摘要:通過對(duì)印刷電路板工藝流程的分析,梳理了典型的印刷電路板企業(yè)產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)、污染因子、污染源強(qiáng)以及三廢的環(huán)保對(duì)策措施,并對(duì)傳統(tǒng)企業(yè)提出酸性蝕刻液再生的優(yōu)化建議,對(duì)類似項(xiàng)目的環(huán)評(píng)工作有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞:印刷電路板;產(chǎn)污環(huán)節(jié);對(duì)策措施;優(yōu)化建議
0? ? 引言
印制電路板,又稱“印刷電路板”,是電子元器件電氣連接的提供者。印制電路板已從單層發(fā)展到雙面板、多層板和撓性板,并正不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展。通過不斷縮小體積、降低成本、提高性能,印制電路板在未來電子產(chǎn)品的發(fā)展過程中仍將保持強(qiáng)大的生命力。
印制電路板生產(chǎn)工藝復(fù)雜、污染相對(duì)較大,本文就印刷電路板環(huán)評(píng)過程中需要注意的問題進(jìn)行探討。
1? ? 工藝流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)
本文主要討論多層板(圖1)及雙面板(圖2)生產(chǎn)工藝。
(1)開料:使用裁板機(jī)將銅箔基板裁剪成設(shè)計(jì)規(guī)格,然后使用打磨機(jī)將開好尺寸的料板邊部打磨平滑,裁板機(jī)、打磨機(jī)一般均為密閉設(shè)備,自帶抽風(fēng)裝置,該過程產(chǎn)生粉塵、廢邊角料以及噪聲。
(2)電路形成:包含磨板、貼膜、定位曝光、顯影、蝕刻、剝離、烘干等工序。
1)磨板:使用火山灰研磨線對(duì)基板表面進(jìn)行研磨,去除表面油污,產(chǎn)生廢渣、含銅廢水。
2)貼膜:使用貼膜機(jī)將干膜壓至基板上,干膜是一種光致成像型感光油墨,可保護(hù)膜內(nèi)的銅不被蝕刻。貼膜過程產(chǎn)生少量有機(jī)廢氣、廢干膜。
3)定位曝光:將底片粘貼在壓好干膜的基板上,放入曝光機(jī)曝光,使被曝光部分的干膜固化,該過程產(chǎn)生廢膠片。
4)顯影:使用顯影液將未曝光部分的干膜溶解去除,產(chǎn)生廢顯影液、顯影廢水。
5)蝕刻:采用酸性蝕刻液,去掉基板表面未被干膜保護(hù)的銅箔,蝕刻液為鹽酸溶液,蝕刻過程產(chǎn)生氯化氫、廢槽渣、廢蝕刻液、含銅廢水。
6)剝離:利用退膜劑將蝕刻后仍然留在線路銅上的曝光干膜去掉,剝離采用NaOH溶液,產(chǎn)生廢剝離液、有機(jī)廢水。
(3)棕化:針對(duì)基板進(jìn)行表面處理,在內(nèi)層銅箔表面生成一層氧化層,以提升多層線路板在壓合時(shí)銅箔和環(huán)氧樹脂之間的接合力。棕化劑主要成分為硫酸,棕化過程產(chǎn)生硫酸霧、棕化廢液、含絡(luò)合銅廢水。
(4)壓制、后處理:利用半固化片在高溫高壓后受熱固化,將一塊或多塊內(nèi)層電板以及銅箔粘合成一塊多層板。之后將內(nèi)層定位孔圖形以光學(xué)校位方式鉆出。該過程產(chǎn)生有機(jī)廢氣、粉塵、廢邊角料。
(5)鉆孔:以內(nèi)層定位孔為基準(zhǔn),鉆出外層相對(duì)位置的各種孔徑,為不同板上需要連接的線路提供連接通道,并給后續(xù)生產(chǎn)提供定位、安裝孔,產(chǎn)生粉塵、廢邊角料。
(6)去鉆污:包括膨松/水洗、除鉆污/水洗、中和/水洗。
1)膨松:使用膨化劑使基板表面膨松,可快速有效地使鉆孔后膠渣及雜物膨松,以增進(jìn)后續(xù)除膠的效果,產(chǎn)生膨松廢液、有機(jī)廢水。
2)除鉆污:用高錳酸鉀、氫氧化鈉溶液離子型表面活性劑將基板表面鉆孔后膠渣及雜物清除,產(chǎn)生除鉆污廢液。
