一种环保型挂具退镀技术的应用

2022-11-10 08:25郭文杰

印制电路信息 2022年9期

郭文杰

（华南理工大学广州现代产业技术研究院，广东广州 511458）

0 背景

在印制电路板（PCB）生产过程中，图形电镀工序是将线路进行电镀铜，然后在铜层上电镀锡或锡合金。在镀铜和镀锡操作完成后，支撑镀件的挂具上也会沉积上镀层，挂具要反复使用，因此需将挂具上的镀层进行彻底退除[1]。传统的挂具退镀层工艺中，通常采用高浓度的硝酸作为剥挂剂[2]。硝酸型剥挂剂的优点是退除速率较快且干净彻底，也不需要其他条件的辅助，操作简单。但是硝酸具有强氧化、强挥发性，在退除铜、锡等金属的同时，会冒出刺鼻气味及氮氧化物有毒黄烟，严重污染环境，对人体有极大的伤害，并且对设备及厂房也会产生极大的腐蚀，同时废水中含有较高浓度的硝酸，废液的处理成本也十分高昂[3]；其次，洗槽水和后洗水中氨氮含量高，加重了污水处理站的负荷。

为了克服硝酸型剥挂剂的上述缺点，我们研发了一种适用于硫酸/双氧水体系的剥挂剂，该剥挂剂可以有效防止双氧水分解，并能加速硫酸/双氧水体系的去镀层速率，也适用于板电工序的挂具退铜，效果良好。

1 反应原理

硝酸体系剥挂剂是利用硝酸的强氧化性将金属单质氧化为可溶性的金属离子，从而到达从挂具上剥除金属镀层的目的，主反应如式（1）和式（2）[4]所示。

硝酸体系剥挂剂采用的硝酸浓度一般在30%～50%，上述反应会同时发生。对稀硝酸而言一般认为硝酸浓稀之间的界线是6 mol/L，故以第一个反应为主[5][6]。硫酸/双氧水体系剥挂剂的原理则是利用双氧水的氧化性将金属单质氧化为可溶性的金属离子，从而达到从挂具上剥除的目的，主反应如式（3）所示[7]。

2 实验结果

2.1 陪镀板测试

在实验室配制了退镀液，并采用工厂提供的陪镀板进行了测试。陪镀板的锡层厚度约6 μm，铜层厚度约52 μm。

测试温度为28 ℃；扰动条件为浸泡、摆动；退镀时间：20 s退锡，8 min全部退净。

2.2 退锡铜速率测定

按如下的方法测定退锡铜速率：

（1）取4 cm×4 cm的双面覆铜板/锡板，面积记为s（cm2），放入鼓风干燥机中，在105 ℃烘干30 min，移入干燥箱冷却至室温，用分析天平称量其重量，记为w0（g），备用；

（2）将干燥后的覆铜板/锡板浸入剥除液中浸泡，记录浸泡时间为t（min）；

（3）将退镀后的覆铜板/锡板，用水清洗，移入鼓风干燥机中，在105 ℃烘干30 min，再移入干燥箱冷却至室温，用分析天平称量其重量，记为w1（g）；

（4）退镀速率按式（4）计算：

ρ为锡或铜的密度，单位为（g/cm3），s为面积，t为时间。

测试结果：

（1）退锡速率：15 μm/min（不受温度影响）

（2）退铜速率（可通过温度和双氧水用量调节）：6～20 μm/min（操作温度28～40 ℃）

一般PCB厂图电线退镀槽退镀时间不低于7 min，夹点锡层厚度5～8 μm，铜层厚度在35 μm以下，从实验结果来看，硫酸/双氧水退镀体系可以替代硝酸体系应用于实际生产。

3 废液处理

硝酸退镀废液需单独回收处理，因其含有较多硝酸，一般在30%以上，需加入大量片碱中和才能使重金属形成氢氧化物沉淀，回收利用其中的重金属，同时避免污染环境[8][11]。操作复杂，成本较高，多数PCB厂采用委外的方式加以处理，处理费用一般约3000元/吨。硫酸/双氧水体系的废液，不需单独回收，可混入微蚀废液，或酸性废水，由PCB厂污水站直接处理，大量节约了处理成本。