印制线路板生产

印制线路板生产（精选9篇）

印制线路板生产 篇1

随着全球经济一体化进程的加快与城市化建设规模的扩大, 电子工业在整个国民经济建设中的比重日益增大, 相应地, 印制线路板作为电子工业的基础材料, 生产规模也在不断扩大。这样, 对印制线路板生产中产生的废水的处理也就提出了更高的要求。笔者现结合工作实践, 谈一谈印制线路板生产中的废水处理在清洁生产中的应用。

一、废水的来源及其水质特点分析

污染种类多、污染成分复杂导致了污染物处理难度大、成本高, 这是当前印制线路板生产企业的废水处理工作中的基本问题, 也是印制线路板生产与生态环境保护之间的最主要矛盾。一般来说, 生产印制线路板的企业在生产过程中所形成的废水多由Cu2+、F-、CN-以及COD等多种污染元素所构成[1]。印制线路板生产过程中产生的废水分为以下4种:

1. 酸碱废水

一般来说, 酸碱废水由磨板线水洗水和电镀线漂洗水两大部分组成, 两者均在印制线路板的水洗环节形成。酸碱废水中往往含有大量的机械性磨料与铜粉, 间或参杂一定的可溶性Cu2+元素。酸碱废水也是整个印制线路板生产过程中产生的废水的最基本组成部分。

2. 含氰废水

印制线路板在电镀工艺处理过程中最易形成这种废水。大量的氰化镀铜、镀金工艺操作会使得整个处理系统中含有大量带明显金属性质的氰化物元素, 并且这种元素会随着金铜镀件的镀液一同流出, 这是我们在进行废水处理与实现清洁生产循环的过程中最急需关注一个部分。

3. 络合废水

这种废水的最大特点在于自身含有较为明显的重金属特性。一般来说是在印制线路板化学沉铜清洗水以及微蚀、酸/碱性刻蚀工艺操作中形成的。就我国而言, 在当前技术条件支持下有关络合废水的处理多采用中和沉淀法处理技术, 然而这种废水处理技术对于那部分重金属特性明显、络合物结构稳定的废水而言, 其处理效果并不明显。

4. 有机废水

经研究发现, 生产印制线路板过程中产生的有机废水主要来自油膜、绿油或膨松剂溶液以及其后的清洗水、除油剂溶液等, 其显著的有机物特性、高浓度的有机元素比例是我们在印制线路板生产中进行有机废水处理乃至实现清洁生产时所面临的又一大挑战与难题[2]。

二、废水处理在清洁生产中的应用措施分析

从当前经济社会发展实际来看, 国家环境保护部门及其相关职能机构为实现以经济、法律、工艺技术等为载体, 以国民经济全面协调发展与生态环境可持续发展为目的, 开始了对重污染行业环境技术管理体系的建设工作。电子行业领域中的印制线路板生产企业作为该项整治工作中的重点工程, 应当引起相关人员的足够重视。可以说, 对印制线路板生产企业的排放废水进行处理与清洁生产技术的研究有着极为重大与深远价值。采取何种手段来促进废水处理与清洁生产技术的融合已成为摆在相关工作人员面前的一大课题。笔者现根据废水形成工艺阶段的不同, 结合微蚀刻废液再生回用技术和废退锡水回收技术对其加以分析与说明。

1. 微蚀刻废液再生回用技术的分析

相关操作人员可以在微蚀刻废液中添加一种特种试剂, 对废水进行预处理操作。预处理后的废液会在电解槽内进行电解反应, 此时可添加一定量的电解试剂, 以帮助废液进行电解反应, 使微蚀刻废液能够在低含铜量的作用下产出铜纯度在99%以上的致密铜板。紧接着该废液在电解过程中产生的电积反应废液同样会在一定量微蚀刻添加试剂的调整作用下, 形成再生子液并返回微蚀反应槽内, 实现循环利用[3]。这种通过废水处理实现清洁生产的技术的应用不仅能够使企业彻底摆脱传统意义上的沉淀废水处理技术在配位结构稳定废水中的处理空白, 使印制线路板生产企业能够获取较大的经济效益, 同时也能够大大减少企业为该废水外排所进行的一系列后续加工与排放开支, 值得在采用一线水平或一线垂直进行印制线路板生产作业的企业当中大范围地应用与推广。

2. 废退锡水回收技术的分析

首先, 这种清洁生产与回收技术比较适用于印制线

参考文献

[1]刘大胜, 孔强, 王大榜等.金属离子鱼类急性毒性研究及对环境标准修订的启示意义[J].环境科学与管理, 2010 (4) :38～42.

[2]许燕滨, 段晓军, 罗庆旺等.一体化膜生物反应器处理印刷线路板综合废水[J].电镀与涂饰, 2010 (6) :38～41, 44.

[3]聂凌燕.黄瑞敏.周晓云等.超滤-纳滤组合工艺回用处理印刷线路板废水的试验[J].电镀与涂饰, 2011 (2) :25～28.

[4]姚梅峰, 方江敏, 周兴求等.AF+BAF深度处理PCB生产废水的试验研究[J].环境科学与技术, 2007 (7) :96～97, 105, 121.

[5]李常绿, 李刚, 蔡升云.电子工业园PCB和五金电镀综合废水水质分类及其处理[J].电镀与涂饰, 2010 (12) :45～47.

印制线路板生产 篇2

印制电路板废水处理设计

1 废水处理的`重要性 改革开放以来,我国印制板工业也有了一个突飞猛进的发展 随着印制板制造技术的发展,生产过程中产生的污染也在逐步增加,治理这些污染是搞好环境保护的必不可少的条件.

作 者：刘晖  作者单位：深圳市物业工程开发公司,广东深圳,518000 刊 名：科技资讯 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(9) 分类号：X7 关键词： 

废印制线路板真空热解产物分析 篇3

废印制线路板(PCB)主要由铜、溴化环氧树脂、玻璃纤维等组成,是一种可再生资源,如何以环境友好的方式回收利用废印制线路板中的有价金属和非金属成分,已成为世界各国共同关注的重要课题[1]。目前废PCB的处理方法主要有填埋法、机械物理法、化学法和焚烧法[2],主要目的是回收废PCB中的铜,而较少涉及非金属成分的资源化和无害化回收。热解技术广泛用于回收利用废弃聚合物[3,4,5]。国内外相继开展了关于热解法回收和处理废PCB的研究,主要集中在三个方面:一是废PCB热解反应动力学特性和机理的研究[6,7,8,9];二是废PCB热解产物性质的研究[10,11];三是废PCB热解过程中含溴阻燃剂转化和迁移规律的研究[12]。但这些研究均是在氮气气氛下进行的,氮气的主要作用是将热解试样表面热分解后的有机气体及时引出及造成热解过程的缺氧条件。但氮气气氛下热解导致气体产品中含有大量的氮气,对气体产品的回收利用不利,且热解产物易发生二次热解反应。与氮气气氛下的热解技术相比,真空热解技术处理废PCB更具有优越性[13],表现为在真空条件下有机物的热分解温度更低,同时,因不含有氮气,在常温下不可冷凝的气体中可燃气体的含量更高,便于气体的收集利用。甘舸等[14]研究了PCB废渣在真空条件下的热解动力学。彭绍洪等[15]对废PCB进行了低真空条件下的热分解实验。但关于真空条件对废PCB热解过程和热解产物影响的研究较少。