3)中和:使用中和劑中和基板表面堿度,產(chǎn)生硫酸霧、中和廢液、有機(jī)廢水。
(7)化學(xué)鍍銅:包括除油/水洗、微蝕/水洗、酸洗/水洗、預(yù)浸活化、加速/水洗、化學(xué)鍍銅/水洗。
1)除油:用5%氫氧化鈉溶液除去基板表面油脂,產(chǎn)生除油廢液、有機(jī)性廢水。
2)微蝕:用過硫酸鈉和硫酸使基板表面達(dá)到微觀粗糙,以提高其表面與鍍層間結(jié)合力,產(chǎn)生硫酸霧、微蝕廢液、含絡(luò)合銅廢水。
3)酸洗:用硫酸去除基板表面的氧化膜,產(chǎn)生硫酸霧、酸洗廢液、含銅廢水。
4)預(yù)浸活化:將基板在SnCl2、NaCl混合液中預(yù)浸一段時(shí)間,再進(jìn)入另一個(gè)的SnCl2、PdCl2、HCl混合液槽活化基板表面,產(chǎn)生預(yù)浸廢液、活化廢液、氯化氫廢氣、含錫廢水。
5)加速:用3%氟硼酸對(duì)基板表面進(jìn)行進(jìn)一步清潔和腐蝕,產(chǎn)生加速廢液、含銅廢水。
6)化學(xué)鍍銅:用氫氧化鈉溶液、EDTA-Cu溶液、甲醛溶液和硫酸銅溶液進(jìn)行化學(xué)鍍銅,槽液呈強(qiáng)堿性,產(chǎn)生甲醛廢氣、化學(xué)鍍銅廢液、含絡(luò)合銅廢水。
(8)電鍍銅:包含脫脂/水洗、酸浸、電鍍銅/水洗、剝掛具。
1)脫脂:用硫酸、表面活性劑除去基板表面油脂,產(chǎn)生硫酸霧、脫脂廢液、有機(jī)廢水。
2)酸浸:用硫酸去除基板表面的銹垢及氧化皮膜,產(chǎn)生硫酸霧、酸浸廢液。
3)電鍍銅:用CuSO4、H2SO4、HCl、表面活性劑進(jìn)行電鍍銅,產(chǎn)生硫酸霧、氯化氫、廢濾渣、含銅廢水。
4)剝掛具:掛具使用多次后,用硫酸、雙氧水混合溶液將鍍?cè)趻炀呱系你~溶解,產(chǎn)生硫酸霧、剝掛具廢液、含銅廢水。
(9)阻焊:在線路板外表面涂上阻焊劑(阻焊劑又稱“阻焊油墨”,其成分為環(huán)氧樹脂和環(huán)氧丙烯酸)保護(hù)線路板。阻焊前處理包含研磨、粗化工藝,噴阻焊劑后需要干燥、曝光、顯影。整個(gè)過程產(chǎn)生硫酸霧、有機(jī)廢氣、廢渣、粗化廢液、廢阻焊油墨、廢膠片、廢顯影液、顯影廢水、含銅廢水。
(10)印刷:采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將UV油墨按設(shè)計(jì)要求印在印制電路板相關(guān)位置上,印刷過程產(chǎn)生有機(jī)廢氣、廢油墨。
(11)外形加工:使用銑床、沖床或V切割機(jī)將電路板切割成設(shè)計(jì)外型尺寸,產(chǎn)生廢邊角料、廢包裝。
(12)防氧化:又稱OSP,在電路板完成阻焊層和字符后,將電路板浸入防氧化槽,得到致密、均勻而厚度適中的抗氧化絡(luò)合物膜,以保護(hù)外露的線路。一般包含粗化、防氧化兩個(gè)工序,產(chǎn)生硫酸霧、甲酸、粗化廢液、防氧化廢液、含銅廢水。
(13)化學(xué)鍍鎳、金:包含除油、粗化、活化、化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍金。
1)除油產(chǎn)生脫脂廢液、有機(jī)廢水。
2)粗化采用硫酸、雙氧水對(duì)基板表面進(jìn)行粗化處理,產(chǎn)生硫酸霧、粗化廢液、含銅廢水。
3)活化采用活化劑將銅表面活化,產(chǎn)生氯化氫、活化廢液、含錫廢水。
4)化學(xué)鍍鎳:化學(xué)鍍鎳液呈酸性,主要成分為硫酸鎳、次氯酸鈉、硫酸以及少量添加劑,產(chǎn)生硫酸霧、廢槽渣、鍍鎳廢液、含鎳廢水。
5)化學(xué)鍍金:溶液主要成分為氰化金鉀、檸檬酸銨等,化學(xué)鍍金過程產(chǎn)生含氰廢氣、含氰廢水。
(14)鍍金手指:包含研磨、酸洗、電鍍鎳、電鍍金。
1)研磨產(chǎn)生廢渣、含銅廢水。
2)酸洗用HCl去除電板表面的氧化膜,產(chǎn)生氯化氫、酸洗廢液、含銅廢水。
3)電鍍鎳:槽液主要成分為氨基磺酸鎳、硼酸、氯化鎳,工作溫度38~60 ℃,產(chǎn)生廢濾渣、含鎳廢水。
