專(zhuān)利名稱(chēng)：帶監(jiān)控蝕刻劑成份的高精度傳感器的自動(dòng)蝕刻劑再生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及一種蝕刻劑再生系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，它涉及一種用來(lái)監(jiān)控和處理蝕刻劑成份的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
通常，氯化銅和氯化鐵溶液分別用來(lái)蝕刻銅和鐵。氯化鐵也用來(lái)蝕刻不銹鋼及鐵鎳合金。雖然這些蝕刻劑在蝕刻工件上的金屬時(shí)非常有效，但蝕刻過(guò)程會(huì)變得越來(lái)越無(wú)效。蝕刻過(guò)程會(huì)引起二價(jià)銅離子(Cu2+)持續(xù)減少變?yōu)橐粌r(jià)銅離子(Cu1+)，及三價(jià)鐵離子(Fe3+)持續(xù)減少變?yōu)槎r(jià)鐵離子(Fe2+)，而一價(jià)銅離子和二價(jià)鐵離子用作蝕刻劑是無(wú)效的，并且隨著濃度的增加它們會(huì)阻礙蝕刻進(jìn)程。這樣，隨著時(shí)間的推移，進(jìn)入蝕刻液的一價(jià)銅離子和二價(jià)鐵離子的持續(xù)增加會(huì)降低蝕刻過(guò)程的效率。
氯化銅和氯化鐵的顏色和透明度會(huì)隨其成份的改變而改變。新鮮的氯化銅溶液呈清澈的綠色，但包含足量的氯化亞銅的失效溶液則因氯化亞銅而變成棕色不透明的。由于不能溶解，氯化亞銅會(huì)形成一種棕色的沉淀物。新鮮的氯化鐵溶液呈清澈的紅琥珀色，但包含足量的氯化亞鐵的失效溶液呈清澈的綠色。
為了彌補(bǔ)蝕刻效力的慢慢降低，可利用現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)再生蝕刻劑。這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)之一公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利US 4132585中，它一般也為本發(fā)明的受讓人所擁有，在此引入該發(fā)明的內(nèi)容以作參考。該專(zhuān)利4132585公開(kāi)了一種蝕刻劑再生系統(tǒng)，該系統(tǒng)監(jiān)控取自蝕刻器的蝕刻劑溶液的成份，以診斷是否缺乏某種成份。一個(gè)光傳感器用來(lái)敏感通過(guò)蝕刻劑的光線的顏色的強(qiáng)度。一個(gè)第一記錄繼電器用來(lái)對(duì)該光傳感器作出反應(yīng)。如果蝕刻劑的顏色濃度超出預(yù)設(shè)水平，則驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵用來(lái)向蝕刻劑中加入某種組成成份。一個(gè)第二光傳感器在某種組成成份加入之后敏感通過(guò)該蝕刻劑的光線的顏色的強(qiáng)度。一個(gè)第二記錄繼電器用來(lái)對(duì)第二光傳感器作出反應(yīng)。假如沒(méi)有檢測(cè)到蝕刻劑顏色的改善，則該第二記錄繼電器使得該種組成成份添加中止并切換至另一組成成份的添加，直到蝕刻劑被恢復(fù)。
在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的光傳感器利用一個(gè)白熾燈泡來(lái)發(fā)光通過(guò)丙烯酸管的管壁，蝕刻劑在該管中流動(dòng)。光通過(guò)蝕刻劑的管的部分稱(chēng)為感應(yīng)室(sensing chamber)。光然后從蝕刻劑中穿出，通過(guò)光源對(duì)面的管壁，并射在一個(gè)探測(cè)器上。該探測(cè)器測(cè)量透射過(guò)溶液的光線量。
盡管再生一定數(shù)量的失效氯化銅是有效的，但傳統(tǒng)的傳感器有一些缺陷。首先，感應(yīng)室由丙烯酸組成。光線穿透丙烯酸的能力隨各點(diǎn)而變，并且隨著時(shí)間的推移丙烯酸會(huì)變得混濁。探測(cè)器和光源因此必須經(jīng)常根據(jù)這些變化來(lái)校準(zhǔn)。丙烯酸也有散射入射光的趨勢(shì)。因此一些入射光會(huì)穿過(guò)丙烯酸并到達(dá)探測(cè)器，而非所想要的那樣穿過(guò)蝕刻劑液流。此外，丙烯酸對(duì)溫度的變化敏感。例如，在寒冷的氣候下蝕刻器開(kāi)始蝕刻時(shí)的溫度突變可能使丙烯酸管破裂。
現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中感應(yīng)室的大小和形狀也影響顏色濃度測(cè)量的精確性。在一實(shí)施例中，感應(yīng)室的直徑大約為15mm，以促使蝕刻劑流過(guò)再生系統(tǒng)。因?yàn)閺墓庠粗衼?lái)的光在射在探測(cè)器之前必須穿過(guò)這段距離，所以許多光可能被阻滯在失效溶液中。除非蝕刻劑濃度低，否則入射光線的阻滯導(dǎo)致蝕刻劑透明性測(cè)量精度的下降，并限制了可測(cè)量到的最大濃度。
利用白熾燈泡作為光源是傳統(tǒng)傳感器的另一缺陷?！鞍谉搿笔侵赴蠓秶ㄩL(zhǎng)的白光。然而，只有特定波長(zhǎng)的光對(duì)監(jiān)控感應(yīng)室中的蝕刻劑有用。為了使高強(qiáng)度的特定波長(zhǎng)的光通過(guò)蝕刻劑，必須有很高強(qiáng)度的白熾光射入感應(yīng)室。發(fā)出很高強(qiáng)度光的白熾燈泡必然產(chǎn)生大量的熱，時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)對(duì)環(huán)繞傳感設(shè)備的丙烯酸管和探測(cè)設(shè)備產(chǎn)生破壞。這兩種破壞都會(huì)導(dǎo)致傳感系統(tǒng)的不精確，及蝕刻劑再生系統(tǒng)的無(wú)效。
入射白光的高強(qiáng)度也會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器操作的不精確。波長(zhǎng)超過(guò)理想范圍的漫射光可以不協(xié)調(diào)和不可預(yù)知的程度到達(dá)探測(cè)器。探測(cè)器無(wú)法區(qū)分漫射光和波長(zhǎng)在合適范圍內(nèi)的光。為計(jì)及這一誤差，探測(cè)器必須經(jīng)常校準(zhǔn)。然而，因?yàn)榈竭_(dá)探測(cè)器的附加光線的量無(wú)法預(yù)知，所以校準(zhǔn)過(guò)程常常有困難。
