Verfahren und Anlage zum Regenerieren einer ammoniakalischen Ätzlösung

Abstract

 Zum Regenerieren einer ammoniakalischen Ätzlösung wird der Ätzlösung Sauerstoff zur Rückoxidation des in der Ätzlösung enthaltenen Ätzmittels zugeführt. Daneben durchströmt zur Rückgewinnung des abgeätzten Metalls zumindest ein Teil der Ätzlösung eine Elektrolysezelle. Um eine rasch ansprechende Regelung zur Einstellung der Metalikonzentration in der Ätzlösung zu erreichen, wird die in der Elektrolysezelle an Metallionen abgereicherte Ätzlösung in die von der Ätzkammer abfließende und zu regenerierende Ätzlösung eingeführt. In der zur regenerierenden Ätzlösung wird nach Zugabe der abgereicherten Ätzlösung die Metallkonzentration bestimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren einer ammoniakalische:. Ätzlösung, der zur Rückoxidation des in der Ätzlösung enthaltenen Ätzmittels Sauerstoff zugeführt wird und die zumindest teilweise zur Rückgewinnung des abgeätzten Metalls eine Elektrolysezelle durchströmt. Gegenstand der Lrfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Alkalische Ätzmittel werden zum Ätzen metallischer Gegenstände, insbesondere zur Herstellung von Leiterplatten, die auch unter der Bezeichnung "gedruckte Schaltungen" bekannt sind, vor allem dann verwendet, wenn die zu ätzenden Leiterplatten gegen saure Ätzmedien nichtbeständige Metallteile, beispielsweise aus Blei, Zinn oder Nickel, aufweisen. Eine Rückoxidation der alkalischen Ätzlösung nach Abätzen des Metalls wird unter Zugabe von Ammoniakgas und/oder Ammoniumchlorid in Gegenwart von Sauerstoff bzw. Luft durchgeführt.

[0003] Aus DE-OS 30 31 567 ist es bekannt, in der Ätzlösung Katalysatorteilchen zu suspendieren, die das Ätzen selbst, aber auch die Rückoxidation der Ätzlösung beschleunigen und so den Zusatz chemischer Oxidationsmittel ersparen, die zu toxischen Restlösungen führen. Bei dem bekannten Verfahren werden die abgeätzten Metalle in einer Elektrolysezelle abgeschieden. Hierzu durchströmt ein Teil der Ätzlösung, die Ammoniumsulfat enthält, die Elektrolysezelle. Die abgeschiedenen Metalle werden an der Kathode der Elektrolysezelle abgeschieden, an der Anode entsteht Sauerstoff. Die an Metallionen abgereicherte Ätzlösung fließt zur Ätzkammer zurück.

[0004] Die Metallmenge, die in der Elektrolysezelle abzuscheiden ist, wird in Abhängigkeit vom Metallgehalt der zu regenerierenden Ätzlösung geregelt. Der Metallgehalt in der Ätzlösung soll einen Mindestwert nicht unterschreiten. Dabei wird eine möglichst geringe Regelverzögerung angestrebt. Wird die abgereicherte Ätzlösung in die Ätzkammer oder die zur Ätzkammer strömende regenerierte Ätzlösung eingeführt, so ist die Regelverzögerung auch vom Standort und von örtlicher Entfernung zwischen Ätzkammer und Regenerieranlage abhängig. Auch die Anzahl von an der Regenerieranlage angeschlossenen Ätzkammer beeinflußt das Regeln.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regenerieren einer Ätzlösung zu schaffen, das eine auf eine Änderung der Metallkonzentration in der Ätzlösung rasch ansprechende Regelung aufweist, die unabhängig von örtlichen Gegebenheiten bei der Aufstellung von Regenerieranlage und Ätzkammer arbeitet.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die aus der Elektrolysezelle entnommene, an Metallionen abgereicherte Ätzlösung wird unmittelbar in die von der Ätzkammer abfließende, zu regenerierende Ätzlösung eingeführt, so daß sich mit den die Metallionenkonzentration in der Ätzlösung messenden Einrichtungen in sehr kurzer Zeit der durch Zumischen abgereicherter Ätzlösung erreichte Istwert des Metallanteil^sin der Ätzlösung ermitteln läßt. Die Totzeit der Regelstrecke wird somit erheblich verkürzt.

[0007] Eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Anlage weist einen Zulauf für aus der Ätzkammer entnommene, zu regenerierende Ätzlösung und einen Rücklauf für regenerierte Ätzlösung zur Ätzkammer auf. Die Ätzlösung wird unter Zufuhr von Sauerstoff regeneriert. In einer am Zulauf für die zu regenerierende Ätzlösung angeschlossenen Ätzmittelleitung strömt ein Teil der Ätzlösung zu einer Elektrolysezelle zum Abscheiden abgeätzten Metalls. Um eine vom Standort von Regenerieranlage und Ätzkammer unabhängige Regelung mit kurzer Regelverzögerung zu erreichen, ist an der Elektrolysezelle für die Metallionen abgereicherte Ätzlösung eine Entnahmeleitung angeschlossen, die zum Zulauf der zu regenerierenden Ätzlösung geführt ist.

