Решение экологических проблем гальванопроизводств

Процесс травления печатных плат и регенерация травящего раствора

фирмы ELO-CHEM Recycling-Anlagenbau GmbH (Германия)

Процесс травления печатных плат обычно сопровождается образованием большого количества опасных отходов, сложных с точки зрения утилизации. Фирма ELO-CHEM предложила технологию травления без подобных недостатков, преимущество которой заключается в том, что травящий раствор регенерируется практически бесконечно (один раствор может работать в травильной машине до трех лет).

Процесс регенерации травящего раствора фирмы ELO-CHEM, реализованный на установке EZ 3000, содержит два цикла протекающих физически раздельно друг от друга. В первом цикле происходит непрерывное восстановление травильного раствора (Регенерация I). Во втором цикле происходит электролитическое восстановление меди из отработанного травильного раствора (Регенерация II).

Регенерация I травильного раствора.

Применяемый фирмой ELO-CHEM травильный раствор «CTS- Recycling- Etch» отличается от известных на основе аммиака лишь тем, что используемый обычно хлорид меди заменён на сульфат меди. Хотя это и влечёт за собой уменьшение скорости травления, но даёт возможность осуществления прямого электролиза травильного раствора, во время которого не выделяется газообразный хлор. Потеря скорости почти полностью компенсируется благодаря присадке ELO-Fast 40.

Во время травления металлическая медь растворяется за счет взаимодействия с аммиачным комплексом двухвалентной меди с образованием одновалентной меди. При подаче кислорода одновалентные ионы меди окисляются обратно до двухвалентных, что позволяет использовать относительно небольшое количество травильного раствора в замкнутом цикле. Кислород, необходимый для процесса окисления одновалентной меди, поступает в травильную установку с воздухом при помощи двух инжекторных насосов. Оборудование устроено таким образом, что воздух сначала пропускается через электролизёр, в котором он увлекает за собой возникшие во время электролиза газы: кислород и аммиак.

Регенерация II травильного вещества - электролиз меди.

В модуле регенерации установки EZ 3000 часть травильного раствора направляется в модуль электролиза. Там медь осаждается на катоде, при этом содержание меди в растворе снижается. Электроосажденная медь легко снимается с электродов в виде листа металлической меди после автоматического выключения модуля регенерации. Образовавшиеся на аноде газы кислород и аммиак удаляются из электролизёра и подаются обратно в травильный раствор, поддерживая тем самым процесс обратного окисления одновалентной меди.

Оба цикла отделены друг от друга в пространственном отношении и протекают независимо друг от друга. Функционирование процесса травления и регенерации меди логически связаны между собой.

Координация циклов посредством измерения плотности растворов.

Совместное протекание процессов регенерации I и регенерации II координируется двумя измерителями плотности. Устройство измерения плотности регенерации I контролирует плотность травильного раствора на данный момент времени. Как только заданное значение плотности раствора в травильной машине повысилось, автоматически включается регенерация II (электролиз).

Второе устройство измерения плотности контролирует уровень концентрации меди в травильном растворе в электролизёре. Концентрация меди во время электролиза снижается. Если значение плотности раствора в электролизере стало ниже заданного, то открывается магнитный клапан, который пропускает травильный раствор из травильной машины в электролизёр. Вследствие этого концентрация меди в электролизёре снова становится выше заданного значения. Травильный раствор, который был подан, немного повышает уровень жидкости в электролизёре, после чего восстановленный травильный раствор переливается из электролизёра в травильную машину. Перелитый обратно травильный раствор снижает содержание меди в травильной машине.

Совместное протекание процессов измерения плотности, повышение уровня концентрации меди в электролизёре и разбавление травильного вещества в травильной машине происходит до тех пор, пока идёт процесс регенерации всей меди из отработанного раствора травления. Если обнаружится, что установленное значение плотности в травильной машине стало ниже заданного, электролиз автоматически выключается.

Из вышеизложенного видно, что электролиз происходит только тогда, когда это необходимо вследствие повышенной концентрации меди в травильной машине.