使用具有合適波長(zhǎng)的相對(duì)低強(qiáng)度光的另一結(jié)果是，傳感器不能在蝕刻劑中金屬銅濃度較低的情況下工作，傳感器在鐵蝕刻劑中根本不能工作。在透明的蝕刻劑中被最好透射過(guò)并進(jìn)入液體的特定波長(zhǎng)段的光越少，完全阻滯該光所要求的沉淀物就越少?？杀痪_監(jiān)控的沉淀物的量最為關(guān)鍵。因?yàn)槌恋砦锏牧看笾峦芤褐械挠坞x金屬成比例，金屬銅的濃度同樣有限制。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，能夠被感知到的銅的最大濃度大約是每加侖蝕刻劑含銅27盎司。
氯化鐵透明度的測(cè)量要求應(yīng)用紅光波長(zhǎng)的光。在此波長(zhǎng)范圍，白熾燈泡只能產(chǎn)生低強(qiáng)度的光。為了產(chǎn)生足夠的紅光來(lái)監(jiān)控足量的氯化鐵，白熾燈泡必須很亮，以至它產(chǎn)生的熱量將損壞傳感器。而且，任何綠光都將使傳感器失效。因此，采用傳統(tǒng)的感應(yīng)系統(tǒng)無(wú)法就地(on-site)再生氯化鐵。目前，氯化鐵的再生是通過(guò)應(yīng)用場(chǎng)外(off-site)設(shè)備，以試錯(cuò)法(trail-and-error)添加大量的酸和氧化劑來(lái)完成的。然后，再生的蝕刻劑再銷(xiāo)售給蝕刻者。失效蝕刻劑在回收設(shè)備之間的來(lái)回運(yùn)輸，以及測(cè)量所要求的安全性，都給蝕刻者帶來(lái)額外的開(kāi)支。
傳統(tǒng)探測(cè)器也有各種缺陷。燈泡對(duì)面的探測(cè)器是一個(gè)硫化鎘光電池，它具有高達(dá)200％的容限。結(jié)果，在給定設(shè)備上的兩個(gè)探測(cè)器不得不相互匹配以使再生系統(tǒng)精確運(yùn)行。因此探測(cè)器要求經(jīng)常再校準(zhǔn)。而且，探測(cè)器不能通過(guò)密封來(lái)防止氣體氯或丙烯酸管中的溶劑的污染。由于缺乏保護(hù)，因此要求頻繁更換探測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施例中提供了一個(gè)更為精確的傳感器來(lái)監(jiān)控各種蝕刻劑的顏色濃度。本發(fā)明可以用于蝕刻劑再生機(jī)器，這需基于傳感器的測(cè)量給蝕刻劑添加適量的酸和/或氧化劑。這種蝕刻劑再生方法利用從工件蝕刻下來(lái)的物質(zhì)，然后添加適量的酸和氧化劑來(lái)產(chǎn)生更多的蝕刻劑。然后過(guò)剩的蝕刻劑從系統(tǒng)中排出并再循環(huán)。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，蝕刻劑再生系統(tǒng)的傳感器包括一個(gè)派熱克斯耐熱玻璃(Pyrex)或等同物制成的管狀的感應(yīng)室和一個(gè)圍繞該感應(yīng)室的一部分的光電管殼體(light cell housing)。或者感應(yīng)室也可用另一種透明、絕熱、耐用的材料來(lái)制成。蝕刻劑從傳統(tǒng)的蝕刻劑系統(tǒng)轉(zhuǎn)入感應(yīng)室。該感應(yīng)室包括一個(gè)延伸進(jìn)感應(yīng)室內(nèi)部的桿狀延伸體。光電管殼體中容納光源，最好采用發(fā)光二極管(LED)或激光，和一個(gè)光電探測(cè)器，二者通過(guò)該殼體中的一個(gè)孔進(jìn)行光耦合。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種蝕刻劑再生系統(tǒng)。再生設(shè)備中使用的兩個(gè)傳感器附加在用以蝕刻銅、鐵、不銹鋼或其它材料的蝕刻機(jī)器上。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，根據(jù)所蝕刻材料和所用蝕刻劑，利用多個(gè)傳感器來(lái)探測(cè)蝕刻劑的多種成份。利用兩套傳感器的系統(tǒng)特別適用于這樣的蝕刻劑當(dāng)充分再生時(shí)它能很好地通過(guò)一種顏色的光；而當(dāng)完全“失效”時(shí)，它能很好地通過(guò)另一種顏色的光。在附加實(shí)施例中，可能利用兩套以上的傳感器來(lái)探測(cè)多種蝕刻劑成份的存在。


參考附圖及下面的詳細(xì)說(shuō)明，將更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征。其中圖1為傳感室的側(cè)視圖；圖2為沿垂直和水平軸輕度傾斜的傳感室的視圖；圖3是光電管殼體的傳感室的頂視橫截面圖；圖4是光電管殼體內(nèi)傳感室的側(cè)視橫截面圖；本圖示說(shuō)明中的橫截面軸由圖3中的直線4表示；并且圖5是含有依據(jù)本發(fā)明的傳感器的自動(dòng)蝕刻系統(tǒng)的示意圖；圖6是一個(gè)流程圖，它根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明了自動(dòng)蝕刻劑再生系統(tǒng)的步驟；圖7是一個(gè)流程圖，它根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明了自動(dòng)蝕刻劑再生系統(tǒng)的步驟。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明能被用來(lái)在任何傳統(tǒng)蝕刻系統(tǒng)中再生蝕刻劑，其中包括美國(guó)專(zhuān)利US4132585所述的系統(tǒng)，在此引入其內(nèi)容以用作參考。例如，當(dāng)利用氯化銅作為一種蝕刻劑的蝕刻過(guò)程產(chǎn)生氯化亞銅，則蝕刻劑的顏色濃度發(fā)生變化(例如，清澈度和透明度下降)。當(dāng)蝕刻劑因延長(zhǎng)使用而品質(zhì)惡化時(shí)，一個(gè)傳感器探測(cè)到該蝕刻劑成份的變化，并啟動(dòng)一系列再生蝕刻劑的反應(yīng)。
下面概述一個(gè)傳統(tǒng)蝕刻劑再生系統(tǒng)的實(shí)施例。保持蝕刻劑的一部分流經(jīng)含有兩個(gè)傳感器的蝕刻劑再生設(shè)備。該蝕刻劑液流經(jīng)該設(shè)備的第一傳感器。當(dāng)該第一傳感器測(cè)出的透明度足夠時(shí)，什么也不發(fā)生。然而，當(dāng)蝕刻劑的透明度低到一定程度時(shí)，該第一傳感器會(huì)激發(fā)反應(yīng)區(qū)中酸的加入，此反應(yīng)區(qū)位于第一傳感器的下游和第二個(gè)相同傳感器的上游。如果酸的加入在一定時(shí)間內(nèi)提高了蝕刻劑的透明度，正如第二傳感器所判定的那樣，則酸將持續(xù)加入，直到第一傳感器測(cè)出的透明程度足夠?yàn)橹?。然而，如果在這段時(shí)間內(nèi)透明度沒(méi)有提高，則酸的加入停止，并開(kāi)始加入氧化劑。如果第二傳感器探測(cè)到透明度提高，則氧化劑將持續(xù)加入，直到第一傳感器測(cè)出的透明程度足夠?yàn)橹?。一旦第一傳感器探測(cè)到透明度已經(jīng)恢復(fù)到正常參數(shù)值范圍內(nèi)，則酸和氧化劑的加入都停止。
