印制電路板濕流程過濾系統(tǒng)的清潔生產方案論述

付 藝 陳顯任 潘松林

（珠海方正科技多層電路板有限公司-F7，廣東 珠海 519175）

0 前言

過濾系統(tǒng)是印制電路板（PCB）制造的濕流程的關鍵功能之一，通常需要定期更換濾芯。更換下來的傳統(tǒng)濾芯屬于固體危廢，而固廢必須由具有資質的環(huán)保公司處理。隨著PCB行業(yè)的大量擴產，有資質的環(huán)保公司的有限產能難以滿足固廢不斷增加的需求，許多公司堆積大量的廢舊濾芯無法處理。因此，濾芯固廢處理問題日益突出。

另一方面，PCB行業(yè)的電鍍線、水平線等濕流程使用傳統(tǒng)濾芯已經沿用了近30年，濾芯的常規(guī)精度5～10 μm,伴隨制造成本的壓縮，濾芯品質出現(xiàn)了優(yōu)劣不一，過濾效果不好，進而影響PCB品質，形成了惡性循環(huán)。許多企業(yè)將濾芯改為濾袋，但是濾袋的過濾效果遠低于濾芯，難以滿足精密印制電路板的品質要求。基于上述問題，PCB行業(yè)需要尋求更為環(huán)保、使用壽命更長、且有成本優(yōu)勢的過濾替代方案。

1 PCB行業(yè)的過濾替代方案

PCB行業(yè)的過濾方案除了常規(guī)的繞線棉芯、PP（聚丙烯）濾芯和過濾袋之外，目前在推廣的方案主要有納米高分子濾芯、精密鋼網(wǎng)濾芯和智能過濾機等方案（如圖1所示）。納米高分子濾芯由于價格較高，僅在部分高端產品線試用；精密不銹鋼網(wǎng)濾芯主要是搭配創(chuàng)峰和宇宙的水平沉銅線，應用于除膠渣藥水的過濾；智能過濾機因其較好的材料和人工替代性能，在部分成本控制較好的PCB工廠有較大量使用。

1.1 納米高分子膜濾芯

納米高分子濾芯由支撐骨架和超高納米分子膜組成，濾芯以超高分子量PE（聚乙烯）濾管為支撐骨架，在其表面進行納米高分子涂膜處理，使其過濾精度最小可以達到 0.1 μm，在膜處理的過程中，使用特殊工藝使納米高分子膜填充到支撐骨架的孔中形成鑲嵌式結構，使膜層穩(wěn)定地附于骨架上，膜層厚度范圍0.5～1.5 mm。

使用PE為骨架納米高分子為膜層的濾芯,具有優(yōu)良的過濾性能、足夠的機械強度，良好的耐化學和耐溫性能，同時嵌入式的納米高分子膜層可以保證在使用過程中不會發(fā)生膜剝離，相比于其他微濾膜可以在更高的壓力下運行及反洗，使用簡單且壽命超長，正常使用壽命 3～5年，可大大節(jié)約使用成本、減少固體廢物的產生和固廢的處理成本。

該方案的特點是純手工操作，直接使用高分子濾芯替代傳統(tǒng)棉芯。濾芯工作狀態(tài)壓差大、流量小，日常按工藝需求時間拿出濾芯用自來水沖洗干凈即可；每6個月定期使用濾芯反沖洗設備對濾芯進行反沖洗保養(yǎng)。

1.2 精密不銹鋼網(wǎng)濾芯

精密不銹鋼網(wǎng)濾芯采用不銹鋼燒結絲網(wǎng)制作，材質有不銹鋼304和不銹鋼316L兩種，濾芯一般采用外壓式，液體通過濾芯細小微孔，進入濾芯中心管出水，微孔截留了水質中細小的雜質，其截留雜質的能力主要是由濾芯的孔徑決定，一般濾芯精度為0.1～100 μm。此濾芯可以采用在線反沖洗清理雜質，不需要頻繁的更換濾芯；單支外徑60 mm、長度1000 mm的不銹鋼濾芯的出水量可以達到2～3 t/h。