4)電鍍金:主要成分為氰化金鉀、檸檬酸鹽、添加劑等,產(chǎn)生含氰廢氣、含氰廢水。
(15)熱風(fēng)整平:把印制電路板浸入熔融的鉛錫焊料中,用熱壓縮空氣將板面線路銅和金屬化通孔內(nèi)多余的焊料吹掉,得到平滑、光亮、厚度均勻的涂覆層。包含粗化、上助焊劑、熱風(fēng)吹平工序,產(chǎn)生硫酸霧、粗化廢液、含銅廢水、廢助焊劑、錫渣、含錫廢氣。
印刷電路板生產(chǎn)過程中產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)如表1所示。
2? ? 污染防治措施及污染源排放分析
2.1? ? 廢水
工藝廢水主要有含銅廢水、顯影廢水、有機(jī)廢水、高錳酸鉀廢水、含絡(luò)合銅廢水、含錫廢水、含鎳廢水、含氰廢水。其中顯影廢水、高錳酸鉀廢水、含錫廢水、含絡(luò)合銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水經(jīng)預(yù)處理后再和混合廢水一起處理。
2.1.1? ? 含錫廢水、含絡(luò)合銅廢水預(yù)處理
含錫廢水、含絡(luò)合銅廢水經(jīng)廢水泵輸入收集槽,用10%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至5~7,加入4%重金屬捕集劑DTCR-1溶液,充分?jǐn)嚢?0 min以上;然后加入20%三氯化鐵溶液,充分?jǐn)嚢?0 min以上;加入0.1%聚丙烯酰胺溶液,充分?jǐn)嚢?0 min以上;關(guān)閉攪拌器,靜置2 h,上清液經(jīng)檢測(cè)達(dá)到一類污染物排放標(biāo)準(zhǔn)后排入混合廢水池,用污泥泵抽掉反應(yīng)后沉淀污泥至污泥槽。
2.1.2? ? 顯影廢水預(yù)處理
顯影廢水由廢水池收集,經(jīng)廢水泵輸入反應(yīng)槽內(nèi),投加HCl溶液,調(diào)整廢水pH值小于3,析出上浮污泥,進(jìn)入污泥槽。廢水進(jìn)入混合廢水系統(tǒng)。
2.1.3? ? 高錳酸鉀廢水預(yù)處理
高錳酸鉀廢水經(jīng)廢水泵輸入收集槽,用10%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至4~5,加入亞硫酸氫鈉,充分?jǐn)嚢?0 min以上,待廢水顏色由紅色變?yōu)闊o色;然后加入4%重金屬捕集劑DTCR-1溶液,充分?jǐn)嚢?0 min以上,用液堿溶液調(diào)節(jié)pH至6~9;加入0.1%聚丙烯酰胺溶液,充分?jǐn)嚢?0 min以上;關(guān)閉攪拌器,靜置2 h后上清液排入混合廢水池,用污泥泵抽掉反應(yīng)后沉淀污泥至污泥槽。
2.1.4? ? 含鎳廢水預(yù)處理
含鎳廢水經(jīng)離子交換樹脂吸收離子交換,使鎳達(dá)標(biāo)后,排入混合廢水系統(tǒng)。
2.1.5? ? 含氰廢水預(yù)處理
采用堿性氯化法,含氰廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池,之后加入次氯酸鈉和堿一次破氰,再進(jìn)入二次破氰池加酸、次氯酸鈉二次破氰,處理后廢水進(jìn)入混合廢水系統(tǒng)。
2.1.6? ? 混合廢水處理
經(jīng)預(yù)處理的顯影廢水、高錳酸鉀廢水、含錫廢水、含絡(luò)合銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水和含銅廢水、有機(jī)廢水一起經(jīng)廢水泵輸入混合廢水池,開啟增氧攪拌泵,用液堿溶液調(diào)節(jié)pH至6~9,加入4%重金屬捕集劑DTCR-1溶液,充分?jǐn)嚢?5 min以上;然后用30%堿式氯化鋁溶液、20%三氯化鐵溶液,充分?jǐn)嚢?5 min以上;加入0.1%聚丙烯酰胺溶液,充分?jǐn)嚢?,靜置10 min后用泵抽至混凝池,上清液溢流至澄清池,用廢水泵輸入精密過濾器后排放。每2~3 h開啟混凝池的下排閥排污泥至污泥槽,污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾,壓濾出的清水匯流至混合廢水池,污泥委外處理。