除其它特征以外，本發(fā)明還提供大大提高了傳統(tǒng)蝕刻劑再生過(guò)程的精確性和效率的新穎的傳感器。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，傳感器利用當(dāng)作感應(yīng)室的派熱克斯玻璃(Pyrex)室1監(jiān)控蝕刻劑的透明度，該感應(yīng)室利用從蝕刻器那里轉(zhuǎn)入的一部分蝕刻劑流。作為替換方案，該感應(yīng)室可由任何絕熱且耐用的透明材料制成。感應(yīng)室的直徑最好足夠大，以確保在合理短的時(shí)間內(nèi)有足夠的蝕刻劑流過(guò)系統(tǒng)來(lái)再生蝕刻劑。然而，為了確保光不用通過(guò)蝕刻劑過(guò)大的體積，此直徑又應(yīng)該足夠小。這是因?yàn)檩^大的蝕刻劑體積降低了蝕刻劑中傳感器能精確監(jiān)測(cè)的金屬銅或鐵的濃度。在當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，感應(yīng)室的直徑大約為26mm，但它可以根據(jù)所用蝕刻器的大小改變。
派熱克斯玻璃(Pyrex)室1壁上的一個(gè)桿狀延伸體2朝著對(duì)面壁延伸入感應(yīng)室的內(nèi)部區(qū)域。桿狀延伸體2的末端3距離壁一般預(yù)選距離。大多數(shù)情況下，此距離為7mm時(shí)能很好地工作。該桿狀延伸體末端和壁間的距離最好不要太大，否則入射光必須通過(guò)太多的蝕刻劑，因此降低透明度測(cè)量的精度。然而，若該距離太小，則蝕刻劑中任何小氣泡的出現(xiàn)將顯著干擾透明度的讀數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，桿狀延伸體末端和所述感應(yīng)室對(duì)面壁之間的距離大約為1/4英寸。桿狀延伸體末端和感應(yīng)室對(duì)面壁間距離可能根據(jù)所用蝕刻劑、所蝕刻的材料和將蝕刻劑推往傳感器的流動(dòng)系統(tǒng)的特性而改變。該桿狀延伸體可以具有任何能把光從LED經(jīng)蝕刻劑導(dǎo)入光電探測(cè)器的形狀和材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，桿狀延伸體由派熱克斯玻璃(Pyrex)制成。
一個(gè)光電管殼體4圍繞派熱克斯玻璃(Pyrex)室并用來(lái)放置LED和光電探測(cè)器。該光電管殼體最好由PVC材料制成，并包括一個(gè)具有在感應(yīng)室對(duì)面末端上的用來(lái)裝配LED和光電探測(cè)器的固定件的徑向孔。感應(yīng)室定位在光電管殼體內(nèi)，以便LED5直接接近感應(yīng)室中桿狀延伸體的底部6。光電探測(cè)器7正好設(shè)置在感應(yīng)室壁的后面，直接在桿狀延伸體末端3的對(duì)面，從而為從LED經(jīng)桿狀延伸體，孔和蝕刻劑，再到達(dá)光電探測(cè)器的光線提供光耦合。在本發(fā)明的操作中，來(lái)自LED5的光從桿狀延伸體2的底部6通過(guò)感應(yīng)室的壁。桿狀延伸體2用作光纖以最小的漫射來(lái)引導(dǎo)光，并避免當(dāng)光必須橫越整個(gè)感應(yīng)室的直徑而帶來(lái)的不利。光從桿狀延伸體的末端3穿出，然后穿過(guò)末端3和對(duì)面壁9之間小容積的蝕刻劑8。凡是沒(méi)有被蝕刻劑吸收的光將到達(dá)探測(cè)器7。光電管殼體內(nèi)的一個(gè)間隔10可電連接到LED和光電探測(cè)器，并且導(dǎo)線通過(guò)孔11可到達(dá)光電管殼體外部。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，傳感器用于氯化銅的再生。在溶液中這種化合物同水分子形成絡(luò)合物。這些絡(luò)合物中的一種是黃色的，另一種是藍(lán)色的。這種溶液能透射的光在大約460nm到大約630nm，且綠光透射得最好。用來(lái)測(cè)量這種溶液透明度的最好的光是綠光。因?yàn)槁然~濃度的變化會(huì)改變綠光通過(guò)蝕刻劑透射的量。在一個(gè)實(shí)施例中，一種NichiaNSPG500S LED被用作光源。該LED產(chǎn)生范圍大約在520nm到545nm的光，運(yùn)行功率在2000至4000mCd之間，峰值功率達(dá)6000mCd。然而，根據(jù)本發(fā)明的原理，也可利用其它產(chǎn)生綠光波長(zhǎng)的LED光源。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明監(jiān)控用來(lái)蝕刻鐵的氯化鐵溶液的透明度。氯化鐵也在水溶液中形成絡(luò)合物。這些絡(luò)合物能透射的光的波長(zhǎng)從大約570nm到大約750nm，且紅光透射得最好。在蝕刻鐵時(shí)產(chǎn)生的氯化亞鐵吸收紅光。因此蝕刻劑對(duì)紅光吸收的變化是蝕刻劑是否需要恢復(fù)的一個(gè)很好的指示劑。在一個(gè)實(shí)施例中，一種Nichia NSPR500S LED被用作光源。該LED產(chǎn)生范圍大約在650nm到670nm的光，運(yùn)行功率在3000至5000mCd之間，峰值功率達(dá)5000mCd。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射器的功率為6000mCd，所發(fā)射光的波長(zhǎng)為690nm。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，采用一個(gè)3到4毫瓦的激光二極管。根據(jù)本發(fā)明的原理，也可利用其它產(chǎn)生紅光波長(zhǎng)的LED光源。
應(yīng)注意到，依據(jù)蝕刻劑的顏色，其它波長(zhǎng)的光也可能適合或被希望用于探測(cè)一種蝕刻劑是否失效。蝕刻劑的顏色可隨所蝕刻的材料而變化。例如，正如上面所說(shuō)明的，當(dāng)用氯化鐵來(lái)蝕刻鐵時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)大約是690nm的紅光的吸收是說(shuō)明蝕刻劑是否“失效”的一個(gè)很好的指示劑。這是因?yàn)槲g刻過(guò)程產(chǎn)生吸收波長(zhǎng)大約是690nm的紅光的氯化亞鐵。
可選擇的方案是，當(dāng)用氯化鐵來(lái)蝕刻300系列不銹鋼時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)大約是880nm的紅外光的吸收是說(shuō)明蝕刻劑是否失效的一個(gè)很好的指示劑。這是因?yàn)槲g刻300系列不銹鋼的過(guò)程產(chǎn)生吸收波長(zhǎng)大約是880nm的光的Cr2+離子，然而Cr3+離子是透射紅外線的。因此，不銹鋼被蝕刻得越多，蝕刻劑中的Cr2+離子就越多，通過(guò)蝕刻劑從光源透射到光電探測(cè)器的880nm的光就越少。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)用來(lái)測(cè)量鉻的存在的紅外線傳感器使用一個(gè)功率為4000mCd的LED。
