一種環(huán)保型掛具退鍍技術(shù)的應(yīng)用

郭文杰

（華南理工大學(xué) 廣州現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，廣東 廣州 511458）

0 背景

在印制電路板（PCB）生產(chǎn)過(guò)程中，圖形電鍍工序是將線路進(jìn)行電鍍銅，然后在銅層上電鍍錫或錫合金。在鍍銅和鍍錫操作完成后，支撐鍍件的掛具上也會(huì)沉積上鍍層，掛具要反復(fù)使用，因此需將掛具上的鍍層進(jìn)行徹底退除[1]。傳統(tǒng)的掛具退鍍層工藝中，通常采用高濃度的硝酸作為剝掛劑[2]。硝酸型剝掛劑的優(yōu)點(diǎn)是退除速率較快且干凈徹底，也不需要其他條件的輔助，操作簡(jiǎn)單。但是硝酸具有強(qiáng)氧化、強(qiáng)揮發(fā)性，在退除銅、錫等金屬的同時(shí)，會(huì)冒出刺鼻氣味及氮氧化物有毒黃煙，嚴(yán)重污染環(huán)境，對(duì)人體有極大的傷害，并且對(duì)設(shè)備及廠房也會(huì)產(chǎn)生極大的腐蝕，同時(shí)廢水中含有較高濃度的硝酸，廢液的處理成本也十分高昂[3]；其次，洗槽水和后洗水中氨氮含量高，加重了污水處理站的負(fù)荷。

為了克服硝酸型剝掛劑的上述缺點(diǎn)，我們研發(fā)了一種適用于硫酸/雙氧水體系的剝掛劑，該剝掛劑可以有效防止雙氧水分解，并能加速硫酸/雙氧水體系的去鍍層速率，也適用于板電工序的掛具退銅，效果良好。

1 反應(yīng)原理

硝酸體系剝掛劑是利用硝酸的強(qiáng)氧化性將金屬單質(zhì)氧化為可溶性的金屬離子，從而到達(dá)從掛具上剝除金屬鍍層的目的，主反應(yīng)如式（1）和式（2）[4]所示。

硝酸體系剝掛劑采用的硝酸濃度一般在30%～50%，上述反應(yīng)會(huì)同時(shí)發(fā)生。對(duì)稀硝酸而言一般認(rèn)為硝酸濃稀之間的界線是6 mol/L，故以第一個(gè)反應(yīng)為主[5][6]。硫酸/雙氧水體系剝掛劑的原理則是利用雙氧水的氧化性將金屬單質(zhì)氧化為可溶性的金屬離子，從而達(dá)到從掛具上剝除的目的，主反應(yīng)如式（3）所示[7]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 陪鍍板測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室配制了退鍍液，并采用工廠提供的陪鍍板進(jìn)行了測(cè)試。陪鍍板的錫層厚度約6 μm，銅層厚度約52 μm。

測(cè)試溫度為28 ℃；擾動(dòng)條件為浸泡、擺動(dòng)；退鍍時(shí)間：20 s退錫，8 min全部退凈。

2.2 退錫銅速率測(cè)定

按如下的方法測(cè)定退錫銅速率：

（1）取4 cm×4 cm的雙面覆銅板/錫板，面積記為s（cm2），放入鼓風(fēng)干燥機(jī)中，在105 ℃烘干30 min，移入干燥箱冷卻至室溫，用分析天平稱量其重量，記為w0（g），備用；

（2）將干燥后的覆銅板/錫板浸入剝除液中浸泡，記錄浸泡時(shí)間為t（min）；

（3）將退鍍后的覆銅板/錫板，用水清洗，移入鼓風(fēng)干燥機(jī)中，在105 ℃烘干30 min，再移入干燥箱冷卻至室溫，用分析天平稱量其重量，記為w1（g）；