本工作在自行设计的间歇式固定床真空热解装置中进行了废PCB热解实验,分析了热解油和热解渣的主要成分,为热解油和热解渣的利用提供了依据。

1 实验部分

1.1 原材料和仪器

废PCB取自广东东莞某线路板厂,为FR-4板,厚度为4 mm,外表镀锡,将其破碎成50 mm×50 mm的小片,其主要成分为双酚A溴化环氧树脂、玻璃纤维、无机填料及铜箔。废PCB的元素分析结果见表1。实验所用试剂均为分析纯。

7890A-5975C型气相色谱-质谱联用(GC-MS)仪:安捷伦公司。

1.2 实验装置和实验方法

实验装置流程见图1。称取0.5 kg破碎成小片的废PCB置于热解反应器内,启动真空泵,将热解系统的压力降至20 kPa,然后以10℃/min的升温速率将热解反应器升温至550℃,恒温60 min,直至热解反应完成。热解过程所产生的挥发气体经由反应器中的排气管排出,再经过冷凝器将气体冷凝成热解油和不可冷凝热解气,不可冷凝热解气进入水环真空泵后用质量分数为1%的NaOH溶液去除HBr和CO2等气体,净化后的气体进入气体收集处理系统。

1热解反应器;2加热器;3控温炉;4冷凝器; 5水环真空泵;6 NaOH溶液吸收装置;7气体采样点

热解系统在真空状态下自然冷却至常温,然后分别称量热解渣和热解油的质量,不可冷凝热解气的质量由物料平衡计算求得。真空热解产物的产率分别由式(1)～式(3)计算求得。

式中:YS,YL,YG分别为固体、液体、气体产率;m0为原料初始质量,kg;mS为热解渣质量,kg;mL为热解油质量,kg;mG为不可冷凝热解气质量,kg。

1.3 分析方法

将收集的真空热解油按GB/T 8929—88《原油水含量测定法》进行常压蒸馏(温度低于230℃),然后将低沸点液态油进行GC-MS分析,残留的高沸点半固态焦油不进行GC-MS分析。采用Wiley图谱库,在相似度大于90时,认为鉴别正确。

将热解渣用万能破碎机破碎成粉末状,再进行风选。

2 结果与讨论

2.1 热解产物的组成分析

在真空热解实验得到的产物中:热解渣占70%(质量分数,下同);热解油占3%～4%;不可冷凝热解气占26%～27%。

不可冷凝热解气经NaOH溶液吸收后,主要成分为CO、CO2、甲烷、乙烷和丁烷等,此外还含有较高浓度的溴甲烷、溴代乙烷等烷基溴化物。相对于氮气热解的气体产物,可燃成分多,热值高,可用于为热解过程提供热能。但由于卤代烃的存在,在利用时需考虑卤代烃对燃烧设备和环境的影响。

2.2 热解油的GC-MS分析结果

真空热解油经常压蒸馏后得到的低沸点液态油的GC-MS分析结果见表2。由表2可见,从低沸点液态油中鉴定出29种化合物,质量分数较大的有苯酚、对异丙基酚、3-乙基酚、4-甲酚及2-溴苯酚,其中苯酚和对异丙基苯酚质量分数之和达62%。低沸点液态油中含溴化合物只有2-溴苯酚(来源于阻燃剂溴化环氧树脂的降解产物),含氯化合物有2-氯苯酚、4-氯-2-异丙基酚和2,6-二氯苯酚,质量分数均较小。低沸点液态油中没有检测出含硫化合物和含氮化合物。

2.3 热解油的馏分分析

根据苯酚、异丙基苯酚和水的沸点(苯酚182℃、异丙基苯酚220℃、水100℃)相差较大的特点,对热解油进行常压蒸馏实验,结果见表3。由表3可知,常压蒸馏后大致可得到4种馏分:蒸馏温度在室温～120℃的馏分占21.0%(质量分数,下同),120～185℃的馏分占33.6%,185～215℃的馏分占16.8%,高于215℃的馏分占28.6%。热解油中水的质量分数达18.5%左右,主要来源于试样的吸附水和热解过程中酚类化合物发生酚羟基脱水等二次反应生成的水,因此热解油中水含量与二次热解反应发生程度密切相关。同时,经过常压蒸馏能有效地分馏热解油中的主要成分苯酚和对异丙基酚。

废PCB热解油中由于卤素的存在,限制了其作为燃料的使用。但从其富含酚的特点来看,更适于提取化工原料,且采用简单的蒸馏方法就完全能够达到回收苯酚及异丙基苯酚的目的。

2.4 热解渣的成分分析

热解渣是脆性的,用万能破碎机很容易将热解渣破碎成粉末状。由于铜的密度比玻璃纤维大,通过电吹风送风进行人工风选能够实现热解渣中铜与黏附有碳黑的玻璃纤维的良好分离。经分离后称重,热解渣中含有约30%铜和约70%的黏附有碳黑的玻璃纤维。

3 结论

a)在自行设计的间歇式固定床真空热解装置中进行了的废印制线路板(PCB)的热解实验,在热解温度为550℃、热解压力为20 kPa、恒温时间为60 min的条件下,得到的热解产物质量分数为:热解渣70%;热解油3%～4%;不可冷凝热解气26%～27%。

b)热解油经常压蒸馏后得到的低沸点液态油中含有29种化合物,主要有苯酚、对异丙基酚、3-乙基酚、4-甲酚及2-溴苯酚,还含有少量含溴化合物和含氯化合物。热解油经简单的蒸馏就可达到回收酚类化合物的目的。

c)热解渣经风选可实现铜与黏附有碳黑的玻璃纤维的分离,其中铜质量分数约30%,黏附有碳黑的玻璃纤维质量分数约70%。

摘要：在自行设计的间歇式固定床真空热解装置中热解废印制线路板(PCB),对热解产物进行了分析。在热解温度为550℃、热解压力为20 kPa、恒温时间为60 min的条件下,得到的热解产物质量分数为:热解渣70%;热解油3%～4%;不可冷凝热解气26%～27%。经气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析,热解油经常压蒸馏后得到的低沸点液态油中含有29种化合物,主要有苯酚、对异丙基酚、3-乙基酚、4-甲酚及2-溴苯酚,还含有少量含溴化合物和含氯化合物。热解油经简单的蒸馏就可达到回收酚类化合物的目的。热解渣经风选可实现铜与黏附有碳黑的玻璃纤维的分离,其中铜质量分数约30%,黏附有碳黑的玻璃纤维质量分数约70%。

印制线路板生产 篇4

印制电路板蚀刻废水中重金属污染物分析

对印制电路板生产中表面酸洗去除铜箔表面氧化层和蚀刻后清洗过程中产生的清洗废水中的重金属污染物进行了分析,除总铜污染因子外.应关注总镍、总铬等第一类污染物,并分析计算了污染物浓度,提出了废水处理过程中应分质处理,确保达标排放.