[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Patentansprüchen 2 und 3 ist vorgesehen, die Entnahmeleitung an der Elektrolysezelle an einem Überlauf für Elektrolyt anzuschließen. An Metallionen abgereicherte Ätzlösung wird so unmittelbar nach Einströmen zu regenerierender Ätzlösung in die Elektrolysezelle aus dieser abgeführt und mit zu regenerierender Ätzlösung vermischt. Dies führt zu einer weiteren Verkürzung der Totzeit der Regelstrecke. Die Entnahmeleitung mündet in einem Auffangbehälter, in den aus der Ätzkammer abgeführtes, zu regenerierendes Ätzmittel über ein kommunizierendes Röhrensystem einläuft. Ätzkammer und Auffangbehälter weisen daher stets den gleichen Ätzlösungsspiegel auf, zusätzliche Förderaggregate zum überlaufen von Ätzlösung aus der Ätzkammer zur Regenerieranlage entfallen.

[0009] Eine sehr kompakte Anordnung und eine einfache Handhabung der Regenerieranlage ergibt sich durch die Ausbildung der Anlage nach Patentanspruch 5. Danach sind Auffangbehälter, Elektrolysezelle und Förderaggregate für die Ätzlösung sowie die Sauerstoffzufuhr innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet, das an der Ätzkammer lediglich über den Zulauf und den Rücklauf anzuschließen ist.

[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0011] In der Zeichnung ist eine an eine Ätzkammer 1 mit Spülkammer 2 angeschlossene Regenerieranlage schematisch dargestellt. Die zu regenerierende Ätzlösung, die Ammoniumsulfat in Verbindung mit Kupfertetramminkomplex als Ätzmittel enthält, fließt aus der Ätzkammer 1 über einen Zulauf 3 in einen Auffangbehälter 4, der an der Ätzkammer über ein System kommunizierender Röhren angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel fließt die Ätzlösung im Zulauf 3 in einem Verbindungsrohr in natürlichem Gefälle aus der Ätzkammer 1 in den Auffangbehälter 4 ein. Vom Auffangbehälter 4 wird die zu regenerierende Ätzlösung mittels einer Pumpe 5 über eine Druckleitung 6 zu einem Rohranschluß 7 geführt, von dem ausgehend eine Ätzmittelleitung 8 zu einer Elektrolysezelle 9 geführt ist. Ein in der Ätzmittelleitung 8 eingesetzter Durchflußregler 10 bestimmt den zur Elektrolysezelle 9 strömenden Teil der Ätzlösung.

[0012] Am Rohranschluß 7 ist noch eine Verbindungsleitung 11 zu einer Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 angeschlossen. Mittels der Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 wird zur Rückoxidation der zur Ätzkammer im Rücklauf 13 zurückströmenden Ätzlösung Sauerstoff eingeführt. Am Saugstutzen 14 der Flüssigkeitsstrahlpumpe ist eine Gasleitung 15 angeschlossen, die in der Elektrolysezelle 9 im Gasraum oberhalb des Elektrolyten mündet und die mit Sauerstoff gespeist wird, der an der Anode 16 der Elektrolysezelle 9 beim Abscheiden von Metall an der Kathode 17 gebildet wird. Als Arbeitsmittel dient der Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 die von der Pumpe 5 über die Druckleitung 6 in die Verbindungsleitung 11 geförderte Ätzlösung.

[0013] In die Gasleitung 15 führt zur Zufuhr von Ammoniak eine Ammoniakleitung 18, die an einem mittels einer ADsperrvorrichtung 19 verschließbaren Vorratsbehälter 20 für Ammoniak angeschlossen ist. Von der Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 ist somit mit dem aus der Elektrolysezelle abgesaugten, Sauerstoff enthaltenden Gas zugleich frisches Ammoniak in die Ätzlösung einleitbar, um den pH-Wert der Ätzlösung zu regulieren. Die Absperrvorrichtung 19 steht zu diesem Zweck mit einem in der Ätzmittelleitung 8 eingesetzten pH-Wert-Meßgerät 21 mit einer Meßelektrode in Wirkverbindung. Fällt der pH-Wert unter einen vorgegebenen zulässigen Grenzwert ab, so wird die Absperrvorrichtung 19 geöffnet und in die Ätzlösung Ammoniak eingeleitet. Das pH-Wert-Meßgerät schaltet die Absperrvorrichtung 19 mit Hilfe elektrischer Steuereinheiten.