另一種形式的不銹鋼濾芯采用濾筒式設計，藥水從濾筒內部進入，顆粒過濾是靠流體的沖撞和擠壓作用而被截留并緊附于濾網(wǎng)的內壁面上。這種濾筒對25～500 μm顆粒的液體具有良好的過濾性，單位面積的流量大，清洗之后可反復使用。在PCB流程中，不銹鋼濾筒主要用在具有高溫、強氧化的除膠渣藥水的過濾，以清除藥液中的板料碎屑和固體沉淀物（如圖2所示）。

圖1 PCB行業(yè)的過濾方案

圖2 除膠渣設備使用的不銹鋼過濾器與不銹鋼網(wǎng)濾筒

1.3 智能過濾機

智能過濾機的原理是采用過濾分離技術，結合0.1～0.5 μm孔徑的 PTFE（聚四氟乙烯）超微濾膜組，利用超濾膜的微孔把電鍍液中的懸浮顆粒、有機分解物質分離出來。它不需要懸浮物粒徑和比重足夠大，當槽液中存在大于0.1 μm的懸浮顆粒時，直接過濾就可以把溶液中的顆粒物除去。本系統(tǒng)具有過濾和反沖洗兩種功能，其過濾功能是將鍍槽內的鍍液抽至過濾系統(tǒng)，在壓力作用下鍍液從濾芯外部滲入，經中間空心部分流走，回到鍍槽，而雜質不能通過濾芯，阻隔在過濾系統(tǒng)里；反沖洗功能是將清水（或汽水混合）抽到過濾系統(tǒng)，從濾芯底部進入濾芯中間空心部分，在壓力的作用下，將阻隔在濾芯里的雜質沖洗出來，經排污管排出流至廢水處理系統(tǒng)。

相比傳統(tǒng)繞線棉芯或PP發(fā)泡濾芯，智能過濾是一種更有效的分離方法（如圖3所示）。智能過濾機將PTFE新材料應用于膜法過濾，具有耐強酸、強堿、強氧化和高溫的特點，適用于PCB制造的各個流程。高精度的均徑過濾，大大減少鍍液的TOC（有機碳總量）的含量，可以延長碳處理保養(yǎng)周期及藥水使用壽命；過濾機具有濾芯自動反沖洗功能，無須更換濾芯，大大節(jié)省人力和固廢環(huán)保處理成本。

2 過濾系統(tǒng)的清潔生產方案

2.1 電鍍線的過濾替代方案

傳統(tǒng)龍門電鍍線設計為每個鍍槽配一臺傳統(tǒng)過濾機，根據(jù)槽體大小過濾機的功率一般為3～5P，每臺過濾機裝18支508 mm～762 mm（20～30英寸）的濾芯，濾芯更換頻率通常為2～4周/次。使用1臺智能過濾機（流量為550 L/min）代替2臺傳統(tǒng)過濾機，循環(huán)流量可保持與原過濾機一致（圖3）。智能過濾機的濾芯可以自動反沖洗，且沖洗頻率可以根據(jù)需求設定，因此節(jié)省了大量濾芯、人工及保養(yǎng)時間。

對于VCP（垂直連續(xù)電鍍線），因智能過濾機0.1～0.5 μm的過濾孔徑，對比傳統(tǒng)濾芯5～10 μm孔徑，出水流量不能滿足噴嘴壓力0.4 Mpa的噴淋量，故而不能直接替代噴淋泵。目前的方案是將智能過濾機安裝在VCP副槽或工作槽兩端，同時保留噴淋泵，但是噴淋泵可以不裝濾芯或延長濾芯壽命。

圖3 傳統(tǒng)濾芯與智能過濾機的過濾效果區(qū)別（來源：鼎陽環(huán)保）

2.2 水平線的替代方案

PCB制造流程的水平生產線，因不同工藝需求設計不同的過濾系統(tǒng)，過濾泵安裝濾芯的數(shù)量和更換頻率存在多樣性。對于濾芯用量較大且更換頻率較高（平均每臺過濾泵＞2支/天）的生產線或藥水槽，使用智能過濾機代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾芯可以減少濾芯用量并且節(jié)省人力和保養(yǎng)時間，但是要考慮生產線的空間是否足夠安裝智能過濾機；對于一些清洗線或普通水洗槽的過濾，通常濾芯用量較少和更換頻率較低（每臺泵1～2支/周或更少），使用高分子膜濾芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾芯，可以減少一次性投資，同時也可以達到減少濾芯廢棄物的效果。