在本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所蝕刻材料和所用蝕刻劑，利用多個(gè)傳感器來(lái)探測(cè)蝕刻劑的各種成份。例如，當(dāng)蝕刻鐵鎳合金，如鎳合金42或52時(shí)，采用兩套傳感器。一套傳感器被用來(lái)感應(yīng)氯化亞鐵的出現(xiàn)，另一套傳感器被用來(lái)感應(yīng)氯化鐵的出現(xiàn)。在其他實(shí)施例中，根據(jù)所蝕刻的材料和所用蝕刻劑，除上所特指的外，可能采用探測(cè)不同波長(zhǎng)光的其他傳感器。利用兩套傳感器的系統(tǒng)特別適用于這樣的蝕刻劑當(dāng)充分再生時(shí)它能很好地通過(guò)一種光的顏色；而當(dāng)完全“失效”時(shí)，它能很好地通過(guò)另一種光的顏色。在其他實(shí)施例中，利用兩套以上的傳感器來(lái)探測(cè)蝕刻劑的多個(gè)成份的出現(xiàn)。
本發(fā)明解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題。派熱克斯玻璃(Pyrex)不會(huì)隨時(shí)間變模糊。光通過(guò)派熱克斯玻璃(Pyrex)的能力較少發(fā)生變化，光不太可能在蝕刻劑周?chē)呐蔁峥怂共Ａ?Pyrex)中發(fā)生漫射。而且，派熱克斯玻璃(Pyrex)更耐得住溫度變化到極冷或極熱。感應(yīng)室的感應(yīng)區(qū)內(nèi)的桿狀延伸體提高了監(jiān)控的精確性并允許設(shè)備中通過(guò)的蝕刻劑的金屬濃度更高。因?yàn)闂U狀延伸體末端相對(duì)接近感應(yīng)室對(duì)面的管壁，探測(cè)器安放在該管壁后面，所以光只需透射穿過(guò)蝕刻劑中較少量的沉淀物。本發(fā)明的這些特征提高了顏色濃度的精確度和/或解決了傳統(tǒng)傳感器內(nèi)金屬濃度讀數(shù)的混亂。更重要的是，能被精確控制的蝕刻劑中的最大金屬濃度增加了。例如，可能被精確控制的每加侖蝕刻劑的最大含銅量從24-27增到31-34盎司。此外，桿狀延伸體和派熱克斯玻璃(Pyrex)的一同使用，大大地減少了由于散射光通過(guò)感應(yīng)室壁漫射而不是通過(guò)感應(yīng)室室內(nèi)的蝕刻劑到達(dá)探測(cè)器所引起的不精確性。
本發(fā)明中LED和派熱克斯玻璃(Pyrex)管的共同使用也解決了許多嚴(yán)重的問(wèn)題。和白熾燈泡不同，LED的輸出不會(huì)隨時(shí)間而減小。因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)出的特定波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度比白熾燈泡大得多，于是透射穿過(guò)蝕刻劑以測(cè)量顏色濃度的能力提高。波長(zhǎng)特定的光的高強(qiáng)度大大地增加了蝕刻劑中能被精確監(jiān)控的金屬的最大濃度值。此外，LED為得到高強(qiáng)度光所發(fā)出的熱比白熾燈泡低得多。這樣，圍繞傳感器的探測(cè)器和導(dǎo)管有更長(zhǎng)的壽命。另外，因LED可能使產(chǎn)生的光具有高度專(zhuān)一性，因此超出用于特金屬的特定波段的波長(zhǎng)的漫射光到達(dá)探測(cè)器的危險(xiǎn)性降到最小。結(jié)果，在傳感器的整個(gè)壽命期間，探測(cè)器的適當(dāng)校準(zhǔn)只須進(jìn)行一次或較少的次數(shù)。
本發(fā)明中LED的應(yīng)用使得在使用蝕刻劑的同一設(shè)備中，而非在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備中再生氯化鐵第一次成為可能。白熾燈泡產(chǎn)生的紅光非常少，這樣，為了準(zhǔn)確地監(jiān)控蝕刻劑，白熾燈光必須很亮，由此產(chǎn)生的大量的熱會(huì)破壞傳感器和周?chē)谋┧峁堋Ｈ欢?，一個(gè)紅LED提供高達(dá)50倍的所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。結(jié)合更敏感的光電探測(cè)器，就能象氯化銅的再生那樣再生氯化鐵，而不用付出與場(chǎng)外再生有關(guān)的代價(jià)。
光電探測(cè)器解決了許多精確性和校準(zhǔn)方面的問(wèn)題。該探測(cè)器的容差比硫化鎘光電池小得多。而且，光電探測(cè)器被密封起來(lái)，這可防止探測(cè)出漫射光和避免PVC溶劑的污染。因此，光電探測(cè)器提供改進(jìn)了的精確性，且在傳感器的使用壽命期間只須對(duì)其校準(zhǔn)一次或較少的次數(shù)。
可能的光源包括藍(lán)LEDs，藍(lán)/綠LEDs，綠LEDs，紅LEDs，紅激光二極管，紅外線LED和紅外線激光二極管。用在光探測(cè)中的可能的光接收器包括Cds光敏電阻器，CdSSe光敏電阻器，CdSe光敏電阻器，針狀發(fā)敏二極管，電荷耦合設(shè)備(charge coupled device)，和NPN光敏晶體管。
在蝕刻鋼和鐵的一個(gè)實(shí)施例中，采用Clairex CL704L型光電探測(cè)器。根據(jù)本發(fā)明的原理，也可采用任何具有類(lèi)似或更低容差的，對(duì)所用LED的波長(zhǎng)具有可比靈敏度，且能被密封的類(lèi)似光電探測(cè)器。Clairex CL704L光電探測(cè)器在690nm有一峰值靈敏度，且其工作電壓在4到12V。
光在蝕刻劑中透射的刻度從0到100進(jìn)行標(biāo)定，0代表在蝕刻劑中100％吸收，100代表在蝕刻劑中100％透射通過(guò)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，此刻度通過(guò)測(cè)量光電探測(cè)器的最小和最大值獲得。
在一個(gè)具體應(yīng)用中，本發(fā)明可以用于可附屬于蝕刻機(jī)器的蝕刻劑再生設(shè)備中。該再生設(shè)備使一價(jià)銅和二價(jià)鐵氧化到二價(jià)銅和三價(jià)鐵，因此使蝕刻劑恢復(fù)效力。當(dāng)蝕刻機(jī)器運(yùn)行時(shí)，它不停地把蝕刻劑抽入再生設(shè)備以進(jìn)行監(jiān)控。此蝕刻劑流首先進(jìn)入流體探測(cè)器13，該探測(cè)器電子化地啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)，在該延時(shí)中把液體中的氣泡除去。該流體探測(cè)器也觸發(fā)一個(gè)給再生設(shè)備供電的繼電器，以便該再生設(shè)備在無(wú)蝕刻劑流入系統(tǒng)時(shí)不運(yùn)行。