（4）退鍍速率按式（4）計(jì)算：

ρ為錫或銅的密度，單位為（g/cm3），s為面積，t為時(shí)間。

測(cè)試結(jié)果：

（1）退錫速率：15 μm/min（不受溫度影響）

（2）退銅速率（可通過(guò)溫度和雙氧水用量調(diào)節(jié)）：6～20 μm/min（操作溫度28～40 ℃）

一般PCB廠圖電線退鍍槽退鍍時(shí)間不低于7 min，夾點(diǎn)錫層厚度5～8 μm，銅層厚度在35 μm以下，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，硫酸/雙氧水退鍍體系可以替代硝酸體系應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

3 廢液處理

硝酸退鍍廢液需單獨(dú)回收處理，因其含有較多硝酸，一般在30%以上，需加入大量片堿中和才能使重金屬形成氫氧化物沉淀，回收利用其中的重金屬，同時(shí)避免污染環(huán)境[8][11]。操作復(fù)雜，成本較高，多數(shù)PCB廠采用委外的方式加以處理，處理費(fèi)用一般約3000元/噸。硫酸/雙氧水體系的廢液，不需單獨(dú)回收，可混入微蝕廢液，或酸性廢水，由PCB廠污水站直接處理，大量節(jié)約了處理成本。

4 上線應(yīng)用

2021年4月至9月，在某廠30萬(wàn)平方英尺的生產(chǎn)線上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

4.1 配槽方式（以1 L工作液為例）開(kāi)缸

按表1所述比列開(kāi)缸，生產(chǎn)過(guò)程中需分析硫酸和雙氧水含量，并控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。

表1 開(kāi)缸條件表

4.2 補(bǔ)加方式

以自動(dòng)添加為主，輔以分析后手動(dòng)添加，添加比例為雙氧水：剝掛劑＝2:1

4.3 添加記錄

表2數(shù)據(jù)為9月份試用剝掛劑的實(shí)際產(chǎn)線相關(guān)的藥水添加記錄。其中手動(dòng)補(bǔ)加部分為化驗(yàn)分析補(bǔ)加，添加部分為自動(dòng)補(bǔ)加。9月5日是轉(zhuǎn)班開(kāi)缸。

表2 藥水添加記錄表

4.4 成本對(duì)比

表3是經(jīng)過(guò)5個(gè)月的上線試用，硫酸/雙氧水退鍍體系可以替代硝酸體系，操作環(huán)境大有改善，每月節(jié)省費(fèi)用1662.3元。

表3 成本對(duì)比表

4.5 硝酸退鍍體系與硫酸/雙氧水退鍍體系槽液及后水洗氨氮含量的對(duì)比

分別將硫酸/雙氧水退鍍體系和硝酸退鍍體系槽液與后洗水的氨氮含量，做了對(duì)比，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出硫酸/雙氧水體退鍍體系替代硝酸退鍍體系后，槽液和后洗水氨氮含量大大降低，有效地緩解PCB廠污水處理站壓力，為后續(xù)廢水站氨氮環(huán)保收緊標(biāo)準(zhǔn)提供了可靠保證。

表4 兩種工藝槽液及后水洗氨氮對(duì)比表

5 結(jié)論

（1）硫酸/雙氧水退鍍體系替代硝酸退鍍體系后，剝掛效果良好，可滿足實(shí)際生產(chǎn)的相關(guān)要求；

（2）硫酸/雙氧水退鍍體系替代硝酸退鍍體系后，成本下降1662.3元/月，其中不含污水處理站廢水的氨氮處理的隱形成本；

（3）使用硫酸/雙氧水退鍍體系可有效緩解污水處理站處理氨氮的壓力；

（4）使用硫酸/雙氧水退鍍體系可以杜絕二氧化氮等有毒氣體產(chǎn)生，改善車間環(huán)境，有助于員工的健康。

（5）從PCB廠的發(fā)展及環(huán)保政策考慮，導(dǎo)入硫酸/雙氧水退鍍體系，有利于保護(hù)員工健康，保護(hù)環(huán)境，有助企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。