带监控蚀刻剂成份的高精度传感器的自动蚀刻剂再生系统技术方案

本发明专利技术公开了一种在蚀刻剂再生系统中用来监测各种蚀刻剂颜色浓度的高精度传感器。该传感器包括一个由派热克斯玻璃（Ｐｙｒｅｘ）或类似材料制成的管状感应室（１）和一个围绕该感应室（１）的一部分的光电管壳体。感应室（１）包括一个延伸进感应室（１）内部的杆状延伸体。光电管壳体提供光源（５），最好是发光二极管（ＬＥＤ）或激光，和一个光电探测器（７），两者通过光电管壳体内的孔光耦合。在附属于蚀刻机器的再生设备中使用两个这样的传感器，以便蚀刻铜、铁、不锈钢或其它材料。在另一实施例中，利用多个传感器来探测蚀刻剂的多个成份，这些成份依赖于所蚀刻的材料和所用蚀刻剂。利用两套传感器的系统特别适用于这样的蚀刻剂：当充分再生时它能很好地透射通过一种颜色的光；而当完全失效时，它能很好地透射通过另一种颜色的光。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般来说涉及一种蚀刻剂再生系统，更具体地说，它涉及一种用来监控和处理蚀刻剂成份的设备和方法。
技术介绍
通常，氯化铜和氯化铁溶液分别用来蚀刻铜和铁。氯化铁也用来蚀刻不锈钢及铁镍合金。虽然这些蚀刻剂在蚀刻工件上的金属时非常有效，但蚀刻过程会变得越来越无效。蚀刻过程会引起二价铜离子(Cu2+)持续减少变为一价铜离子(Cu1+)，及三价铁离子(Fe3+)持续减少变为二价铁离子(Fe2+)，而一价铜离子和二价铁离子用作蚀刻剂是无效的，并且随着浓度的增加它们会阻碍蚀刻进程。这样，随着时间的推移，进入蚀刻液的一价铜离子和二价铁离子的持续增加会降低蚀刻过程的效率。氯化铜和氯化铁的颜色和透明度会随其成份的改变而改变。新鲜的氯化铜溶液呈清澈的绿色，但包含足量的氯化亚铜的失效溶液则因氯化亚铜而变成棕色不透明的。由于不能溶解，氯化亚铜会形成一种棕色的沉淀物。新鲜的氯化铁溶液呈清澈的红琥珀色，但包含足量的氯化亚铁的失效溶液呈清澈的绿色。为了弥补蚀刻效力的慢慢降低，可利用现有技术的系统再生蚀刻剂。这种现有技术的系统之一公开在美国专利US 4132585中，它一般也为本专利技术的受让人所拥有，在此引入该专利技术的内容以作参考。该专利4132585公开了一种蚀刻剂再生系统，该系统监控取自蚀刻器的蚀刻剂溶液的成份，以诊断是否缺乏某种成份。一个光传感器用来敏感通过蚀刻剂的光线的颜色的强度。一个第一记录继电器用来对该光传感器作出反应。如果蚀刻剂的颜色浓度超出预设水平，则驱动一个泵用来向蚀刻剂中加入某种组成成份。一个第二光传感器在某种组成成份加入之后敏感通过该蚀刻剂的光线的颜色的强度。一个第二记录继电器用来对第二光传感器作出反应。假如没有检测到蚀刻剂颜色的改善，则该第二记录继电器使得该种组成成份添加中止并切换至另一组成成份的添加，直到蚀刻剂被恢复。在现有技术的系统中，传统的光传感器利用一个白炽灯泡来发光通过丙烯酸管的管壁，蚀刻剂在该管中流动。光通过蚀刻剂的管的部分称为感应室(sensing chamber)。光然后从蚀刻剂中穿出，通过光源对面的管壁，并射在一个探测器上。该探测器测量透射过溶液的光线量。尽管再生一定数量的失效氯化铜是有效的，但传统的传感器有一些缺陷。首先，感应室由丙烯酸组成。光线穿透丙烯酸的能力随各点而变，并且随着时间的推移丙烯酸会变得混浊。探测器和光源因此必须经常根据这些变化来校准。丙烯酸也有散射入射光的趋势。因此一些入射光会穿过丙烯酸并到达探测器，而非所想要的那样穿过蚀刻剂液流。此外，丙烯酸对温度的变化敏感。例如，在寒冷的气候下蚀刻器开始蚀刻时的温度突变可能使丙烯酸管破裂。现有技术系统中感应室的大小和形状也影响颜色浓度测量的精确性。在一实施例中，感应室的直径大约为15mm，以促使蚀刻剂流过再生系统。因为从光源中来的光在射在探测器之前必须穿过这段距离，所以许多光可能被阻滞在失效溶液中。除非蚀刻剂浓度低，否则入射光线的阻滞导致蚀刻剂透明性测量精度的下降，并限制了可测量到的最大浓度。利用白炽灯泡作为光源是传统传感器的另一缺陷。“白炽”是指包含大范围波长的白光。然而，只有特定波长的光对监控感应室中的蚀刻剂有用。为了使高强度的特定波长的光通过蚀刻剂，必须有很高强度的白炽光射入感应室。发出很高强度光的白炽灯泡必然产生大量的热，时间一长，就会对环绕传感设备的丙烯酸管和探测设备产生破坏。这两种破坏都会导致传感系统的不精确，及蚀刻剂再生系统的无效。