酸碱性蚀刻液再生及铜回收系统

(NH3)2]+的含量很低的情况下仍然如此。
通过提供100%含量的四氨铜 [Cu(NH3)4]++溶液，则可以将反 应过程中产生的二胺铜[Cu (NH3)2]+ 不断排除―反应区‖ 以下为蚀刻过程中的主要反应 [Cu(NH3)4 ]++ + Cu ===> 2 [Cu (NH3)2]+ [Cu(NH3)2]+ + 2NH3 <===> [Cu (NH3)4]++ + e[Cu(NH3)4]++ + e- <===> [Cu (NH3)2]+ + 2 NH3
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• • •
在电解装置中，阴极电解出铜和氨气，而阳极电解出氧气，而后全部被引入再生装置
蚀刻速度：60 µ m/min +/- 5 – 蚀刻均匀性：+/- 1 µ m/min 蚀刻因子：3 - 5
2. 酸性系统
• • • • • • • 电解单元由三个腔体组成：阳极、阴极和中间单元 再生装置中通过注入氧气来氧化Cu(I). 在反应器中加入HCl来生成单氯铜化合物 阴极电解出铜，而阳极则产生酸根离子H，在中间腔体中生成HCl 盐酸和电解槽中产生的氧气被用来再生蚀刻液 蚀刻速度：60 µ m/min +/- 5 蚀刻均匀性：+/- 1 µ m/min
酸性铜回收及蚀刻液再生系统 A. 蚀刻: Cu + CuCl+ → 2 CuCl2B. 再生: 2CuCl2- + 2H+ + 1/2O2 => 2 CuCl + + 2Cl- + 2H2O C. 电解: 阳极 : H2O → ½ O2 + 2 H+ + 2e2Cl- → Cl2 + 2eCl2 → 2HClO + 2H+ + 2e阴极: CuCl2- + e- → Cu + 2ClCuCl+ + 2e- → Cu + Cl-
成氨气，这因此会引起副反应发生，进而引起反应速度的不稳定。
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高度稳定的蚀刻过程取决于溶液中四氨铜化合物的含量 为了获得100%的四氨铜化合物，则必须进行高效的再生反应，同时，铜和氨气的反应过程必须可控
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[Cu (NH3)2]+
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3.1.7 化学势
001 000
001 000 Chemical potential (V) 000 000
0.1 1E-21 1E-19 1E-17 1E-15 1E-13 1E-11 1E-09 1E-07 1E-05 0.001
1. 客户收益
• 降低蚀刻线运营成本
– 闭环系统可以最大限度降低消耗，不在需要使用氧化剂和蚀刻原液 – 简洁方便的系统控制可以降低系统及制程的运营成本
来自百度文库
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可得到更高的蚀刻因子和蚀刻均匀性
– 循环制程及精确的参数控制 – 所有制程单元的同步运行
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完全环保且经济高效 – 配以水、气处理单元可以完全杜绝设备的废水和废气排放
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通过注入氧气，使一价铜离子([Cu(NH3)2]1+) 氧化生成 二价铜离子 ([Cu(NH3)4]2+)
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氧化过程所需的氧气来自于电解槽过程及蚀刻线和暂 存槽 电解和蚀刻过程产生的氨气/氧气混合气体全部被输送 到再生过程，以便 – 确保制程稳定 – 减少氨水的使用量
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3.1.1系统循环示意图
络合过程 I & II • 通过生成四氨化 合物优化和稳定 蚀刻过程
再生过程 II • 通过电解得到高纯 度铜
再生过程 I • 持续―激活‖蚀 刻废液
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3.1.2 再生过程 I → Cu+ 持续氧化得到 Cu++
Etching machine
Fresh solution
s.g. control
Etching machine
Spent
reduces: Capability Quality Productivity
regenerator
Electrolysis Buffer s.g. control
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2.1 蚀刻技术分析
设备 = 物理参数 1. 压力 2. 温度稳定性 3. 喷嘴质量及摆动等
* 蚀刻因子 * 均匀性 * 产能 * 制程成本
化学品 = 制程参数 1. 蚀刻速度 2. 化学参数稳定性 3. PH值
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主要内容
1. 客户收益 2. PCB制程情况分析与比较 3. 系统功能和制程设计 4. 收益分析 5. 客户端应用情况反馈 6. 水、气处理单元介绍
7. 设备规格及主要技术参数
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3.1.4 稳定的四氨化铜的含量与生产/质量一致性的关系
任何化学反应过程 A + B = => C 的反应速度可分为以下两种情况 -当主反应和副反应同时发生时，反应速度为所有反应的综合，此 情况下反应速度很难计算和控制 -当只有主反应发生时，则反应速度容易计算和控制 因此，考虑到碱性蚀刻过程， [Cu(NH3)4 ]++ + Cu => 2 [Cu (NH3)2]+ 如果蚀刻液中只含有四氨铜化合物，即只有主反应发生，则反应结 果会非常稳定。反之，如果四氨铜化合物生成其他化合物，并且生