作 者：卫嵩 严山 朱建勋 Wei song Yan Shan Zhu Jian Xun 作者单位：镇江市环境科学研究所,江苏,镇江,21刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(23)分类号：X7关键词：印制电路板 废水 重金属污染物

印制电路板的地线设计 篇5

一、模拟电路的地线设计——单点接地

1. 理论计算

例如:印制板上宽度为1.5mm, 长50mm的地线铜箔, 若铜箔厚度为0.05mm, 则可根据公式R=ρL/S, 该段导线电阻为0.013Ω, 若流过这段地线电流为2A, 则这段地线两端电位差为26mV, 在微弱信号电路中, 这26mV足以干扰信号正常工作。

可见, 对印制板设计者来说, 地线只要有一定长度, 就不是一个处处为零的等电位点。地线不仅是必不可少的电路公共通道, 又是产生干扰的一个渠道。如同修筑一条道路带来交通便利的同时也带来污染一样。

2. 应用举例

在一个由传感器、运算放大器、功率放放大器、伺服电机及直流稳压电源等组成的工控系统中, 对每一级来说都有接地问题, 这里所说的“地”并非大地, 可以理解为等电位点, 即电路或系统的基准零电位点。在由若干级运放串接组成的低频或直流放大器中, 每一级都有自己的基准地电位。其输入、输出信号的大小和极性也都是相对这个基准地电位而言的。因此, 当放大器前后级之间以及放大器与传感器相连时, 它们的基准地都应该连在一起, 即应是等电位的。而这些放大器与传感器又都由各自的直流电源供电, 所以这些电源的地也应与放大器的地连接在一起。在大多数工控系统中, 来自传感器的信号经电压放大、功率放大后去控制执行机构, 在有些情况下伺服电机控制绕组的一端也需要接地。这样, 当另一端来的是正信号时, 控制电流经电枢流入地使电机正转;负信号时则电机反转。所以电机控制绕组的一端也应与放大器有一个公用的等电位基准地。

在单电源供电时, 由于各级电路中的所有电流最终都要流回到电源负端, 通常我们也是把它作为“地”电位的基准。在图2中每级放大器都采用一点接地、各级放大器之间通过地线接到电源负端, 由于各级放大器的工作点电流和信号电流幅度是逐级增大的。因而流过最后一段地线的电流包括前三极的信号电流, 其中第三级信号电流已经包括自己在内的前三级放大, 因而电流最大, 在此段地线上的电压降U3也最大;根据同样的道理U1最小。

3. 基本原则——一点接地

如果能将电路中所有的接地点全部接在一个点上, 即“一点接地”, 也就不存在地线阻抗 (此时地线阻抗极低) , 那么地线干扰也就不存在了。但是实际应用中, 真正的一点接地是很难做到的, 所以我们只能尽量的减小地线阻抗。我们可以在实际布线时, 尽量缩短地线的长度并且使其具有足够的宽度, 或者可以进行镀银处理 (汇流条设计) , 通过这样的设计, 我们可以将地线干扰尽量降低。

通过上面的应用我们还可以发现, 同样的一点接地, 如果适当改变其接地点的位置, 还能够进一步的减小线路干扰, 提高工作精度和稳定性。

当然如果电路是一个多单元、多板电路, 需要连接的元器件, 单元电路较多时, 应将这些接地元器件尽可能就近接到公共地线的一段或一个区域, 也可以接到一个分支地线上。

二、高频电路的地线设计——就近多点接地

1. 理论计算

在高频电路中 (几十兆以上频率) 导线不公有电阻, 还有电感, 以平均自感量为0.8uH/m计算, 50mm长的地线上自感为0.04uH, 若电路工作频率为60MHz, 则感抗为16Ω, 在这段地线上流过10mA电流时即可产生0.16V的干扰电压。这足以将有用信号淹没。

2. 解决措施

通过计算我们可以发现, 在高频电路中, 频率越高, 地线阻抗越大。为了尽量降低地线阻抗, 我们可以采用就近多点接地的方法, 且地线设计成大面积接地。这种布线方式元器件一般都采用不规则排列并按信号流向依次布设, 以求最短的传输线和最大面积接地, 注意在高频电路中是不能采用分地线设计的。

在上述是模拟电路和高频电路地线设计我们都可以认为这是运用了一点接地的基本原则, 所不同的是模拟电路大多采用单点接地, 而高频电路采用的是就近多点接地。而这个地就是一点接地的“点”, 所以, 一点接地中的“点”并非是几何意义上的点, 在印制电路板地线设计当中, 也无法真正做到几何意义上的一点, 这里所说的点是忽略电阻的几何导线图形, 它可以是汇流排, 粗导线、或大面积接地等。

三、混合接地

混合接地和单点接地、就近多点接地的地线设计大不一样。混合接地是在地线系统内使用电感、电容连接, 利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性, 使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构这样接地设计在普通的电路设计当中应用并不太多。

当然, 在电路设计过程中, 印制板电路不可能是单纯的线性电路, 有可能既有线性电路, 又有高速数字电路等等, 这样的地线设计需要注意:不同类型电路根据信号特性将地线进行分组, 将相互不会产生干扰的电路放在一组采用串联单点接地, 不同组的采用并联单点接地, 结合分地线的原理进行地线设计, 这样即能解决公共阻抗耦合的问题, 又能避免地线过多。如图1。

浅析印制电路板的制作 篇6

1印制电路板概述

在电子设备当中几乎都会出现印制电路板, 大小、功能、复杂程度都各不相同, 随着电子设备越来越复杂, 所要求的零件及线路也在板子上越来越密集。而印制电路板是以原理图为依据, 实现电路设计者所需要的各种功能为前提。

印制电路板的设计制作过程主要就是指板图的设计, 在设计制作过程中考虑外部连接布局、内部电子器件优化布局、金属连线和过孔的优化布局、电磁干扰、散热等各种因素。成功的电路板要有良好的电路及散热性能。

2印制电路板分类

根据电路层数分类:分为单面板、双面板和多层板。

单面板是最基本的印制电路板, 电子器件在板子的一面上, 另一面放置连接的导线。由于只有一面有导线, 这种板子称为单面板。这是早期的板子, 在使用过程中会产生很多严格限制, 功能也受到局限。

双面板是两面都布置有导线, 由于板子两面的导线要互相作用, 所以这种板子都有过孔来作为桥梁。两面都布线也就比单面板的功能面积扩大了一倍, 导线也纵横交错, 所以双面板功能更多, 可用在复杂电路上。

多层板是用了更多的双面布线, 并在每层间放进绝缘材料压合而成。有几层板子就代表有几层各自独立的布线层, 多是偶数层, 并包含最外面的两层。大部分板子都是4到8层的结构, 不过技术上可以做到近100层, 但现在超多层板已逐渐淘汰。