3 投資回報分析

以某公司龍門電鍍線和VCP填孔電鍍線為例來評估智能過濾機或高分子膜濾芯的投資回收期，改造方案如下。

（1）龍門線：14個鍍銅槽，原裝14臺循環(huán)過濾泵（5P），每臺泵18支762 mm濾芯，更換頻率1次/月；

智能過濾機：2個鍍銅槽安裝1臺智能過濾機（含1臺5P輸送泵+1臺1P反沖洗泵），共7臺；

高分子膜濾芯：每臺泵18支762 mm濾芯，共252支，配1臺濾芯自動反沖洗機（5P）。

（2）VCP線：20個鍍銅槽，原裝40臺過濾噴淋泵（5P），4臺副槽循環(huán)過濾泵（5P），每臺泵18支762 mm濾芯，更換頻率1次/月；

智能過濾機：鍍銅槽兩端和副槽共安裝4臺智能過濾機（含1臺5P輸送泵+1臺1P反沖洗泵），取代4臺循環(huán)過濾泵；

高分子膜濾芯：每臺泵18支762 mm濾芯，共720支，配2臺濾芯自動反沖洗機（5P，半年洗一次）。

（3）智能過濾機壽命按5年計算，單價6萬元/臺；高分子膜濾芯壽命按3年計算，單價300元/支；傳統(tǒng)濾芯單價8.5元/支。

（4）更換下來的762 mm濾芯，廢舊濾芯重量約1.5 kg/支，目前珠海區(qū)的濾芯固廢環(huán)保處理費用為5500元/噸

（5）龍門線更換傳統(tǒng)濾芯耗時3工時/每月，保養(yǎng)清洗高分子膜濾芯6工時/每月；VCP線更換傳統(tǒng)濾芯

耗時7工時/每月，保養(yǎng)清洗高分子膜濾芯14工時/每月；智能過濾機可以節(jié)省濾芯更換時間，因此可以提升設備產能（折算為節(jié)省加工成本）。

按照上述改造方案，分別計算出兩條電鍍線的傳統(tǒng)濾芯、高分子膜濾芯和智能過濾機在使用壽命周期的物料成本、固廢處理成本、過濾機電費、人工和產能損失成本等各項綜合成本如表1所示，并根據(jù)改造方案的節(jié)省金額計算出投資回收期，計算公式如下。

投資回收期（年）=設備（材料）投資成本/年平均節(jié)省成本

從表2數(shù)據(jù)可以看出，對于14個銅槽的龍門電鍍線，使用高分子膜濾芯的投資回收期為2.75年，使用智能過濾機的投資回收期為2.57年。對于有20個銅槽的填孔VCP，使用高分子膜濾芯的投資回收期為2.31年，使用智能過濾機的投資回收期為1.85年。從固廢處理、保養(yǎng)人工和產能提升等方面來看，智能過濾機比高分子膜濾芯更具優(yōu)勢。

表1 電鍍線高分子膜濾芯和智能過濾機的綜合成本對比

4 總結

PCB行業(yè)目前推行的傳統(tǒng)濾芯替代方案有高分子膜濾芯、精密不銹鋼網(wǎng)濾芯和智能過濾機，從適用性方面分析，高分子膜濾芯和智能過濾機可以應用在各種工藝流程，具有更好的替代性。從電鍍線過濾替代方案的投資回報分析來看，智能過濾機比高分子膜濾芯更具優(yōu)勢。

因PCB工藝流程具有復雜多樣性，不同流程的濾芯使用數(shù)量和更換頻率差別較大，在制定過濾系統(tǒng)的清潔生產方案時，需要考慮投資成本、固廢減排和人力節(jié)省等綜合成本，來選擇高分子膜濾芯或智能過濾機，對于部分生產線可以考慮高分子膜濾芯和智能過濾機同時使用，以達到最佳的投資收益。