3.1.3 络合生成稳定的[Cu(NH3)4]++
•
络合过程 I 中所生成的氨/氧混
合气体通过分离器进行分离，
其中氨气被注入到蚀刻液中从 而使得 络合过程 II 生成 [Cu(NH3)4]++，进而优化整个蚀 刻过程
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改变蚀刻制程的原因， 1. 2. 3. 蚀刻均匀性 • 铜板表面的Cu+ 的浓度会影响蚀刻均匀性，只有通过不断的再生过程才能将其降至最低 蚀刻因子 • 随蚀刻速度（时间）而定 产能 • 取决于蚀刻速速
因此，通过不断的再生过程能够有效降低Cu+的浓度并提升蚀刻液的蚀刻速度，并由此不断优化蚀刻制程的质量和 产能 TOC再生系统的收益 产能: 质量: 节省: 灵活性: 蚀刻速度高且非常稳定High and stable etching speed 更高的蚀刻因子及均匀性High etch factor & improvement of uniformity 100%铜回收机蚀刻液再生+高质量的制程+物流的节省 分布式或者集中式安装方案
•
蚀刻因子：4 - 7
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3. 系统功能和制程设计
3.1 碱性蚀刻液再生 及铜回收系统
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Closed loop system fostering constant conditions and thus supplying: • Constant temperature • Constant concentration • Constant spray pressure • Constant chemical potentials
酸性蚀刻液 A. 蚀刻: Cu + CuCl + → 2 CuCl2Cu + 2HCL + H2O2 → CuCl2 + H2O B. 再生: 2CuCl + 2HCl + H2O2 => 2 CuCl2 + 2H2O 从酸/碱蚀刻的化学反应过程中我们可以进一步发现: 1/传统制程过程中的伴随反应会影响蚀刻过程的稳定性 2/再生系统会为蚀刻过程提供稳定的二价铜化合物(碱性中是四氨化合 物，酸性中为单氯化合物)，因此整个蚀刻反应过程更加稳定
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2.2 传统蚀刻液补充模式和再生模式的比较
Open system with different temperatures & concentrations consequently leading to: • Temperature gradient • Concentration gradient • Pressure gradient • Chemical potential gradient
3.1.4 稳定的四氨化铜的含量与生产/质量一致性的关系
化学势与四氨铜化合物的生成
铜与氨(NH3)之间可以形成5种配基，且四氨铜并不能100%生成，这也解释了蚀刻过程中存在的问题。 [Cu(H2O)n ]++ + n NH3 <= => 2 [Cu (NH3)n]++ + n H2O : n通常介于1和4 之间，最高可达5或6
– 电解铜的纯度可达99.1 % 以上
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2. PCB蚀刻制程比较
酸/碱蚀刻的一般制程情况
碱性蚀刻液 A.蚀刻: [Cu(NH3)4 ]++ + Cu => 2 [Cu (NH3)2]+ 2Cu + 4NH3 + 2NH4Cl + 1/2O2 => 2Cu (NH3)2Cl + 2OHB. 再生: 2Cu (NH3)2Cl + 2 (NH4)Cl + 2 (NH4)OH + 1/2 O2 => 2 Cu(NH3)4Cl2 +3H2O 碱性铜回收及蚀刻液再生系统 A. 蚀刻: [Cu(NH3)4]++ + Cu => 2 [Cu (NH3)2]+ B. 再生: 2 [Cu (NH3)2]+ + 2NH3 + 2 (NH4)+ + 1/2 O2 => 2[Cu(NH3)4]++ + 3H2O C. 电解 阳极 : 2NH3 + 2 H2O → 2(NH4)+ + 2OH2HO→ ½ O2 + H2O + 2e阴极: [Cu (NH3)2]+ + e- → Cu + 2NH3 [Cu(NH3)4]++ + 2e- → Cu + 4NH3
improves: Capability Quality Productivity
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2.3 系统基本性能
1. 碱性系统Alkaline system
• • 再生装置中通过注入氧气来氧化Cu(I) 再生装置中通过注入氨水来再生出四氨化合物
Chemical potential (V)
000
000 000
Concentration NH3 mol/l
1E-21 1E-19 1E-17 1E-15 1E-13 1E-11 1E-09 1E-07 1E-05 0.001 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 2 4 6 8 10 12
上述化学反应取决于蚀刻液中氨气的含量，为了在蚀刻液中保持高浓度的四氨铜化合物[Cu(NH3)4]++，则需要其他设 备进行 四氨铜[Cu(NH3)4]++再生并维持其含量稳定。
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3.1.6 二胺铜化合物的含量影响蚀刻质量
[Cu (NH3)2]+ 和蚀刻质量之间的关系
[Cu(NH3)4 ]++ + Cu ==> 2 [Cu (NH3)2]+ 由于二胺铜离子的形状和密度，使得其很容易在溶液中沉淀，形 成一个―致密层‖，且很难被移除。 这就是出现蚀刻不均匀现象产生的主要原因，即便二胺铜[Cu
Vertical Attac Etch Resist Lateral Attac Vertical Attac