一种酸性蚀刻液可循环再生工艺的研究

论文摘要

针对目前PCB行业蚀刻线上酸性蚀刻液体系“一次性使用”工艺的弊端,本研究的目的为从技术、经济和环保几个方面综合考虑选定一种最具研究价值的酸性蚀刻液工艺类型研究其循环再生利用的可行性,及其在循环再生利用各个工艺环节的最佳工艺参数,为PCB行业推广清洁生产提供参考依据。研究的主要内容有：（1）自配酸性氯化铜蚀刻液研究影响蚀刻液蚀刻速率的各个组分的最佳参数；（2）从影响蚀刻液蚀刻速率下降的两个决定因素研究其再生的过程控制,包括理论计算与工艺控制方法；（3）对排出废液进行铜的回收,包括回收工艺和装置的确定以及影响回收电流效率和产物铜形态的各项因素的参数确定；（4）对铜回收后的处理液的组分调整以及循环利用后的性能检测；（5）从技术、经济和环保方面对酸性氯化铜蚀刻液循环再生工艺的评价。实验结果表明,酸性蚀刻液循环再生工艺从技术上是可行的,其应用较之传统的“一次性使用”工艺有着技术、经济和环保各个方面的优势。（1）以盐酸和氯化铜自配的酸性氯化铜蚀刻液测得蚀刻液最佳操作条件：操作温度50～55℃；溶液中Cu2+浓度120-150g/L,C1浓度不低于200g/L,酸当量2-3N。蚀刻液中添加NH4C1对蚀刻速率略有增加,但量大温度降低时溶液中易生成结晶沉淀。（2）蚀刻液再生的控制工艺：将H202和HC1按约1：2的比例加入蚀刻液中氧化Cu+,以氧化还原电位计间接监控蚀刻液中Cu+的含量,氧化还原电位范围为520-550mv；以比重计间接监控蚀刻液中的溶铜量,比重范围为1.273-1.292；往蚀刻液中加入双氧水稳定剂能降低其无效分解,可稳定蚀刻速率及降低双氧水的耗量。（3）离子膜-电沉积铜的装置及最佳工艺参数：采用蚀刻液置于阴极的装置能避免C12在铜回收过程中的大量产生,槽电压2.5v,阴极含铜量52.7g/L,温度30℃,电解时间2h时电流效率达到最高值88.9%,产物铜的形态为板状,电解时间为4h时铜的电解效率为84.4%同时铜的回收率可达到82.5%；（4）铜回收后处理液组分测定分析：氯离子含量为136g/L,铜离子含量为6.8g/L,酸当量为2.3N。以自配酸性蚀刻液最佳操作条件作指标对处理液进行氯离子和酸当量调整,在实验室条件下测得循环利用5次蚀刻速率未有明显下降。对比样品的蚀刻速率应符合蚀刻生产要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 清洁生产
• 1.1.1 清洁生产的概念及内容
• 1.1.2 PCB行业的发展现状及清洁生产
• 1.2 蚀刻液的概况和治理现状
• 1.2.1 蚀刻液的种类
• 1.2.2 蚀刻液的技术指标
• 1.2.3 蚀刻液的治理现状
• 1.3 酸性氯化铜蚀刻液的循环再生理论分析
• 1.3.1 酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻与再生机理
• 1.3.2 酸性氯化铜蚀刻液循环再生的技术路线
• 1.3.3 双氧水及其稳定剂的应用
• 1.3.4 金属电沉积的理论及应用
• 1.4 本研究的目的和现实意义
• 2 研究方法与设备材料
• 2.1 研究内容与方法
• 2.2 实验药品及材料
• 2.2.1 实验药品（分析纯）
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验材料
• 2.3 实验的分析检测方法
• 2.3.1 被蚀刻样品的前处理方法（参考工业方法）
• 2.3.2 蚀刻速率的测定方法
• 2.3.3 铜离子的测定方法（EDTA法）
• 2.3.4 氯离子的测定方法
• 2.3.5 酸度的测定方法
• 2.3.6 蚀刻容量分析方法
• 2.3.7 阴极电流效率计算方法
• 2.3.8 铜分离效率的计算方法
• 2.3.9 双氧水的浓度分析方法
• 3 实验结果与分析
• 3.1 蚀刻液的影响因素研究
• 3.1.1 铜离子浓度的对蚀刻速率的影响
• 3.1.2 氯离子浓度对蚀刻速率的影响
• 3.1.3 温度对蚀刻速率的影响
• 3.1.4 不同氯化物对蚀刻速率的影响
• 3.1.5 一价铜离子对蚀刻速率的影响
• 3.2 酸性蚀刻液的再生
• 3.2.1 酸性蚀刻液再生的理论计算
• 3.2.2 酸性蚀刻液再生的工艺控制
• 3.3 离子膜电沉积分离铜的工艺条件选择
• 3.3.1 离子膜-电沉积分离铜实验装置的确定
• 3.3.2 离子膜-电沉积与无膜电沉积的差异比较
• 3.3.3 槽电压对电流效率和铜的形态的影响
• 3.3.4 铜离子浓度对电流效率的影响
• 3.3.5 温度对电流效率和铜的形态的影响
• 3.3.6 阴极室搅拌对电流效率的影响
• 3.3.7 离子膜-电沉积电流效率主导因素正交实验
• 3.3.8 电解时间对电流效率和铜分离效率的影响
• 3.4 铜分离后处理液的回用
• 3.5 酸性氯化铜蚀刻液循环再生工艺的综合评价
• 3.5.1 技术指标
• 3.5.2 经济指标
• 3.5.3 生命周期评价（LCA）
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 本研究的创新点
• 4.3 展望与建议
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的主要学术论文
• 致谢