Процесс травления печатных плат и регенерации фирмы ELO-CHEM представлен на следующей схеме:

Регенерация I

→ Технологическая схема – 80 гр Cu насыщенный травильный раствор, регенерация I цикл травильной машины

→ Технологическая схема –кислород воздуха, вторичное окисление травильног вещества в цикле регенерации I

→ Технологическая схема – NH₃газ, стабилизация рН в цикле регенерации I

Регенерация II

→ Технологическая схема – 50 гр Cu насыщенный травильный раствор в электролизере для стабилизации Cu

Установка регенерации меди EZ 3000 фирмы ELO-CHEM состоит из следующих частей.

1. Модуль регенерации травильного раствора:

Циркуляционный насос, 2 инжекторных насоса, устройство измерения плотности, устройство контроля значения рН и фильтрация-байпас.

2. Модуль регенерации меди:

Электролизёр с циркуляционным насосом, система подачи охлаждающей воды с регулированием температуры, система контроля уровня, система измерения тока электролизёра, предохранительный термостат для травильного раствора и контактные выводы для электродов, предохранительный выключатель на крышке электролизёра, система газовой вытяжки газов и устройство обогрева, предназначенное для обогрева во время пауз в работе.

3. Шкаф управления:

Шкаф управления служит в качестве блока управления, трансформатора и выпрямителя. Встроены индикаторы для контроля за температурой травильного раствора в электролизёре, уровня рН и тока электролиза. Также расположены световые индикаторы, предназначенные для контроля процесса и возможного наличия неисправностей.

Производительность регенерации меди модулей регенерации EZ 3000 фирмы ELO-CHEM – приблизительно 2,5 килограмма меди в час. (Мощность установки с несколькими модулями EZ 3000 больше на соответствующую величину). При очень больших объёмах травления целесообразно применение буферной системы, позволяющей равномерно проводить восстановление раствора и обходиться меньшим количеством установок.

Технические характеристики установки EZ 3000.

1. Травление
Скорость травления	»40 мкм/мин с ускорителем Elоfast 40; »20 мкм/мин без ускорителя
Константа травления	» ± 2,5 мкм/мин (с ускорителем)
Фактор травления	> 3,5 (типично > 3,7)
Температура травления	от 50 °С до 55 °С
2. Электролиз
Производительность	в среднем 2,5 кг меди/час, максимально 3,0 кг меди/час
Плотность тока	»12 А/ дм²
Напряжение	16 х 2,4 В до макс. 16 х 3,0 В (биполярная схема)
3. Общие данные о машине
Мощность подключения	15 кВт
Вес в порожнем состоянии	700 кг (включая шкаф управления)
Площадь основания	регенератор 1250 х 850 кв. мм.; шкаф управления 600 х 400 кв. мм.
4. Данные о потреблении
Потребление тока	4,5 кВт /кг меди (осаждение)
Охлаждающая вода	200 л/кг меди (температура 12°С)
Аммиак – газ	»200 г/кг меди
Ускоритель	»100 мл/кг меди

За счёт жестко поддерживаемых параметров травления данная система с травильным раствором на основе сульфата меди заменяет существующие широко распространенные щелочные и кислые растворы травления на основе хлорида меди и позволяет одновременно травить платы, изготавливаемые как по позитивному, так и по негативному методам.

Монтаж установки EZ-3000 прост: система подключается к отстойнику травильной машины и не требует её дополнительной переделки. Один или несколько модулей EZ-3000 фирмы ELO-CHEM будут связаны в закрытом цикле с травильной установкой посредством двух трубопроводов. Травильная установка и модули регенерации могут быть отделены друг от друга в пространстве - их можно устанавливать в разных помещениях или на разных этажах.

Таким образом, продукция фирмы ELO-CHEM - установка EZ-3000 позволяет при травлении достигать следующих результатов:

- использование одного раствора в замкнутом цикле до 3-х лет

- возможность обработки печатных плат как сухим пленочным фоторезистом, так и с покрытием ПОС или оловом на одной травильной установке

- высокая экологичность (полное отсутствие отходов и вредных выбросов )

- простое подсоединение к любым травильным установкам

- точное автоматическое поддержание рН ± 0,1

- восстановление меди вследствие прямого электролиза травильного раствора

- получение меди в виде пластин

- регенерация травильного раствора с помощью кислорода воздуха

- автоматическая система контроля концентрации меди в травильном растворе

- компактный дизайн модульной конструкции (занимает площадь всего около 1,5 кв.м)

- полная автоматизация процесса регенерации.

Заказать установку EZ 3000 можно в компании ЗАО «Химснаб».