сушки

По сравнению со струйным ножом, длина которого равна длине двух рядов роликов, для воздушного ножа сушки необходима длина, равная четырем рядам роликов. Перед модулем также следует расположить несколько рядов роликов, чтобы предотвратить повышение давления в предыдущих камерах из-за струй воздуха.

Объединение процессов в линию

На рис. 9 показана простая горизонтальная линия обработки на основе технологии жидкостного движения. В первой секции проходит химический процесс с использованием двигателя Streamline. За ним — секция очистки, состоящая из струйного ножа, обдающего заготовку струями высокой мощности, и жидкостного ножа, который служит для финальной промывки. Последняя секция — воздушный нож сушки. Каждая секция мокрых процессов отделена от соседней специальными изоляционными перегородками, которые позволяют раствору, вытекающему из модуля, попадать в соответствующий поддон для рециркуляции.

Рис. 9. Схема линии без входного и выходного конвейера

В заключение приведем основные преимущества линий мокрых процессов компании Cemco (рис. 10) на основе новой запатентованной технологии жидкостного движения Streamline:

Рис. 10. ЗD-модель линии мокрых процессов компании Cemco

• Высокоэффективная бесконтактная технология позволяет достичь более быстрой и равномерной химической реакции по сравнению с традиционными камерами.
• Отсутствие полос на заготовках ПП и слоев от конвейерных роликов из-за их отсутствия.
• Минимальная занимаемая площадь. (Линии Cemco требуют почти вдвое меньше места по сравнению с традиционными.)
• Низкое энергопотребление.
• Малое потребление воды.
• Незначительные затраты раствора.
• Линии можно установить вплотную к стене, так как их обслуживание осуществляется не с тыльной стороны.
• Линии оснащены системой автодозирования рабочих растворов.
• Наличие PLC-контроллера Siemens с сенсорным экраном.
• Удобство технического обслуживания.