3基本制作工艺

批量印制电路板的工艺大致为:绘图→照相制版→感丝网→落料→图形转移→蚀刻→钻孔→刻板→孔化→抛光→镀金镀银→阻焊→助焊→修边→印字符图→出厂检验等15道工序。

现分别简介如下:

1) 照相制版将提供的印制电路板导电图形图制成照相底片 (照相底片也称工作底片, 是用来把导电图形转印到印制电路板或丝网板的正片或负片) 。

2) 感丝网, 对用户提供的助焊图及字符图做网架, 为对印制电路板做助焊、阻焊处理和印制字符图做准备。

3) 落料根据图纸提供的印制电路板外形尺寸备板。

4) 图形转移将导电图形由照相底片转移到印制电路板上。一般由感光机完成, 将导电图形感光到已落好料的敷铜板上。

5) 蚀刻, 将感光好的敷铜板置于三氯化铁 (Fe Cl3) 溶液或其他蚀刻液中腐蚀掉不需要的铜箔。

6) 整板去毛刺, 整形, 开异形孔, 初检。

7) 刻板将未腐蚀干净的导电条、工艺线等用手工法除去。

8) 孔化, 全称引线孔金属孔化。即在双面板或多层板引线孔和过孔内壁和基板两面上用电化学方法沉积金属, 实现两个外层电路和内外层电路之间的电气连接。

9) 抛光烘干后的表面处理, 去除表面氧化层。

10) 镀金镀银根据用户要求, 采用电或化学镀金或镀银, 再抛光两次, 清洗烘干。

11) 阻焊采用丝网印制法, 将阻焊剂涂覆在除焊盘和过孔盘以外的区域上。

12) 助焊采用丝网印制法, 在焊盘和过孔盘上上助焊剂。

13) 印字符图采用丝网印制法, 在印制电路板元件面上印上字符图。

14) 修边, 将制好的印制电路板对外轮廓按尺寸进行加工。

15) 检验对印制电路板进行目视检验、印制图形连通性检验、绝缘电阻测量、可焊性试验、电镀层检验和粘合强度检验等。

以上印制电路板的制作工艺属于厂家生产使用最多最广泛的方法, 该方法优点多, 适合精密电路板的制作, 一般线宽间距能达到0.12mm, 适合企业大批量生产, 成本不高。缺点主要是:

1) 工艺复杂, 购买设备的成本非常高;

2) 工艺操作非常复杂, 需要非常专业和有经验的人员操作使用;

3) 需要用到非常多的有毒有害物质, 如甲醛、EDTA、重金属等;

4) 需要特殊的工作场地, 如干膜保存需要冷库、贴膜需要净化的空间和黄光环境、底片制作需要暗室等等;

5) 对于不连续生产和使用来说, 成本非常高。如化学镀铜的药水稳定性差, 干膜的保存期非常短, 如不连续使用, 制作电路板的成本会很高;

6) 需要配备专业的废水处理车间;需要配备专业的化学分析实验室。

印制电路板的质量控制与检验 篇7

印制电路板 (PCB, Printed Circuit Board, 简称印制板) 是各类电子设备中用得最多也是最基本的组装单元。设备的各项功能和性能指标主要是通过印制板来实现的, 可以说印制板是电子设备的心脏, 其质量优劣、可靠性的高低直接影响到设备的质量与可靠性。随着电子设备的智能化、小型化, 印制板的尺寸越来越小, 结构越来越复杂。实践证明, 即使电原理图设计正确, 如果印制板的设计、制作不当, 质量检验把关不严, 也会给后续的组装、调试等工作带来许多不利影响。因此, 加强对印制板从设计到制作全过程的质量控制及最后的检验工作显得尤为重要。

2质量控制

印制板的质量控制工作主要针对印制板的设计、加工和检验过程进行有效管理以及监视和测量工作。

2.1设计阶段的质量控制

设计阶段的质量控制工作主要包括以下内容。

(1) 项目负责人要对印制板的设计文档进行审核并履行相关审批程序, 确保设计文档合法有效。依据该文档制作的印制板能满足设备的功能及性能要求, 否则设计再优秀也是废纸一堆。

(2) 项目负责人和工艺师要对印制板制作的工艺要求进行把关, 确保印制板的可制造性。工艺要求如果简单可以直接在设计图纸上列出, 如果内容较多则单独成文。工艺要求不管是简单还是复杂, 都应该准确、清晰、条理地表明加工工艺要求。经审核的工艺要求应既能满足当时的生产工艺水平, 经济实惠, 性价比高且方便后续装配、调试、检验等工序的开展。

(3) 标准化师对印制板的测试点、结构形式、外形尺寸、印制线布局、焊盘、过孔、字符等设计进行规范性审查以确保印制板的可测试性和规范性, 尽可能满足有关国家标准、国家军用标准以及行业标准的要求。

2.2加工阶段的质量控制

加工阶段的质量控制工作主要包括以下内容。

(1) 质量部门会同采购部门对印制板的生产厂家的资质、生产能力等进行实地考察并认证, 确保生产厂家有能力完成生产任务。

(2) 设计师要对厂家生产用的图纸上进行再审核。由于印制板的设计往往都不是一次成功的, 需要多次改版。厂家手里会有多个版本的加工图纸, 因此有必要对最终的加工图纸进行再确认, 确保加工的印制板是符合最终版本的要求。

(3) 对印制板生产中的关键工序应重点关注。其质量好坏对印制板的性能和可靠性的影响非常大, 应加强质量管控。监督并审查生产厂家制定的关键过程工艺规程, 如蚀刻、孔金属化等工序, 确保印制线和焊盘无毛刺、缺口、搭桥缺陷, 过孔无结瘤和空洞。多层印制板的“层压”也应重点质量管控, 确保印制板的厚度、粘结强度和定位精度。高频板和微带板通常需要镀金, 应制定专门的镀金工艺作业指导书, 确保镀层的厚度与纯度。

2.3检验阶段的质量控制

检验阶段的质量控制工作就是严格按照检验依据, 通过目测或采用专门的工装和仪器, 对印制板进行监视和测量, 并保存记录。如有特殊要求, 则应制定专门的验收检验细则。

3质量检验

印制板分为刚性印制板和柔性印制板两类, 刚性印制板又分为单面板、双面板和多层板等三种。印制板通常分为一级、二级、三级三个质量等级, 三级要求最高。印制板的质量等级不同, 其复杂程度以及测试和检验方面的要求亦不同。目前, 各类电子设备中使用比较广泛的是刚性双面板和多层板, 某些特殊场合会使用柔性板, 因此, 文章重点讨论二、三级刚性双面板和多层板的质量检验问题。印制板制作完成后, 其质量能否满足设计要求, 必须先经过检验把关, 质量检验是产品质量以及后续工序顺利开展的重要保证。

3.1检验依据

印制板的检验依据主要有:国家标准GB/T4677.1-22;国家军用标准GJB179A、GJB 362B、GJB 2082A、GJB4896;行业标准SJ/T10309、ANSI/J-STD-003;各装备承制单位制定的《印制板检验操作指导书》以及印制板设计图纸上的技术要求。如果该印制板被确定为关键件或重要件, 除按常规检验外, 还应重点检验那些关键 (重要) 特性参数指标, 且100%检验。

