郭文杰

（華南理工大學 廣州現代產業(yè)技術研究院，廣東 廣州 511458）

0 背景

在印制電路板（PCB）生產過程中，圖形電鍍工序是將線路進行電鍍銅，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沉積上鍍層，掛具要反復使用，因此需將掛具上的鍍層進行徹底退除[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，操作簡單。但是硝酸具有強氧化、強揮發(fā)性，在退除銅、錫等金屬的同時，會冒出刺鼻氣味及氮氧化物有毒黃煙，嚴重污染環(huán)境，對人體有極大的傷害，并且對設備及廠房也會產生極大的腐蝕，同時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荷。

為了克服硝酸型剝掛劑的上述缺點，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 反應原理

硝酸體系剝掛劑是利用硝酸的強氧化性將金屬單質氧化為可溶性的金屬離子，從而到達從掛具上剝除金屬鍍層的目的，主反應如式（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%，上述反應會同時發(fā)生。對稀硝酸而言一般認為硝酸濃稀之間的界線是6 mol/L，故以第一個反應為主[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氧化為可溶性的金屬離子，從而達到從掛具上剝除的目的，主反應如式（3）所示[7]。

2 實驗結果

2.1 陪鍍板測試

在實驗室配制了退鍍液，并采用工廠提供的陪鍍板進行了測試。陪鍍板的錫層厚度約6 μm，銅層厚度約52 μm。

測試溫度為28 ℃；擾動條件為浸泡、擺動；退鍍時間：20 s退錫，8 min全部退凈。

2.2 退錫銅速率測定

按如下的方法測定退錫銅速率：

（1）取4 cm×4 cm的雙面覆銅板/錫板，面積記為s（cm2），放入鼓風干燥機中，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，記錄浸泡時間為t（min）；

（3）將退鍍后的覆銅板/錫板，用水清洗，移入鼓風干燥機中，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）計算：

ρ為錫或銅的密度，單位為（g/cm3），s為面積，t為時間。

測試結果：

（1）退錫速率：15 μm/min（不受溫度影響）

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

一般PCB廠圖電線退鍍槽退鍍時間不低于7 min，夾點錫層厚度5～8 μm，銅層厚度在35 μm以下，從實驗結果來看，硫酸/雙氧水退鍍體系可以替代硝酸體系應用于實際生產。

3 廢液處理

硝酸退鍍廢液需單獨回收處理，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，同時避免污染環(huán)境[8][11]。操作復雜，成本較高，多數PCB廠采用委外的方式加以處理，處理費用一般約3000元/噸。硫酸/雙氧水體系的廢液，不需單獨回收，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 上線應用

2021年4月至9月，在某廠30萬平方英尺的生產線上進行了實際應用。

4.1 配槽方式（以1 L工作液為例）開缸

按表1所述比列開缸，生產過程中需分析硫酸和雙氧水含量，并控制在相應的范圍內。

表1 開缸條件表

4.2 補加方式

以自動添加為主，輔以分析后手動添加，添加比例為雙氧水：剝掛劑＝2:1

4.3 添加記錄

表2數據為9月份試用剝掛劑的實際產線相關的藥水添加記錄。其中手動補加部分為化驗分析補加，添加部分為自動補加。9月5日是轉班開缸。

表2 藥水添加記錄表

4.4 成本對比

表3是經過5個月的上線試用，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)省費用1662.3元。

表3 成本對比表

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，做了對比，結果如表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)保收緊標準提供了可靠保證。

表4 兩種工藝槽液及后水洗氨氮對比表

5 結論

（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，可滿足實際生產的相關要求；

（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，導入硫酸/雙氧水退鍍體系，有利于保護員工健康，保護環(huán)境，有助企業(yè)實現清潔生產。