在第一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻劑流進(jìn)入第一傳感器14，該傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)蝕刻劑的成份。如果蝕刻劑的透明度高于一特定的最小值，不采取行動(dòng)。如果蝕刻劑的透明度降到一特定水平之下，那么第一傳感器電子化地觸發(fā)從酸液桶15加入鹽酸。通過(guò)閥門(mén)16把酸加到注射器17的蝕刻劑流中。該蝕刻劑流過(guò)注射器17產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，從而把酸推入蝕刻劑流。加入酸能額外提供與過(guò)剩氯化鈉(如果有的話)反應(yīng)所需的氫。如果兩彎管接頭處18和19被用作反應(yīng)區(qū)，則蝕刻劑的再生工作能進(jìn)行得最好，因?yàn)榧尤氲某煞輰⒃诖送g刻劑充分混合。然后，蝕刻劑流入第二傳感器20。如果該第二傳感器探測(cè)到蝕刻劑顏色濃度在一個(gè)預(yù)設(shè)期間，比方說(shuō)7秒內(nèi)發(fā)生顯著變化(例如，透明度的增加)，則將加入更多的酸。如果第二傳感器沒(méi)有探測(cè)到透明度的顯著變化，則停止酸的加入，并通過(guò)閥門(mén)22從氧化劑桶21加入氯化鈉氧化劑。因?yàn)樗岬募尤肟赡苄枰尤敫嘌趸瘎粗嗳?，所以再生循環(huán)通常重復(fù)多次。經(jīng)再生的蝕刻劑將返回蝕刻機(jī)器。
在圖6示出的本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中，蝕刻劑用于蝕刻鐵和不銹鋼，如304不銹鋼。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)和第一個(gè)實(shí)施例相同。蝕刻劑流經(jīng)稱(chēng)為輸入傳感器的第一傳感器，注射器，和稱(chēng)為輸出傳感器的第二傳感器。
在第一步(步驟24)，系統(tǒng)檢查輸入和輸出傳感器中光的透射。系統(tǒng)首先詢(xún)問(wèn)是否有光通過(guò)蝕刻劑進(jìn)入到輸入傳感器，以及由輸入傳感器和輸出傳感器探測(cè)到的光量是否低于第一閾值。如果探測(cè)到的光低于第一閾值，則蝕刻劑需要再生。
如果對(duì)初始問(wèn)題的回答為“否”，這或者是因?yàn)閭鞲衅鳑](méi)有接收到任何通過(guò)蝕刻劑的光，或者是因?yàn)楸桓袘?yīng)到的光量高于第一閾值。為了確定究竟是哪一種情形，系統(tǒng)將詢(xún)問(wèn)是否有光透射進(jìn)入到輸入傳感器(步驟26)。如果輸入傳感器表明沒(méi)有光透射通過(guò)蝕刻劑，則系統(tǒng)認(rèn)為在光源，光電探測(cè)器，或蝕刻劑的濃度中發(fā)生錯(cuò)誤，并將尋求幫助(步驟27)。另一情形是，如果輸入傳感器表明有些光透射通過(guò)蝕刻劑，則系統(tǒng)知道蝕刻劑不需要再生，其將復(fù)位，并再一次詢(xún)問(wèn)初始問(wèn)題。上述循環(huán)在一秒中可能發(fā)生許多次。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如果通過(guò)傳感器觀察到不需要再生，則該循環(huán)在一秒中將重復(fù)15次。
如果對(duì)初始問(wèn)題的回答為“是”，這意味著有一些光透射到每一傳感器，其量表明蝕刻劑需要再生，于是系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行蝕刻劑再生。系統(tǒng)加入一定體積的氧化劑(步驟28)，然后等待預(yù)定時(shí)間，大約10秒，同時(shí)做一些事情例如檢查輸出傳感器的讀數(shù)(步驟30)。如果輸出傳感器的讀數(shù)超過(guò)第二閾值，這表明蝕刻劑已被再生，系統(tǒng)將復(fù)位并回到第一步。如果輸出傳感器的讀數(shù)沒(méi)超過(guò)第二閾值，則系統(tǒng)將加入一定體積的酸(步驟32)，然后等待另一個(gè)預(yù)定采樣延遲時(shí)間，例如大約10秒，同時(shí)檢查輸出傳感器。系統(tǒng)持續(xù)地加入酸，直到輸入傳感器的讀數(shù)超過(guò)第二閾值，或者直到加入的酸達(dá)到了最大值。
一旦輸入傳感器的讀數(shù)超過(guò)第二閾值，或者加入的酸達(dá)到了最大值，系統(tǒng)將比較加入的酸的體積和加入的氧化劑的體積(步驟34)。如果酸與氧化劑之比超出所蝕刻合金和所用反應(yīng)物的濃度的正常值，那么系統(tǒng)認(rèn)為系統(tǒng)出錯(cuò)并尋求幫助(步驟27)。如果酸與氧化劑之比在所蝕刻合金和所用反應(yīng)物的濃度的正常范圍內(nèi)，那么系統(tǒng)返回到第一步并重新開(kāi)始執(zhí)行程序。
在圖7所示的本發(fā)明第三實(shí)施例中，蝕刻劑被用于蝕刻鐵鎳合金42或52。該設(shè)備是如此構(gòu)成的蝕刻劑流經(jīng)兩個(gè)輸入傳感器，一個(gè)注射器，一個(gè)混合室，和二個(gè)輸出傳感器。在該實(shí)施例中，可能采用一對(duì)常規(guī)的6英寸靜態(tài)混合器。第一輸入傳感器是以前描述過(guò)的紅色傳感器，用來(lái)探測(cè)同氯化亞鐵相關(guān)的紅光水平，這里稱(chēng)為“紅色輸入傳感器”。第二輸入傳感器是綠色傳感器，用來(lái)探測(cè)被氯化鐵吸收的綠光，這里稱(chēng)為“綠色輸入傳感器”。類(lèi)似地，第一輸出傳感器是紅色傳感器，第二輸出傳感器是綠色傳感器，這里分別稱(chēng)為“紅色輸出傳感器”和“綠色輸出傳感器”。該第三實(shí)施例利用這一事實(shí)即當(dāng)蝕刻鐵鎳合金42或52時(shí)，蝕刻劑改變對(duì)紅光和綠光的吸收。當(dāng)蝕刻劑失效時(shí)，被蝕刻劑吸收的綠光量減少，而被蝕刻劑吸收的紅光量增加。輸入傳感器最好每秒監(jiān)測(cè)蝕刻劑的透明度多次。