[0014] Vor der Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 mündet in die Verbindungsleitung 11 eine Druckentlastungsleitung 22, die zum Ablauf von Ätzlösung in den Auffangbehälter 4 geführt ist.

[0015] In der Ätzmittelleitung 8 befindet sich neben dem Durchflußregler 10 und dem pH-Wert-Meßgerät 21 noch ein Gerät 23 zur Messung der Metallionenkonzentration. Die Metallionenkonzentration in der Ätzlösung bestimmt die Arbeitsweise der Elektrolysezelle. Das Gerät 23 steht hierzu in Wirkverbindung mit einem am Ende der Ätzmittelleitung 8 eingesetzten, magnetisch gesteuerten Dreiwegeventil 24, an das einerseits das zur Elektrolysezelle 9 geführte Endstück 8' der Ätzmittelleitung 8 angeschlossen ist und andererseits eine Umgehungsleitung 25, die im Auffangbehälter 4 mündet. Das Dreiwegeventil 24 ist zur Elektrolysezelle 9 hin geöffnet. Fällt die Metallionenkonzentration der Ätzlösung unter einen vorbestimmten Wert, so wird das Dreiwegeventil 24 umgeschaltet. Die Ätzlösung fließt dann über die Umgehungsleitung 25 ab. Die Elektrolysezelle wird abgeschaltet.

[0016] Vom Ausgang der Elektrolysezelle führt ein Elektrolytüberlauf 26 die an Metallionen abgereicherte Ätzlösung über eine Entnahmeleitung 27 zum Auffangbehälter 4. Die hier abgereicherte Ätzlösung wird im Auffangbehälter mit der zu regenerierenden Ätzlösung vermischt und verringert so deren Metallionenkonzentration.

[0017] Die zu regenerierende Ätzlösung wird aus dem Auffangbehälter 4 von der Pumpe 5 angesaugt und in der Ätzmittelleitung 8 über Durchflußregler 10 und pH-Wert-Meßgerät 21 zum Gerät 23 gefördert, das auf die verminderte Metallionenkonzentration in der Ätzlösung reagiert.

[0018] Unterhalb der Elektrolysezelle 9 befindet sich noch ein Ablaufbehälter 28. Er dient der Entleerung der Elektrolysezelle und ist über einen Auslauf 29, der mittels eines Magnetventils 30 absperrbar ist, am Boden der Elektrolysezelle 9 angeschlossen. Ätzlösung kann aus der Elektrolysezelle 9 in den Ablaufbehälter 28 auch über einen zweiten Überlauf 31 einfließen.

[0019] Für einen Umlauf von Ätzlösung in der Elektrolysezelle 9 sorgt eine Lösungsmittelpumpe 32. Die Lösungsmittelpumpe taucht mit ihrer Saugleitung 33 in den Ablaufbehälter 28 ein, in den die Ätzlösung über den Überlauf 31 einfließt, und fördert die Ätzlösung über einen Filter 34 in ihrer Druckleitung 35 zurück zur Elektrolysezelle. Die Ätzlösung tritt im Ausführungsbeispiel zwischen Anode 16 und Kathode 17 in die Elektrolysezelle ein. Nach Abschalten der Elektrolysezelle wird die Ätzlösung durch Öffnen des Magnetventils 30 in den Ablaufbehälter 28 entleert. Vor erneutem Betrieb der Elektrolysezelle wird die Ätzlösung aus dem Ablaufbehälter mittels der Lösungsmittelpumpe 32 in die Elektrolysezelle zurückbefördert.

[0020] Im Ausführungsbeispiel werde zum Ätzen von Kupfer eine Ammoniumsulfat und Kupfertetramminkomplex enthaltende Ätzlösung verwendet. Zwischen Ätzkammer und Regenerieranlage wurden 150 1 Ätzlösung im Kreislauf geführt. Die frische Ätzlösung enthielt 150 g Ammoniumsulfat und 50 g Kupfer pro Liter. In der Ätzkammer wurde die auf einen pH-Wert von 9 eingestellte Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 °C mittels Düsen auf zu ätzende Werkstücke versprüht. Es wurden kupferkaschierte Leiterplatten geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit betrug dabei 30 pm Kupferoberflächenabtrag pro Minute.

[0021] Die in der Regenerieranlage installierte Elektrolysezelle wies eine Abscheideleistung von 600 g Cu/h auf. Die Elektrolysezelle arbeitete mit 860 A Gleichstrom, dies entspricht bei einer Elektrodenfläche von 860 cm² einer Stromdichte von 10 A/dm². Durch Abscheiden von Metall an der Kathode wurde die Ätzlösung bei ihrem Durchlauf durch die Elektrolysezelle um 20 g Cu/1 abgereichert.