3.2检验内容

无论哪种印制板, 其质量检验的方法和内容都是相似的, 根据检验方法, 印制板的检验内容通常分包含以下几部分。

3.2.1目测检验

目测检验简单易行, 借助直尺、游标卡尺、放大镜等, 主要内容包括: (1) 板厚、板面平整度和翘曲度。 (2) 外形尺寸和安装尺寸, 特别是与电连接器和导轨的配合安装尺寸。 (3) 导电图形是否完整、清晰, 有无桥接短路和断路、毛刺、缺口等; (4) 表面质量, 印制线和焊盘上有无凹坑、划伤、针孔、表面是否露织物、显布纹。 (5) 焊盘孔及其它孔的位置, 有无漏打或打偏, 孔径尺寸是否符合要求, 过孔有无结瘤和空洞。 (6) 焊盘镀层质量, 是否牢固、平整、光亮, 无凸起缺陷。 (7) 涂层质量, 阻焊剂是否均匀牢固, 位置准确;助焊剂是否均匀, 颜色是否满足要求。 (8) 字符标记质量, 是否牢固、清晰、干净、无划伤、渗透和断线。

3.2.2一般电气性能检验

主要包括印制板的连通性能和绝缘性能检验。 (1) 连通性能。一般使用万用表对导电图形的连通性能进行检验, 重点是双面板的金属化孔和多层板的连通性能, 这项内容制板厂家会在出厂前采用专门工装或仪器进行检验。 (2) 绝缘性能。主要测试同层或不同层之间的绝缘电阻, 确认印制板的绝缘性能。

3.2.3一般工艺性能检验

主要包括可焊性和镀层附着力检验。 (1) 可焊性。检验焊料对导电图形的润湿性能。 (2) 镀层附着力。采用胶带试验法检验镀层附着力, 用质量比较好的透明胶带粘到要测试的镀层上, 用力均匀按压后迅速掀起胶带, 观测镀层有无脱落。另外, 印制板的铜箔抗剥离强度、金属化孔抗拉强度等指标可根据实际需要选择检验。

3.2.4金属化孔检验

金属化孔的质量对双面板和多层板来说至关重要, 电路模块乃至整个设备的许多故障都是因为金属化孔的质量问题。因此对金属化孔的检验应给予高度重视。检验的内容主要包括: (1) 外观。孔壁金属层应完整、光滑、无空洞、无结瘤; (2) 电性能。金属化孔镀层与焊盘的短路与开路, 孔与导线间的电阻值; (3) 孔的电阻变化率。环境试验后不得超过5%~10%; (4) 机械强度 (拉脱强度) 。即金属化孔壁与焊盘之间的结合强度; (5) 金相剖析试验。检查孔的镀层质量、厚度与均匀性、镀层与铜箔之间的结合强度。金属化孔的检验通常采用目测和设备检验相结合的方法。目测就是将印制板对着灯光看, 凡是孔内壁完整光滑的孔, 都能均匀反射灯光, 呈现一个光亮的环, 而有结瘤和空洞等缺陷的孔都明显不够亮。大批量生产时, 应采用在线检测仪进行检验, 如飞针检测仪。

多层印制板由于其结构比较复杂, 在后续的单元模块装配调试过程中一旦发现问题, 很难快速故障定位, 因此对其质量和可靠性的检验必须十分严格。检验的内容除了上述的常规检验内容外, 还应包括以下内容:导体电阻;金属化孔电阻;内层短路与开路;同层级各层线路之间的绝缘电阻;镀层结合强度;粘结强度;耐热冲击;耐机械振动冲击以及耐压、电流强度等多项指标, 各项指标均要使用专用仪器及专门手段进行检验。多层印制板的检验通常是委托方结合制板厂家的出厂检验一并进行。

检验结束后, 检验师填写《外购 (协) 件检验报告单》, 检验合格的印制板入库, 不合格的印制板按各装备承制单位制定的《不合格品控制程序》执行。

4检验中的常见质量缺陷及影响分析

印制板的检验过程中, 会发现很多缺陷, 如何判别?其造成的影响如何?下面就常见的质量缺陷及其影响进行分析。

(1) 毛刺, 板边缘有缺损和毛刺以及印制线边沿粗糙有毛刺, 电装后会造成电路短路。 (2) 印制线松动, 甚至脱离, 印制线与基板间附着不牢, 尤其是导线拐弯和连接处, 电装后会造成电路工作不正常, 极大地影响设备的可靠性。 (3) 印制线有缺口或变窄, 边缘粗糙有缺口或者边沿不平行变窄, 使得印制线横截面减小, 不能满足设计的电流要求, 设备工作时易导致印制线熔断。 (4) 安装孔破损, 孔形边缘开裂或只有圆孔的一部分, 电装时会造成虚接。 (5) 安装孔歪斜, 电装时会增加期间焊腿与其间的应力, 长时间工作或受机械应力的作用导致期间损坏。 (6) 安装孔偏离, 孔不在焊盘中央, 容易导致虚焊或位置偏移。 (7) 金属化孔不符合要求, 孔壁有空洞或结瘤, 容易导致虚焊, 如果结瘤过大, 导致无法焊接。 (8) 多余导体, 板清洗不干净, 导致有残余金属残留, 会使导体间距变小甚至造成短路。 (9) 无焊盘或焊盘缺损或焊盘小于印制板规定的最小尺寸, 会导致漏焊或虚焊。 (10) 印制板缺损, 如裂缝、缺口或凸起, 会降低板的强度, 导致设备耐机械振动和冲击的能力差。 (11) 金属材料被去除, 未充分消化图纸要求, 去除了印制板表面的金属导电层, 导致印制板的接地面积减少, 影响设备的电磁兼容性和散热能力。 (12) 印制板触片和焊盘缺陷, 有针孔或露铜或不润浸, 印制板的可焊性差, 容易产生虚焊;有结瘤, 焊接时, 容易导致器件位置偏移;附着力差, 起翘甚至与基体分离, 导致设备的可靠性和耐机械环境的能力差。 (13) 印制板变形或扭曲, 如变形或扭曲超过1%, 容易造成器件的疲劳破坏。 (14) 安装孔间隙太小, 孔间距小于标准规定的最小值, 易损坏孔间的绝缘材料, 导致两孔贯穿或击穿, 最终导致器件损坏, 电路的耐高压性能差。 (15) 安装孔不符合要求, 孔过大会影响印制板的紧固, 过小会破坏孔内壁, 影响电路的接地性能。 (16) 印制板表面划痕和压痕, 如划痕或压痕过大、过深, 容易导致印制线断裂, 造成开路。 (17) 印制线有修补, 修补不仅影响外观, 而且修补的导体不容易和原始导线融合, 在经过温度冲击后易造成开路。 (18) 测试点不规范, 位置偏差或不符合有关标准规定要求, 测试环 (柱、针) 不符合规定要求, 测试时可能会造成短路。 (19) 尺寸不符合图纸要求, 包括外形尺寸、安装孔的中心距等, 影响最终的安装。 (20) 焊盘污染, 印制板清洗不干净, 包装不规范, 造成焊盘上有多余非金属物质、阻焊膜或其他污物, 最终影响印制板的可焊性。 (21) 标记缺陷, 如字符和图形缺损、变形、位置偏离、模糊不清等, 可能导致器件装配错误, 增加调试的难度。

