印制電路板制造濕流程中央加藥系統的末端設計方案研究

付 藝 向 鋮 陳顯任

（珠海方正科技多層電路板有限公司-F7，廣東 珠海 519175）

0 前言

中央加藥系統（Centers Chemicals Supply and Dispensing Control System，CDC）是一種集化學藥液配制、攪拌、儲存、輸送、添加和自動控制于一體的成套設備，廣泛應用于石油化工、污水處理、五金電鍍等行業，可以減少生產線藥品的儲存量、減少人工搬運和預防化學品安全事故。濕流程的中央加藥系統是印制電路板（PCB）工廠自動化、智能化項目的重要組成部分，近年來在各大PCB智能化工廠推廣開來。本文從PCB工廠濕制程對中央加藥系統的需要，提出中央加藥系統的末端設計方案。

1 中央加藥系統的供藥方式

中央加藥系統的設計從供藥方式上可以分為三種，即叫藥方式、恒壓供藥和重力流供藥（如表1所示）。叫藥方式的設計方案是現場儲藥桶的液位計傳達低液位信號至中央儲藥桶泵，供藥泵自動或手動供藥；當現場儲藥桶高液位時，供藥泵自動/手動停止供藥；恒壓供藥的設計方案是中央儲藥桶泵通過管道保壓狀態向現場儲藥桶進行供藥；管道內供藥壓力接近定，當有用藥需求時，管道內壓力降低，中央儲藥桶泵啟動供藥；當用藥需求停止管道內壓力達到設定值時，中央儲藥桶泵浦停止供藥；重力流供藥方式是中央儲藥桶泵浦先將藥水打到高處儲存桶，再通過管道重力流供往低處的現場儲藥桶。不同的PCB廠家因投資規劃、廠房布局和管理理念的不同，所采用的供藥方式也不盡相同。

表1 中央加藥系統不同供藥方式的綜合評分

從表1的綜合評分來看，恒壓供藥方式相比其他兩種方式具有一定的優勢，因此，本文針對恒壓供藥系統在生產線端的添加設計方案進行研究，以滿足不同的PCB化學處理工藝的自動加藥需求。

2 濕流程生產線中央加藥需求

目前PCB工廠的中央加藥系統規劃的供藥種類主要是通用型的大宗藥水，如三酸兩堿、過硫酸鈉、過氧化氫、蝕刻液、退膜液和退錫液等十幾種藥水；常規生產線如沉銅、沉鎳金等流程因不同供應商的藥水配方有所差異并且種類較多而采用生產線旁邊（以下簡稱線邊）自動加藥設計，通常由生產設備商或藥水商提供方案，添加桶的容量一般在200 L～500 L。

PCB制造工藝非常復雜，不同的濕流程生產線需求的藥水類別、加藥點位數量不一樣（如表2所示），因而中央加藥系統在生產線端的添加設計方案（末端添加設計）需根據工藝需求進行設計，以達到既方便生產操作、兼顧安全，又要降低配置成本的效果。

3 中央加藥系統末端添加設計方案

3.1 線邊儲存槽中轉添加設計

從表2可知，中央加藥系統的末端加藥需求主要分為5大類，其中第1、2兩類加藥方式相同，都是中央加藥管道對接生產線邊的儲存槽，再由生產設備自帶的定量添泵進行自動加藥。第1類只需配置1個存儲槽，而第2類需要配置2個儲存槽，因此這兩類需求的末端添加設計方案相同。

表2 中央加藥系統末端加藥需求表

這種設計方案的控制方式是每種藥水的中央加藥管道下點均進入現場暫存桶，利用現場暫存桶浮球液位計控制供藥支管上的氣動閥開啟與關閉，實現自動添加。暫存桶、液位浮球及信號及連接生產線的自動添加系統均需設備配套（如圖1、圖2所示）。

圖1 線邊儲存槽中轉添加設計圖示

圖2 中央加藥管道與線邊暫存槽連接

3.2 直接定量添加到副槽或主槽設計

以圖形電鍍線的中央加藥為例，是典型的第3類單藥多槽添加需求，該生產線有除油槽、微蝕槽、酸浸槽，以及多達十幾個的鍍銅鍍錫槽需要添加硫酸，而且單次添加量較大，有時到達2 000升以上，而開缸時則超過10 000 L。如果按第1類需求設計線邊儲存槽，那么槽體積非常龐大，現場存放空間受限，并且需要配置十幾臺大功率的自動添加泵，成本較高。針對此類需求，可設計為一條中央加藥主管連接多條分支管道直接進入副槽或主槽，共用1套定量控制系統（包括電磁流量計，觸摸屏+電控箱），如圖3所示。