[0022] In der Regenerieranlage wurde die Ätzlösung durch Zugabe von Ammoniak auf ihren pH-Wert von 9 als Sollwert eingestellt. Der Durchflußregler arbeitete bei einem Sollwert von 30 1 Ätzlösung pro Stunde mit einer Regelabweichung von ± 2 1/h. Wurde bei Bestimmung des Metallgehaltes vom Gerät 23 in der Ätzlösung eine Kupferkonzentraion von 53 g Cu/1 gemessen, so wurde bei entsprechender Stellung des Dreiwegeventils Ätzlösung zur Elektrolysezelle geleitet, bis die Kupferkonzentration auf 50 g Cu/1 abgesunken war. Bei diesem Wert wurde das Dreiwegeventil 24 umgestellt und die Elektrolysezelle abgeschaltet. Die in der Elektrolysezelle an Metallionen abgereicherte Ätzlösung wurde in den Auffangbehälter zurückgeführt. Es ergaben sich kurze Totzeiten für die Regelstrecke.

[0023] Im Verlaufe von acht Betriebsstunden wurden 5,5 kg Kupfer an der Kathode abgeschieden. Diese Menge abgeschiedenen Kupfers entspricht 67 % der theoretisch abscheidbaren Kupfermenge, bezogen auf den durch die Elektrolysezelle geflossenen Strom.

[0024] Die in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Teile der Regenerieranlage sind im Ausführungsbeispiel in einem Gehäuse untergebracht, das Auffangbehälter 4, Elektrolysezelle 9 und die Förderaggregate für die Ätzlösung und die Sauerstoffzufuhr aufweist. Zu den Förderaggregaten gehören die Pumpe 5 zur Förderung des zu regenerierenden Ätzmittels, die Flüssigkeitsstrahlpumpe 12 zum Einbringen des Sauerstoff und Ammoniak enthaltenden Gases in die Ätzlösung sowie die Lösungsmittelpumpe 32 für den Umlauf der Ätzlösung in ihrer Zusammensetzung als Elektrolyt in der Elektrolysezelle 9.

[0025] Das Gehäuse enthält darüberhinaus auch Durchflußregler 10, pH-Wert-Meßgerät 21 sowie Gerät 23 zur Messung der Metallionenkonzentration. Unterhalb der Elektrolysezelle befindet sich - im Gehäuse neben dem Auffangbehälter 4 angeordnet - der Ablaufbehälter 28 für den Elektrolyt. Die Teile der Regenerieranlage sind im Gehäuse raumsparend angeordnet. Das Gehäuse ist an einer Ätzkammer nur noch über Zulauf 3 und Rücklauf 13 anzuschließen. Die örtliche Entfernung zwischen Ätzkammer und Regenerieranlage spielt für den ordnungsgemäßen Betrieb der Regenerieranlage keine Rolle.

Ansprüche

1. Verfahren zum Regenerieren einer ammoniakalischen Ätzlösung, der zur Rückoxidation des in der Ätzlösung enthaltenen Ätzmittels Sauerstoff zugeführt wird und die zumindest teilweise zur Rückgewinnung des abgeätzten Metalls eine Elektrolysezelle durchströmt, dadurch gekennzeichnet , daß die in der Elektrolysezelle an Metallionen abgereicherte Ätzlösung in die zu regenerierende Ätzlösung eingeführt wird.

2. Anlage zum Regenerieren einer ammoniakalischen Ätzlösung mit einem Zulauf für aus der Ätzkammer entnommene, zu regenerierende Ätzlösung und einem Rücklauf für unter Zufuhr von Sauerstoff regenerierte Ätzlösung zur Ätzkammer, sowie mit einer Elektrolysezelle, in der eine an der Zuführung angeschlossene Ätzmittelleitung für einen Teil der Ätzlösung mündet, dadurch gekennzeichnet , daß an der Elektrolysezelle (9) eine Entnahmeleitung (27) für an Metallionen abgereicherte Ätzlösung angeschlossen ist, die zum Zulauf (3) der zu regenerierenden Ätzlösung geführt ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Entnahmeleitung (27) an einem Elektrolytüberlauf (26) der Elektrolysezelle (9) angeschlossen ist.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Entnahmeleitung (27) in einem Auffangbehälter (4) mündet, in den aus der Ätzkammer (1) abgeführte, zu regenerierende Ätzlösung über ein kommunizierendes Röhrensystem einläuft.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichn e t , daß Auffangbehälter (4), Elektrolysezelle (9) und Förderaggregate (5, 12, 32) für die Ätzlösung und die Sauerstoffzufuhr innerhalb eines gemeinsamen, über Zulauf (3) und Rücklauf (13) an der Ätzkammer (1) anschließbaren Gehäuses angeordnet sind.

Zeichnung