系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)的第一個(gè)問(wèn)題為是否有光被兩個(gè)輸入傳感器探測(cè)到，及兩個(gè)輸入傳感器探測(cè)到的光量是否低于第一閾值(步驟40)。如果如果對(duì)第一問(wèn)題的回答為“是”，那么認(rèn)為蝕刻劑需要酸并加入一定量的酸(步驟42)。一旦一定體積的酸被加入，系統(tǒng)將等待預(yù)定的采樣延時(shí)，該延時(shí)的設(shè)置依據(jù)如下因素機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及液體流入其發(fā)生反應(yīng)的混合室，然后流到傳感器所需要的時(shí)間，例如大約10秒。系統(tǒng)同時(shí)測(cè)試兩個(gè)輸出傳感器(步驟44)。采樣的延時(shí)可能在一定范圍，例如7到30秒內(nèi)變化。如果任一輸出傳感器接收的透射過(guò)蝕刻劑的光都比酸加入之前少，那么系統(tǒng)認(rèn)為出現(xiàn)錯(cuò)誤并尋求幫助。如果任一輸出傳感器在酸加入之后探測(cè)到透射過(guò)蝕刻劑的更多的光，或者如果兩個(gè)傳感器在酸加入之前和在酸加入之后都探測(cè)到透射過(guò)蝕刻劑的相同的光量，那么系統(tǒng)將復(fù)位并重新詢(xún)問(wèn)第一個(gè)問(wèn)題。
另一情形是，如果對(duì)第一問(wèn)題的回答為“否”，則系統(tǒng)將檢查是否任一輸入傳感器表明沒(méi)有光從蝕刻劑透射通過(guò)(步驟46)。如果任一輸入傳感器表明沒(méi)有光從蝕刻劑透射通過(guò)，則系統(tǒng)認(rèn)為存在錯(cuò)誤并將尋求幫助。如果兩個(gè)輸入傳感器都表明有光從蝕刻劑透射通過(guò)，則系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)紅輸入和輸出傳感器探測(cè)到的光量是否低于第一閾值，及綠輸入和輸出傳感器探測(cè)到的光量是否高于第二閾值(步驟48)。
如果紅輸入和輸出傳感器表明光量低于第一閾值，及綠輸入和輸出傳感器表明光量高于第二閾值，則系統(tǒng)加入一定體積的氧化劑(步驟48)。加入氧化劑后，系統(tǒng)將等待10秒鐘，然后測(cè)量輸出傳感器的光量水平(步驟50)。如果紅色輸出傳感器探測(cè)到更多的光從蝕刻劑透射通過(guò)，及綠色輸出傳感器探測(cè)到更少的光從蝕刻劑透射通過(guò)，則系統(tǒng)認(rèn)為蝕刻劑已被再生，其復(fù)位并返回第一個(gè)問(wèn)題。如果紅色輸出傳感器探測(cè)到的光量沒(méi)有上升，或綠色輸出傳感器探測(cè)到的光量沒(méi)有下降，則系統(tǒng)將加入酸(步驟52)。系統(tǒng)將等待預(yù)定的采樣延時(shí)以便液體進(jìn)行混合并到達(dá)傳感器，例如等待大約10秒，這依賴(lài)于蝕刻器的大小，同時(shí)檢查紅色輸出傳感器，看是否有更多的光從蝕刻劑透射通過(guò)(步驟54)。如果紅色輸出傳感器在加入酸后仍沒(méi)有探測(cè)到更多的光從蝕刻劑透射通過(guò)，則系統(tǒng)認(rèn)為存在錯(cuò)誤并將尋求幫助。如果紅色輸出傳感器在加入酸后探測(cè)到更多的光從蝕刻劑透射通過(guò)，則系統(tǒng)將檢查加入的酸和加入的氧化劑之比(步驟56)。如果酸同氧化劑之比超出所蝕刻合金和所用反應(yīng)物的濃度的正常值，則系統(tǒng)認(rèn)為系統(tǒng)出錯(cuò)并尋求幫助。如果酸同氧化劑之比在所蝕刻合金和所用反應(yīng)物的濃度的正常范圍內(nèi)，則系統(tǒng)復(fù)位并返回到第一個(gè)問(wèn)題。
如果兩個(gè)輸入傳感器都表明有光透射傳入輸，紅色輸入和輸出傳感器表明透射傳入的光高于第一閾值，及綠色輸入和輸出傳感器表明透射傳入的光低于第二閾值，則系統(tǒng)將檢查傳感器的校準(zhǔn)(步驟58)。如果傳感器的校準(zhǔn)沒(méi)問(wèn)題，也就是說(shuō)，如果紅色輸入傳感器接收到的光超出第三閾值，及所有傳感器都接收到從蝕刻劑透射通過(guò)的光，則系統(tǒng)將復(fù)位并返回第一個(gè)問(wèn)題。如果校準(zhǔn)有問(wèn)題，或者是因?yàn)榧t色輸入傳感器接收到的光量低于第三閾值，或者所有傳感器之一未能接收到任何從蝕刻劑透射通過(guò)的光，則系統(tǒng)認(rèn)為出錯(cuò)并尋求幫助。
該已被公開(kāi)的設(shè)備為持續(xù)監(jiān)控蝕刻機(jī)器中蝕刻劑的顏色濃度提供了一個(gè)高精度，可靠，經(jīng)濟(jì)的方法。該設(shè)備也提供了氯化銅更有效和安全的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，并可能現(xiàn)場(chǎng)再生氯化鐵。此外，該設(shè)備使再生任何金屬氯化物蝕刻劑成為可能，該蝕刻劑經(jīng)歷類(lèi)似氯化亞銅和氯化亞鐵的氧化，且失效時(shí)它的透明性喪失程度與不想要的離子的積累量成比例。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下，可對(duì)具體實(shí)施例作出各種修改。例如，本發(fā)明可能與蝕刻系統(tǒng)相結(jié)合來(lái)蝕刻從鉻到銅的過(guò)渡金屬，其中蝕刻劑和所蝕刻的材料有相同的成份。這里所描述的系統(tǒng)完全是可升級(jí)的(scalable)，因此，所描述的尺寸，延遲時(shí)間等，可根據(jù)例如流經(jīng)系統(tǒng)的蝕刻劑的量和蝕刻系統(tǒng)的大小而改變。此外，所描述的特定波長(zhǎng)僅僅是例示性的，它可根據(jù)特定蝕刻劑的特性及其成份的有效性及或所用蝕刻程序而改變。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)蝕刻劑成份的傳感器，包括一個(gè)感應(yīng)室；與該感應(yīng)室第一側(cè)面相耦接的一個(gè)光源；具有第一端和第二端的一個(gè)光源延伸體，該第一端與光源相耦接，且該第二端延伸進(jìn)入該感應(yīng)室；及與該感應(yīng)室第二側(cè)面相耦接的一個(gè)光探測(cè)器。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述感應(yīng)室包括派熱克斯玻璃(Pyrex)。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述感應(yīng)室包括一個(gè)圓柱形的管子。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述光源包括一個(gè)發(fā)光二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中光源包括下列組中的至少一種一個(gè)藍(lán)色LED，一個(gè)藍(lán)色/綠色LED，一個(gè)綠色LED，一個(gè)紅色LED，一個(gè)紅色激光二極管，一個(gè)紅外LED，及一個(gè)紅外激光二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述光探測(cè)器包括下組中的至少一種一個(gè)CdS光敏電阻，一個(gè)CdSSe光敏電阻，一個(gè)CdSe光敏電阻，一個(gè)針狀光敏二極管，一個(gè)充電耦合設(shè)備，和一個(gè)NPN光敏晶體管。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述光源包括一個(gè)能發(fā)出波長(zhǎng)大約為520到545nm的光的發(fā)光二極管。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述光源包括一個(gè)能發(fā)出波長(zhǎng)大約為650到690nm的光的發(fā)光二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述光源包括一個(gè)能發(fā)出波長(zhǎng)大約為880nm的光的發(fā)光二極管。