圖3 直接定量添加到副槽設計圖示

該添加方案不受副槽或主槽的液位影響，根據加藥需求（通常是分析補加），由生產人員在控制系統觸摸屏上點擊需要加藥的缸位，然后輸入加藥體積，確認無誤后，點擊開始添加。系統依次打開對應缸位的支管氣動閥和主管氣動閥，開始加藥，同時主管氣動閥上的電磁流量計開始記錄加藥量，當達到目標加藥量時，流量計信號傳給控制系統，隨即關閉主管氣動閥和支管氣動閥，加藥完成。另外，主管和支管上還設計有多個球閥，用于加強安全控制和維修開關，提高了系統的安全性和適用性。第4類單槽單藥的保養加藥需求，主要是濃硝酸，用于圖形電鍍剝掛槽和沉鎳金線的硝槽保養。其末端添加設計與第3類相似，中央加藥管道直接下到工作缸，是最簡單的直接定量添加到主槽設計。

3.3 線邊配藥槽定量混合添加設計

第5類加藥需求出自部分化學處理工藝，其采用兩種或多種藥水混合反應。在添加到工作槽之前，幾種藥水需要混合均勻，例如內層前處理微蝕液和化學減銅微蝕液、除膠渣錳槽和化銅槽的保養清洗液，這樣使得制程更加穩定。這類藥水通常使用50%硫酸、35%過氧化氫和DI（去離子水）水按一定的比例配制成混合液，保養時自動添加到工作槽用作炸缸清洗液，或生產時中轉至存儲桶用作生產自動補加。

如圖4所示，混合配藥槽設計有高、中、低3級液位感應器，位置高度分別對應3種液體的添加量。當生產線需要配藥時，操作人員在自動加藥控制系統觸摸屏點擊“配藥”，系統首先打開低液位需要添加的藥水或DI水管道上的氣動閥，待添加至低液位時即關閉該氣動閥；然后再打開中液位需要添加的藥水管道上的氣動閥A或B，待藥水A或B添加至中液位時即關閉該氣動閥；最后完成高液位對應藥水的自動添加。各類藥水添加完成后，開啟內循環電動泵30～60分鐘，將配制的藥液混合均勻，然后根據需要可將混合液通過氣動泵抽到暫存桶或直接抽到工作缸。

圖4 線邊配藥槽定量混合添加設計圖示

4 末端添加設計方案的風險控制

上文論述的末端添加設計方案對應的中央加藥系統為恒壓供藥設計，管道內部藥水保持一定壓力，存在一定的安全風險，如泄漏、加藥失控等問題，需要從設計方面做好預防。

在末端添加安全控制方面，線邊存儲槽中轉添加和線邊配藥槽定量混合添加設計，兩種方案采用高低液位控制供藥，即根據現場暫存槽液位自動供藥。當液位達到超高液位和超低液位時，現場聲光報警器立即啟動報警；氣動閥開關設置執行到位開關，如開關信號未到位，傳輸報警信號至中央監控。對于直接定量添加到副槽或主槽方案的安全設計，當管道供藥壓力超過監控值上限和下限時，現場加藥控制系統和中央加藥儲罐區控制室的控制系統發出進藥聲光報警信號（如圖5、圖6所示），通知維護人員及時排查隱患。

圖5 圖形電鍍線的控制系統圖

圖6 中央加藥儲罐區的控制系統

在輸送系統安全方面，供藥泵的選型應滿足輸送藥劑的要求（如耐腐蝕、抗氧化、耐磨損等）和用藥量的需求（流量和揚程等），同種藥劑的供藥采用互為備用的連接方式，金屬部件都采用鈦合金材質。輸藥泵設置機械泄壓閥，當達到設定的管道預警壓力時，泄壓閥自動打開，藥水自動回流到儲存罐內；同時，泄壓信號傳至中央監控，泄壓時自動報警。輸送管道同樣滿足供藥要求，有壓管道都采用雙層設計，外層采用透明聚氯乙烯（UPVC）管，并且設置泄壓報警裝置，如有泄漏，報警信號立即傳至中央監控，并自動停止該輸送管道的輸送泵動作。

所有信號包括中央加藥區流量計、儲罐液位和儲存量、儲罐液位報警、泵啟停、供藥壓力、管道泄漏報警、氣動閥開關、末端暫存槽聲光報警、末端流量計等均需接入中央加藥控制室PLC系統內，并且PLC（可編程邏輯控制器）系統遠程連接廠房中央監控系統。

5 總結

（1）印制電路板制造濕流程生產線的自動加藥需求可以分為5種，基于恒壓供藥系統對應的末端添加設計方案可以分為3類，即線邊儲存槽中轉添加設計、直接定量添加到副槽、主槽設計與線邊配藥槽定量混合添加設計。

（2）針對不同的濕流程生產線，可從工藝特點和用藥需求上分析，綜合考慮操作便利性、配置成本經濟性、用藥安全性和管理智能化等幾個因素，選擇合適的末端添加設計方案。