5结束语

印制板的质量直接关系到电路单元的装配质量、调试时间, 以及设备的技术指标和使用维修性能。随着微电子技术的飞速发展及广泛应用, 电子设备的体积越来越小, 电路布线密度和难度越来越大, 对印制板的设计和制作技术、制造工艺和精度等不断提出新要求, 产品设计师和工艺师应积极跟踪印制板设计、制作的最新技术及动态, 提高印制板的设计质量和制作工艺性。从事产品质量控制的质量师和检验师应加强印制板制作技术、工艺知识的学习, 充分了解印制板的制作设备、方法及工艺流程, 积极探讨与之相适应的质量控制手段及检验手段, 提高自身产品质量控制水平和检验水平, 严控印制板的检验质量和效率, 确保用于后续装配的印制板都是合格产品。

摘要：分析了印制板在设计、加工和检验阶段的质量控制工作, 讨论了印制板的检验依据和详细检验内容, 总结了印制板检验过程中常见的质量缺陷及其影响, 可供从事产品质量控制的质量师和检验师参考。

关键词：印制电路板,质量控制,质量检验

参考文献

[1]总参通信部军事代表办事处.总参通信部驻厂军事代表工作手册——工艺知识[M].电子工业出版社, 1990.

[2]王卫平.电子工艺基础[M].电子工业出版社, 2012.

[3]GJB362B-2012.刚性印制板通用规范[S].

[4]GJB2082A-2012.电子设备工艺缺陷和机械缺陷分类[S].

印制电路板设计的布局布线原则 篇8

当设计者在PCB编辑器中载入网络表和元器件，并对预拉线进行调整之后，下一步就需要进行电路板上的元器件布局和布线工作。一台性能优良的设备，除了选择高质量的元器件、设计合理的电路外，印制板的元器件布局和电气连线方向性的正确结构设计，也是决定仪器能否可靠工作的关键因素。设计合理的布局布线，既可以消除因布局布线不当造成的噪声干扰，同时也方便生产中的安装、调试和检修。本文根据实践所积累的布局布线经验探讨在元器件布局和布线中应该遵守的一些原则。

1 布局原则

元器件布局要求更多的是从机械结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便性方面进行综合考虑。先布置电路中的一些特殊元件，然后按电路功能和原理图的结构安排其他元件位置，最后再手工调整和密度分析。

1.1 特殊元件的布局

(1)高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。输入和输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。

(2)具有高电位差的元件应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。

(3)重量太大的元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上，而且发热应该远离热敏元件。

(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求。若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方;若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。注意预留出电路板的安装孔和支架的安装孔，因为这些孔和孔附近是不能布线的。

1.2 按照电路功能布局

如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

1.3 元件离电路板边缘的距离

所有元件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚。这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损，引起铜膜线断裂导致废品。

1.4 元件放置的顺序

首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。再放置特殊元件，例如发热元件、变压器、集成电路等。最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。

2 布线原则

在完成了线路板上元器件的布局之后，就可以开始对线路板进行布线。一般来讲，电路的工作性能不同对线路板上的各种布线的设计要求也不同，比如电源线和电源接地线因为通过电流较大，布线要求较宽;逻辑电路只是传输信号，因此布线可以相对细一些;为了提高线路板的抗干扰设计，导线在拐角处应采用钝角或圆角过渡等。所以在布线之前，用户应当根据电路设计的要求，进行布线规则的设置。这些规则的设置，不仅是自动布线的依据，也会给手动布线带来极大的方便。

2.1 设置导线

(1)线长：铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

(2)线宽：铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择0.3mm。一般情况下，1-1.5mm的线宽，允许流过2A的电流，比如地线和电源线多选用大于1mm的线宽。注意公制和英制之间的转换，1mil=0.0254mm。

(3)线间距：相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。

(4)屏蔽与接地：铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

2.2 接地布线

电路图上的地线表示电路中的零电位，并用作电路中其它各点的公共参考点，在实际电路中由于地线阻抗的存在，必然会带来共阻抗干扰。因此在布线时，不能将具有地线符号的点随便连接在一起，这可能引起有害的耦合而影响电路的正常工作。如何连接地线，通常在一个电子系统中，地线分为系统地、机壳地、数字地和模拟地等几种，在连接地线时应该注意以下几点：

(1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号频率小于1MHz，布线和元件之间的电感可以忽略，而地线电路电阻上产生的压降对电路影响较大，所以应该采用单点接地法。当信号的频率大于10MHz时，地线电感的影响较大，所以宜采用就近接地的多点接地法。当信号频率在1-10MHz之间时，如果采用单点接地法，地线长度不应该超过波长的1/20，否则应该采用多点接地。

(2)数字地和模拟地分开。电路板上既有数字电路，又有模拟电路，应该使它们尽量分开，而且地线不能混接，应分别与电源的地线端连接。要尽量加大线性电路的面积，同时两类电路应该分开布局和布线。

(3)尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化，导致电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分。因此地线应该尽量宽，一般以大于3mm为宜。

(4)将接地线构成闭环。当电路板上只有数字电路时，应该使地线形成环路，这样可以明显提高抗干扰能力。这是因为当电路板上有很多集成电路时，若地线很细，会引起较大的接地电位差，而环形地线可以减少接地电阻，从而减小接地电位差。

(5)总地线的接法。总地线必须严格按照高频、中频、低频的顺序一级级地从弱电到强电连接。高频部分最好采用大面积包围式地线，以保证有好的屏蔽效果。

2.3 高频布线

为了使高频电路板的设计更合理，抗干扰性能更强，在进行印制板设计时应从以下几个方面考虑。

(1)合理选择层数。利用中间内层平面作为电源和地线层，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生电感，缩短信号线长度，降低信号间的交叉干扰。一般情况下，四层板比两层板的噪声低20dB。

(2)走线方式必须按照45°角拐弯，这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合，而且走线越短越好，两根线并行距离尽量短，尽量减少过孔数量。注意信号走线不能环路，需要按照菊花链方式布线。

(3)层间布线方向应该取垂直方向，当顶层为水平方向时底层为垂直方向，这样可以减小信号间的干扰。

(4)数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件，一般用中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

2.4 抗干扰布线

具有微处理器的电子系统，抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题，特别是对于时钟频率高、总线周期快的系统;含有大功率、大电流驱动电路的系统;含微弱模拟信号以及高精度A/D变换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰能力应考虑采取以下措施：

(1)选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求，时钟频率越低越好，低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。

(2)减小信号传输中的畸变。当高速信号在铜膜线上传输时，由于铜膜线电感和电容的影响，会使信号发生畸变，当畸变过大时，就会使系统工作不可靠。一般要求，信号在电路板上传输的铜膜线越短越好，过孔数目越少越好。要求长度不超过25cm，过孔数不超过2个。