10.如權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括一個(gè)與所述光源相耦接的殼體，圓柱形的室，和光檢測(cè)器；所述殼體將傳感器和所述室的內(nèi)部密封住，使外部的光不能透入。
11.一種用于再生氯化物蝕刻劑的系統(tǒng)，包括一個(gè)蝕刻劑流管；一個(gè)與該蝕刻劑流管相耦接的第一傳感器；一個(gè)耦接到該蝕刻劑流管的氧化劑輸入口；一個(gè)耦接到該蝕刻劑流管的酸輸入口；和一個(gè)耦接到該蝕刻劑流管的第二傳感器；其中第一和第二傳感器包括一個(gè)感應(yīng)室；與該感應(yīng)室第一側(cè)面相耦接的一個(gè)光源；具有第一端和第二端的一個(gè)光源延伸體，該第一端與光源相耦接，且該第二端延伸進(jìn)入所述感應(yīng)室；及與該感應(yīng)室的第二側(cè)面相耦接的一個(gè)光探測(cè)器。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述蝕刻劑包括下組中的至少一種氯化銅和氯化鐵。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中被蝕刻劑所蝕刻的材料包括從鉻到銅的過(guò)渡金屬中的至少一種，且蝕刻劑與所蝕刻的材料有相同的成份。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括與所述酸輸入口相耦接的鹽酸。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括與氧化劑輸入口相耦接的氯化鈉氧化劑。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述光源包括下組中的至少一種一個(gè)藍(lán)色LED，一個(gè)藍(lán)色/綠色LED，一個(gè)綠色LED，一個(gè)紅色LED，一個(gè)紅色激光二極管，一個(gè)紅外LED，及一個(gè)紅外激光二極管。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述光探測(cè)器包括下組中的至少一種一個(gè)CdS光敏電阻，一個(gè)CdSSe光敏電阻，一個(gè)CdSe光敏電阻，一個(gè)針狀光敏二極管，一個(gè)電荷耦合設(shè)備，和一個(gè)NPN光敏晶體管。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述光探測(cè)器包括一個(gè)能產(chǎn)生相應(yīng)于綠光波長(zhǎng)的狹窄光束的LED，且所述蝕刻劑包含氯化銅。
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述光探測(cè)器包括一個(gè)能產(chǎn)生相應(yīng)對(duì)于紅光波長(zhǎng)的狹窄光束的LED，且所述蝕刻劑包含氯化鐵。
20.一種再生氯化物蝕刻劑的方法，包括步驟檢查一個(gè)用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的輸入傳感器；用透射到該輸入傳感器的光量同表明蝕刻劑需要再生的第一閾值進(jìn)行比較；響應(yīng)該輸入傳感器表明蝕刻劑需要再生的指示而往蝕刻劑中加入酸；檢查一個(gè)用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的輸出傳感器；用加入酸后透射到該輸出傳感器的光量同加入酸前透射到該輸入傳感器的光量進(jìn)行比較；響應(yīng)該輸出傳感器表明透射到該輸出傳感器的光量大于加入酸前透射到該輸出傳感器的光量的指示而往蝕刻劑中加入酸；及響應(yīng)該輸出傳感器表明透射到該輸出傳感器的光量大約等于加入酸前透射到該輸出傳感器的光量的指示而往蝕刻劑中加入氧化劑。
21.一種再生氯化物蝕刻劑的方法，包括步驟檢查一個(gè)用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的輸入傳感器；用透射到該輸入傳感器的光量同表明蝕刻劑需要再生的第一閾值進(jìn)行比較；響應(yīng)該輸入傳感器表明蝕刻劑需要再生的指示而往蝕刻劑中加入氧化劑；檢查一個(gè)用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的輸出傳感器；用透射到該輸出傳感器的光量同表明蝕刻劑已經(jīng)再生的第二閾值進(jìn)行比較；響應(yīng)該輸出傳感器表明蝕刻劑需要再生的指示而往蝕刻劑中加入酸來(lái)再生該蝕刻劑；及比較加入到蝕刻劑的酸和氧化劑之比。
22.如權(quán)利要求21所述的再生氯化物蝕刻劑的方法，還包括下列步驟如果沒(méi)有光透射進(jìn)入所述輸入傳感器，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；如果沒(méi)有光透射進(jìn)入所述輸出傳感器，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；及考慮所蝕刻材料及所用蝕刻劑、酸和氧化劑的濃度，如加入到蝕刻劑的酸同氧化劑之比不正常，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；
23.一種用于再生氯化物蝕刻劑的系統(tǒng)，包括一個(gè)蝕刻劑流管；一個(gè)與該蝕刻劑流管相耦接的第一輸入傳感器；一個(gè)與該蝕刻劑流管相耦接的第二輸入傳感器，該第二輸入傳感器探測(cè)一種與第一輸入傳感器探測(cè)的光的波長(zhǎng)不同的光；一個(gè)耦接到該蝕刻劑流管的氧化劑輸入口；一個(gè)耦接到該蝕刻劑流管的酸輸入口；及一個(gè)與該蝕刻劑流管相耦接的第一輸出傳感器，該第一輸出傳感器探測(cè)一種與第一輸入傳感器探測(cè)的光的波長(zhǎng)相同的光；及一個(gè)與該蝕刻劑流管相耦接的第二輸出傳感器，該第二輸出傳感器探測(cè)一種與第二輸出傳感器探測(cè)的光的波長(zhǎng)相同的光；其中第一輸入傳感器，第二輸入傳感器，第一輸出傳感器和第二輸出傳感器包括一個(gè)感應(yīng)室；與該感應(yīng)室第一側(cè)面相耦接的一個(gè)光源；具有第一端和第二端的一個(gè)光源延伸體，該第一端與光源相耦接，該第二端延伸進(jìn)該感應(yīng)室；及與該感應(yīng)室第二側(cè)面相耦接的一個(gè)光探測(cè)器。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述蝕刻劑包括氯化鐵。