入射白光的高强度也会导致探测器操作的不精确。波长超过理想范围的漫射光可以不协调和不可预知的程度到达探测器。探测器无法区分漫射光和波长在合适范围内的光。为计及这一误差，探测器必须经常校准。然而，因为到达探测器的附加光线的量无法预知，所以校准过程常常有困难。使用具有合适波长的相对低强度光的另一结果是，传感器不能在蚀刻剂中金属铜浓度较低的情况下工作，传感器在铁蚀刻剂中根本不能工作。在透明的蚀刻剂中被最好透射过并进入液体的特定波长段的光越少，完全阻滞该光所要求的沉淀物就越少。可被精确监控的沉淀物的量最为关键。因为沉淀物的量大致同溶液中的游离金属成比例，金属铜的浓度同样有限制。在传统系统中，能够被感知到的铜的最大浓度大约是每加仑蚀刻剂含铜27盎司。氯化铁透明度的测量要求应用红光波长的光。在此波长范围，白炽灯泡只能产生低强度的光。为了产生足够的红光来监控足量的氯化铁，白炽灯泡必须很亮，以至它产生的热量将损坏传感器。而且，任何绿光都将使传感器失效。因此，采用传统的感应系统无法就地(on-site)再生氯化铁。目前，氯化铁的再生是通过应用场外(off-site)设备，以试错法(trail-and-error)添加大量的酸和氧化剂来完成的。然后，再生的蚀刻剂再销售给蚀刻者。失效蚀刻剂在回收设备之间的来回运输，以及测量所要求的安全性，都给蚀刻者带来额外的开支。传统探测器也有各种缺陷。灯泡对面的探测器是一个硫化镉光电池，它具有高达200％的容限。结果，在给定设备上的两个探测器不得不相互匹配以使再生系统精确运行。因此探测器要求经常再校准。而且，探测器不能通过密封来防止气体氯或丙烯酸管中的溶剂的污染。由于缺乏保护，因此要求频繁更换探测器。
技术实现思路
本专利技术在一个实施例中提供了一个更为精确的传感器来监控各种蚀刻剂的颜色浓度。本专利技术可以用于蚀刻剂再生机器，这需基于传感器的测量给蚀刻剂添加适量的酸和/或氧化剂。这种蚀刻剂再生方法利用从工件蚀刻下来的物质，然后添加适量的酸和氧化剂来产生更多的蚀刻剂。然后过剩的蚀刻剂从系统中排出并再循环。在本优选实施例中，蚀刻剂再生系统的传感器包括一个派热克斯耐热玻璃(Pyrex)或等同物制成的管状的感应室和一个围绕该感应室的一部分的光电管壳体(light cell housing)。或者感应室也可用另一种透明、绝热、耐用的材料来制成。蚀刻剂从传统的蚀刻剂系统转入感应室。该感应室包括一个延伸进感应室内部的杆状延伸体。光电管壳体中容纳光源，最好采用发光二极管(LED)或激光，和一个光电探测器，二者通过该壳体中的一个孔进行光耦合。在一个替换实施例中，本专利技术提供一种蚀刻剂再生系统。再生设备中使用的两个传感器附加在用以蚀刻铜、铁、不锈钢或其它材料的蚀刻机器上。在本专利技术的另一实施例中，根据所蚀刻材料和所用蚀刻剂，利用多个传感器来探测蚀刻剂的多种成份。利用两套传感器的系统特别适用于这样的蚀刻剂当充分再生时它能很好地通过一种颜色的光；而当完全“失效”时，它能很好地通过另一种颜色的光。在附加实施例中，可能利用两套以上的传感器来探测多种蚀刻剂成份的存在。附图说明参考附图及下面的详细说明，将更好地理解本专利技术的这些及其它特征。其中图1为传感室的侧视图；图2为沿垂直和水平轴轻度倾斜的传感室的视图；图3是光电管壳体的传感室的顶视横截面图；图4是光电管壳体内传感室的侧视横截面图；本图示说明中的横截面轴由图3中的直线4表示；并且图5是含有依据本专利技术的传感器的自动蚀刻系统的示意图；图6是一个流程图，它根据本专利技术的一个实施例说明了自动蚀刻剂再生系统的步骤；图7是一个流程图，它根据本专利技术的一个实施例说明了自动蚀刻剂再生系统的步骤。具体实施例方式本专利技术能被用来在任何传统蚀刻系统中再生蚀刻剂，其中包括美国专利US41325本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测蚀刻剂成份的传感器，包括：一个感应室；与该感应室第一侧面相耦接的一个光源；具有第一端和第二端的一个光源延伸体，该第一端与光源相耦接，且该第二端延伸进入该感应室；及与该感应室第二侧面相耦接的一个光探测器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普卡尔波维奇，戴维弗莱恩，
申请(专利权)人：牛津VUE公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]