(3)减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时，会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰，这时需要加一个接地的轮廓线将对弱信号线进行隔离。对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。

(4)注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下，电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响，当铜膜线的长度为信号或噪声波长的1/20时，就会产生天线效应，对内部产生电磁干扰，对外发射电磁波。

(5)处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接，再汇聚到电源的接地点。电路板以外的引线要用屏蔽线，对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都要接地，低频模拟信号用的屏蔽线，一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

(6)去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时，每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的储能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能;另一方面，旁路掉该器件产生的高频噪声。一般情况下，选择0.01-0.1μF的电容都可以。

3 结束语

在印制电路板的设计过程中，初学者利用软件的智能化自动布局和自动布线来进行设计，希望设计成功，却常常事与愿违。因为他们忽略了最重要的一点，就是布局布线的原则以及规则的设置。只有熟练掌握元器件的布局和走线原则，采用自动布局与手动布局相结合和自动布线与手动布线相结合的设计方法才能使电路板的设计在最大程度上满足设计者的意图。

摘要：印制电路板的元器件布局和布线的正确结构设计,是决定电子作品能否可靠工作的一个关键因素。本文详细介绍了印制电路板的元器件布局和布线原则。

关键词：印制电路板,布局,布线,原则

参考文献

[1]张伟,王力.Protel DXP入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[2]杨宗德.Protel DXP电路设计制板100[M].北京:人民邮电出版社,2005.

印制线路板生产 篇9

本文综述了酸性蚀刻废液的污染处理现状,全面介绍了酸性蚀刻废液回收利用的方法,讨论了各种方法的优缺点,指出了酸性蚀刻废液处理的研究发展方向。

1 酸性蚀刻废液的污染处理现状

酸性蚀刻废液的主要成分为氯化铜、氯化氢、氯化氨或氯化钠等,其中铜质量浓度为100~145 g/L,氯化氢浓度为1~4 mol/L,密度为(1.2~1.4)×103 g/L。对于酸性蚀刻废液的回收利用,美国采用自中和法制备高附加值的碱式氯化铜,或进行电解再生,实现循环使用;而国内只进行铁屑置换提铜,或利用中和酸溶法制备硫酸铜,其他有价值的资源未得到有效利用,且铜回收率不高,还导致严重的二次污染。

2 酸性蚀刻废液回收利用的方法

酸性蚀刻废液回收利用的方法包括两类:一类是金属铜或铜盐的回收,包括铜、氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜、氯化亚铜和碱式氯化铜等的回收;另一类是采用电解法对酸性再生液的回收。

2.1 回收铜

2.1.1 金属置换法

金属置换法是基于金属活泼性的差异,将铁粉或铝粉加入到酸性蚀刻废液中,铜氯络离子解离并被还原为海绵铜[1]。一般海绵铜纯度为70%,回收率为85%。该法早期排放的污染物含有铁、铜或铝、铜等,后来将置换铜后的残液进行聚合,改性为聚合硫酸铁[2],或适度碱化得到聚合氯化铝等高效净水剂[1,3]。

该方法比较简单,投资少,但回收的铜纯度低、回收率低。另外,金属置换及析氢副反应的显著热效应使回收过程不稳定。人们一直努力通过设备的改进,包括处理槽的串并联[4],以提高该方法的稳定性。

2.1.2 水合肼还原法

水合肼还原法[5]是将氨水加入稀释后的酸性蚀刻废液中,用氢氧化钠溶液调节废液的酸度,然后用水合肼溶液还原出粒径为60 nm的铜粉。该方法是对金属置换法的改进,得到的纳米铜粉因可制备导电涂料和电磁屏蔽材料而具有更高的附加值,因此该方法受到人们的广泛关注。该方法的不足之处是还原剂水合肼溶液具有一定的毒性,且价格较高。

2.1.3 电解还原法

该方法是基于电化学原理,即酸性蚀刻废液中的铜氯络离子在阴极得到电子还原为铜。电解铜为块状、片状和密实的粒状,纯度为99%,回收率为99%。电解还原法包括常规电解法[6]和膜电解法[7]。前者阳极区析出氯气,污染环境,虽然可采用碱液吸收或收集的方法,但对电解设备的密封提出更高要求,另外不便于铜片从溶液中取出;后者则因采用了陶瓷膜、离子膜等,使阳极溶液中的电解质为不含氯的化合物,这样避免了析出氯气,但电解设备结构较复杂。

2.1.4 萃取法

Kyuchoukov等[8]提出了一种简单的萃取方法,即首先用萃取剂以铜氯配合物的形式将铜从酸性蚀刻废液中萃取出来,相分离后得到萃余液。用水、氨水或硫酸铵溶液洗脱含铜有机相中的氯离子,然后用硫酸反萃取含铜有机相,得到硫酸铜溶液。用含氯离子的水溶液再生有机相,再返回萃取段进行萃取。电解酸性硫酸铜溶液,得到金属铜。采用该方法得到的铜为板状,纯度达99.95%,经济价值高,但设备投资大、氨水消耗量大。

2.2 回收氧化铜

2.2.1 中和法

中和法是在预热后的酸性蚀刻废液中加入预热的碱液,使铜离子转化为棕黑色氧化铜沉淀。如果酸性蚀刻废液中氨根离子较多,则逸出氨气,该气体由稀酸吸收。处理后的酸性蚀剂废液调整为碱性蚀刻废液[9]。该方法比较简单,但消耗大量的碱,且氧化铜沉淀为片状,过滤分离比较困难。针对这一问题,Seo等[10]进行了改进,在低温时加碱中和,高温烧结氢氧化铜泥浆,使之转化为易于过滤的针状氧化铜。但该方法能耗高,产生大量废水,不适宜大规模生产。

2.2.2 喷雾焙烧法

酸性蚀刻废液经加压喷嘴喷出,以雾状方式分散在550 ℃的焙烧炉中,分解形成氯化氢、氧化铜。氧化铜微粒由集尘设备收集,氯化氢气体经由吸收塔水洗,回收质量分数为16%~18%的再生盐酸[1]。该方法适宜大规模生产,但生产过程复杂,且生产成本及设备操作费用高。

2.3 回收氧化亚铜

采用中和法可从酸性蚀刻废液中回收微米级氧化亚铜。将葡萄糖加入酸性蚀刻废液中,加入氢氧化钠溶液调节酸度,然后进行还原反应,过滤后得到氧化亚铜粉体[11]。所得氧化亚铜的纯度为99.34%,铜回收率为99.7%。该方法操作简便,所需设备简单,易于控制,产品的附加值高,但消耗大量的碱。

2.4 回收硫酸铜

2.4.1 中和—酸溶法

该方法是在中和法制备氧化铜的基础上,加入硫酸溶解、冷冻结晶,制得硫酸铜晶体。硫酸铜纯度为70%,铜回收率为85%[12]。与制备氧化铜相比,该方法制备的硫酸铜应用更广泛,但铜回收率低,碱消耗量大。