25.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中由蝕刻劑所蝕刻的材料包括一種含鎳和鐵的合金。
26.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括耦接到所述酸輸入口的鹽酸。
27.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括耦接到所述氧化劑輸入口的氯化鈉氧化劑。
28.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述光源包括下組中的至少一種一個(gè)藍(lán)色LED，一個(gè)藍(lán)色/綠色LED，一個(gè)綠色LED，一個(gè)紅色LED，一個(gè)紅色激光二極管，一個(gè)紅外LED，及一個(gè)紅外激光二極管。
29.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述光探測(cè)器包括下組中的至少一種一個(gè)CdS光敏電阻，一個(gè)CdSSe光敏電阻，一個(gè)CdSe光敏電阻，一個(gè)針狀光敏二極管，一個(gè)電荷耦合設(shè)備，和一個(gè)NPN光敏晶體管。
30.一種再生氯化物蝕刻劑的方法，包括步驟檢查用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的一個(gè)第一輸入傳感器和一個(gè)第二輸入傳感器；響應(yīng)輸入傳感器表明蝕刻劑需要再生的指示而往蝕刻劑中加入酸；檢查用于感應(yīng)透射通過(guò)蝕刻劑的光的一個(gè)第一輸出傳感器和一個(gè)第二輸出傳感器；如果透射進(jìn)入第一輸出傳感器和第二輸出傳感器的光量至少等于加入酸前透射進(jìn)入該第一輸入傳感器和第二輸入傳感器的光量，則重新開(kāi)始該方法；檢查透射進(jìn)入到第一輸入傳感器，第二輸入傳感器，第一輸出傳感器和第二輸出傳感器的光；用透射進(jìn)入第一輸入傳感器和第一輸出傳感器的光量同第一閾值進(jìn)行比較，及用透射進(jìn)入第二輸入傳感器和第二輸出傳感器的光量同所述第二閾值進(jìn)行比較；和如果第一輸入傳感器和第一輸出傳感器探測(cè)到的光量小于第一閾值及第二輸入傳感器和第二輸出傳感器探測(cè)到的光量大于第二閾值，則加入氧化劑。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括步驟檢查加入氧化劑之后透射進(jìn)入第一輸出傳感器和第二輸出傳感器的光；如果隨著氧化劑的加入由第一輸出傳感器探測(cè)到的光量增加，且由第二輸出傳感器探測(cè)到的光量減少，則該過(guò)程重新開(kāi)始；加入酸；檢查加入酸之后透射進(jìn)入第一輸出傳感器的光；及如果加入酸之后有更多的光透射進(jìn)入第一輸出傳感器，則檢查加入到蝕刻劑中的氧化劑與加入到蝕刻劑中的酸的比率。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括步驟如果第一輸入傳感器或第二輸入傳感器沒(méi)有探測(cè)到光，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括步驟如果第一輸入傳感器或第二輸入傳感器沒(méi)有探測(cè)到光，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；如果第一輸出傳感器或第二輸出傳感器在加入酸之后探測(cè)到的光量少于該第一輸入傳感器或第二輸入傳感器在加入酸之前探測(cè)到的光量，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；及假如第一輸出傳感器在加入氧化劑和酸之后探測(cè)到的光量大于該第一輸出傳感器在加入氧化劑之后但在加入酸之前探測(cè)到的光量，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。
34.如權(quán)利要求31所述的再生氯化物蝕刻劑的方法，還包括步驟檢查第一輸入傳感器，第二輸入傳感器，第一輸出傳感器和第二輸出傳感器是否接收到一些光，并且第一輸入傳感器所接收到光量是否在一個(gè)校準(zhǔn)閾值之上；如果第一輸入傳感器，第二輸入傳感器，第一輸出傳感器和第二輸出傳感器中的至少一個(gè)沒(méi)有探測(cè)到任何光，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息；及如果第一輸入傳感器接收到光的量不在校準(zhǔn)閾值之上，則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在蝕刻劑再生系統(tǒng)中用來(lái)監(jiān)測(cè)各種蝕刻劑顏色濃度的高精度傳感器。該傳感器包括一個(gè)由派熱克斯玻璃(Pyrex)或類(lèi)似材料制成的管狀感應(yīng)室(1)和一個(gè)圍繞該感應(yīng)室(1)的一部分的光電管殼體。感應(yīng)室(1)包括一個(gè)延伸進(jìn)感應(yīng)室(1)內(nèi)部的桿狀延伸體。光電管殼體提供光源(5),最好是發(fā)光二極管(LED)或激光,和一個(gè)光電探測(cè)器(7),兩者通過(guò)光電管殼體內(nèi)的孔光耦合。在附屬于蝕刻機(jī)器的再生設(shè)備中使用兩個(gè)這樣的傳感器,以便蝕刻銅、鐵、不銹鋼或其它材料。在另一實(shí)施例中,利用多個(gè)傳感器來(lái)探測(cè)蝕刻劑的多個(gè)成份,這些成份依賴(lài)于所蝕刻的材料和所用蝕刻劑。利用兩套傳感器的系統(tǒng)特別適用于這樣的蝕刻劑:當(dāng)充分再生時(shí)它能很好地透射通過(guò)一種顏色的光;而當(dāng)完全失效時(shí),它能很好地透射通過(guò)另一種顏色的光。
文檔編號(hào)G01N21/53GK1376262SQ00813243
公開(kāi)日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2000年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月27日
發(fā)明者菲利普·卡爾波維奇, 戴維·弗萊恩 申請(qǐng)人:牛津V.U.E.公司