廢水產(chǎn)排情況如表2所示。
2.2? ? 廢氣
2.2.1? ? 酸性廢氣、甲醛廢氣
硫酸霧折合基準(zhǔn)廢氣排放量后產(chǎn)生濃度約20 mg/m3,氯化氫折合基準(zhǔn)廢氣排放量后產(chǎn)生濃度約30 mg/m3,甲醛產(chǎn)生濃度約3 mg/m3,各類廢氣在生產(chǎn)線內(nèi)密閉收集,含甲醛廢氣經(jīng)過氧化處理后與酸性廢氣經(jīng)錯(cuò)流式填料水噴淋吸收塔(堿液)處理,酸霧凈化效率可達(dá)90%,甲醛凈化效率可達(dá)80%。
2.2.2? ? 粉塵廢氣
粉塵廢氣產(chǎn)生濃度400~600 mg/m3,設(shè)備自帶密閉收塵系統(tǒng),粉塵分別收集后匯集至中央布袋除塵器凈化,除塵效率可達(dá)99%。
2.2.3? ? 有機(jī)廢氣
有機(jī)廢氣產(chǎn)生濃度30~100 mg/m3,車間內(nèi)密閉收集,活性炭吸附,凈化效率可達(dá)80%以上。
2.2.4? ? 含錫廢氣
錫及其化合物濃度50 mg/m3,生產(chǎn)線內(nèi)密閉收集,采用中效玻璃纖維過濾網(wǎng),可處理塵埃顆粒,濾網(wǎng)凈化效率可達(dá)99%。
2.2.5? ? 含氰廢氣
氰化物折合基準(zhǔn)廢氣排放量后產(chǎn)生濃度約0.1 mg/m3,生產(chǎn)線內(nèi)密閉收集,經(jīng)填料水噴淋吸收塔(次氯酸鈉)處理,次氯酸鈉是弱酸鹽,溶液呈堿性,次氯酸鈉還具有氧化性,能夠迅速分解劇毒的氰根,凈化效率可達(dá)90%。
2.3? ? 固廢
根據(jù)固體廢物對(duì)環(huán)境的危害程度,把工業(yè)固體廢物分為危險(xiǎn)廢物和普通廢物兩類。危險(xiǎn)廢物:本項(xiàng)目的危險(xiǎn)廢物包括脫脂廢液、酸性廢液、電鍍廢液等,脫脂廢液、酸性廢液、電鍍廢液儲(chǔ)存在電鍍車間內(nèi)的危險(xiǎn)廢物儲(chǔ)存區(qū);所有危險(xiǎn)廢物交由具備相應(yīng)資質(zhì)的危險(xiǎn)廢物處理單位處理。
3? ? 工藝優(yōu)化路線(酸性蝕刻液的再生)
微蝕刻工序(硫酸+雙氧水)產(chǎn)出的廢液中銅含量在30~40 g/L,現(xiàn)在PCB企業(yè)對(duì)此廢液大多是排到廠內(nèi)的環(huán)保處理池做中和處理,既浪費(fèi)了廢液中的銅,又對(duì)環(huán)境造成了危害。
酸性蝕刻液循環(huán)再生是通過離子膜電解循環(huán)系統(tǒng)、酸霧吸收系統(tǒng)、再生液調(diào)配監(jiān)控系統(tǒng),將蝕刻廢液中的亞銅離子(Cu+)氧化為銅離子(Cu2+),同時(shí)電沉積出銅板。產(chǎn)生的氯氣及氯化氫廢氣可接入企業(yè)現(xiàn)有堿液噴淋塔,無需另外增加環(huán)保設(shè)備,回收的銅的價(jià)值遠(yuǎn)超系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用(圖3)。
4? ? 結(jié)語
每個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、生產(chǎn)設(shè)備、工藝路線和所用的原輔材料不完全相同,因此本文的工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析只是特定企業(yè)的情況,僅供大家討論研究。
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收稿日期:2020-04-24
作者簡介:武智峰(1983—),男,山西太谷人,在職碩士研究生,工程師,研究方向:環(huán)評(píng)。