2.4.2 硫酸置换法

硫酸置换法是将硫酸加到酸性蚀刻废液中进行置换反应,反应后导入真空蒸馏装置中,使氯化氢气体蒸馏排出,经水吸收,回收质量分数为22%~32%的盐酸,在罐底回收硫酸铜晶体[13]。该方法简单,但设备需要防腐,投资较大,另外硫酸溶解热较大,反应过程不易控制。

2.5 回收氯化亚铜

向酸性蚀刻废液中加入盐酸、氯化钠调整废液pH,然后加入铜粉,水解,得到氯化亚铜[14,15]。李建华等[16]对上述方法进行了改进,用氢氧化钠或碳酸钠调节酸性蚀刻废液的pH为3,加亚硫酸钠生成亚铜氯配离子,然后将其倒入大量水中,经水解得到氯化亚铜。氯化亚铜的纯度为96.2%,回收率为96%。该方法操作简便,工艺条件容易控制,产品质量好,但消耗大量的碱。

2.6 回收碱式氯化铜

Steward [17]提出碱式氯化铜的制备方法,即先向酸性蚀刻废液和碱性蚀刻废液中加入氯化钙、氯化镁除砷,然后检测蚀刻废液的酸碱度、铜及痕量金属杂质的含量和密度,将两种蚀刻废液进行自中和,静置沉降,含铜泥浆经过滤、干燥、筛分得到碱式氯化铜。上清液用金属净化剂除杂,得到氯化铵溶液,若通入氨气、二氧化碳等气体,则得到碱性蚀刻废液。整个过程只排出清洗水。

该方法制得的碱式氯化铜结晶细小,可作为动物用营养添加剂。与作为木材、纸张防腐剂的硫酸铜相比,该法产物的回收价值更高,所以该方法是回收酸性蚀刻废液、碱性蚀刻废液的最优方法。该方法的不足之处是整个反应过程需要严格控制。

2.7 电解再生法

酸性蚀刻废液的在线电解再生法不仅可使酸性蚀刻废液恢复原有的蚀刻效能,而且产出具有商业价值的铜。该方法无需加入物料,几乎不排出废液和废气,是印制电路板制造企业实现清洁生产的首选方法。产出的铜可为印制电路板制造企业增加额外的销售收入。酸性蚀刻废液电解再生方法主要包括常规电解法、离子膜电解法和隔膜电解法等。

2.7.1 常规电解法

常规电解法电解液为酸性蚀刻废液,阳极液与阴极液的组成及浓度均相同。最早商业化的酸性蚀刻废液电解池阳极为板状石墨,阴极由一束圆柱石墨杆构成。浸入电解液的阳极面积与阴极面积比为(5~6) ∶1。Ott等[18]在前人的基础上改进了电解池,将阴极设计为一个细长的旋转辊,辊边为塑料,外面为钛条,阳极为贵金属氧化物涂层电极,阳极与阴极的面积比为7.5 ∶1。电解再生时,阴极辊在半圆形的电解槽中缓慢旋转,当钛条表面处在电解液外面时剥离铜。常规电解法为了避免阴极区的Cu+迁移到阳极区,重新氧化成Cu2+,采用小阴极大阳极配置,但在操作中不甚方便。

2.7.2 离子膜电解法

离子膜电解采用离子膜作为物理隔离材料,阳极液为酸性蚀刻废液,阴极液为酸性蚀刻废液稀释10倍后的溶液,利用阳极液与阴极液浓度的差异,可容易地越过Cu2+转变为Cu+的极限电流,直接得到铜粉。

Hillis[19]描述了一种离子膜电解装置,在此装置中通过阳离子或阴离子交换膜将阳极液与阴极液隔开。阳极液、阴极液各自通过管道构成闭路循环。通常,在阴极沉积出铜粉,并通过刮粉机将其从阴极刮下。该法工作电压较高,产生大量的热,须通水冷却。另外,电流效率仅为84.3 %,析氯、析氢的可能性较大。

Wu等[20]采用先进的氧化技术,以掺硼类金刚石薄膜电极为阳极,不锈钢为阴极,两极中间加耐酸的导电膜,利用高电压产生氢氧自由基、超氧自由基,将Cu+快速氧化为Cu2+,同时在阴极得到铜,阴极电流效率为91.2%。该法工作电压较高,须通水冷却。

笔者认为,酸性蚀刻废液的再生首先需考虑的是蚀刻废液的高效氧化再生,即阳极电流效率及Cu+氧化反应速率高,然后才是铜的高效提取,即阴极电流效率及铜的纯度高。为此,笔者提出高效离子膜电解方案,该方案采用小型电解池通过管道与较大的缓冲槽相连,控制电极表面电解液的流速、传质,减小浓差极化;采用高级氧化技术结合特种提铜技术实现酸性蚀刻废液的再生,预计再生效率将提高到95%。另外,氯气和氢气析出量将降到最低。

2.7.3 隔膜电解法

离子膜电解装置存在一些缺陷,如降温能耗高、粉末形貌不佳、电流效率低等。Oxley等[21]提出陶瓷隔膜电解再生方法。该装置包括两个电解槽,在第一个电解槽中将酸性蚀刻废液中的Cu2+大部分转变为Cu+;在第二个电解槽中从含有Cu+的溶液中沉积出片状铜。电解槽隔膜为亲水性陶瓷膜。在该电解工艺中,获得均匀、片状无枝状结晶铜的关键是制备含有大量Cu+、少量Cu2+的溶液。

该方法的优点是操作电压低、效率高及可靠性好,产品铜为片状。另外,可间歇操作,在停机时不需从电解液中提出阴极,这对小型印制电路板制造企业尤为重要。但是,该方法中的两个电解槽必须采用氮气密封,以防止Cu+氧化为Cu2+。

3 结语

将酸性蚀刻废液回收利用具有较高的经济价值。各国的研究者根据目标产品铜、铜盐及再生液在本国的市场前景,提出各种回收方法,这些方法均存在一定的不足。金属置换法提铜、中和—酸溶法制备硫酸铜因方法简单、投资少,在小企业中应用较多;酸性蚀刻废液、碱性蚀刻废液自中和法制备碱式氯化铜经济、高效,可大规模应用,已成为当前大型印制电路板制造企业回收利用蚀刻废液的优选方法。电解再生法,不仅使蚀刻废液恢复原有的蚀刻效能,而且产出具有商业价值的铜,成为印制电路板制造企业的首选方法。高效离子膜电解方法为清洁生产,可降低生产成本、增加企业效益,将会成为酸性蚀刻废液回收利用的研究热点。

摘要：综述了酸性蚀刻废液的污染危害及处理现状,全面介绍了酸性蚀刻废液回收利用的方法。金属置换法、中和酸溶法方法简便、投资少;酸性蚀刻废液、碱性蚀刻废液自中和法制备碱式氯化铜经济、高效,是大型印制电路板制造企业回收利用蚀刻废液的优选方法;电解再生法不仅使蚀刻废液恢复原有的蚀刻效能,而且产出具有商业价值的铜,成为印制电路板制造企业的首选方法。