Экологически чистая технология для процессов покрытия сквозных отверстий

Краткое описание

Процесс химического меднения долгое время был доминирующим процессом металлизации сквозных отверстий (PTH). Эта технология широко используется изготовителями печатных плат и обусловлена давним признанием OEM. Однако эта технология имеет много недостатков, которые оказывают непосредственное влияние на нашу окружающую среду. А именно, он содержит известный канцероген, потребляет много воды и по своей природе нестабилен, что приводит к повышенным требованиям по переработке отходов. На протяжении многих лет в этой области производственного процесса была проделана значительная работа по преодолению проблем, связанных с процессами химического меднения. Конечной целью является экологически чистый процесс PTH, который поддерживает хорошо зарекомендовавшие себя стандарты производительности и надежности.

В последние годы появилось множество альтернатив процессам покрытия сквозных отверстий, многие из которых широко используются производственных целях. Их заявленные преимущества включают в себя некоторые или все из следующих: сокращение или устранение опасных химических веществ, сокращение потребления воды, снижение энергетических потребностей и снижение требований к обработке и удалению отходов. Эти инновационные технологии обеспечивают ту же производительность, что и химическое меднение, с дополнительными преимуществами меньших затрат, малой площади оборудования, меньших требований к рабочей силе и лучшей рабочей среды для операторов. Однако среди этих альтернативных технологий можно определить, какая из них может обеспечить наибольшую экологическую выгоду. Например, действительно ли простое исключение химиеского меднения классифицирует альтернативу как экологичную?

Вступление

На сегодняшнем рынке качество PWB ожидается и принимается как должное. До недавнего времени основной задачей производителей PWB было осуществление программ снижения затрат на протяжении всего производственного процесса, чтобы оставаться конкурентоспособными на мировой основе. В последнее время влияние этого производственного процесса на окружающую среду быстро стало важным фактором для производителей, поскольку местные органы власти требуют использования более чистых, и экологически совместимых процессов. Технология химического меднения, являющаяся стандартом в нашей промышленности, по-прежнему является преобладающей технологией металлизации PTH, используемой сегодня. Тем не менее, эта существующая технология сталкивается с проблемами, которые затрудняют достижение экологических требований. Для экономии потребления воды и энергии, а также, что более важно, для защиты нашей окружающей среды от дальнейшего загрязнения и защиты работников от рисков для здоровья, для нас важно создать более экологически чистую технологию для процесса металлизации сквозных отверстий с покрытием, заменив традиционный процесс химического меднения. К счастью, существуют давние, проверенные на производстве технологии, которые обеспечивают более чистую и безопасную окружающую среду. К ним относятся системы на основе палладия, которые фактически удалили химическую медь из процесса PTH и позволяют проводить прямое меднение на поверхности, катализируемой Pd, проводящие системы на основе полимеров и системы на основе углерода, которые включают углерод, графит или их комбинации. Один из таких новых процессов, основанный на углероде, успешно используется на многих операциях по производству PTH. Он включает в себя горизонтальную автоматизацию, нединамическую химию, которая содержит меньше технологических этапов и гораздо более низкие и простые аналитические элементы управления. Продолжающиеся усилия по улучшению проводимости, очистке меди и надежности продукции привели к инновационному процессу производства печатных плат.

Что внутри отверстий?

Многие поставщики химии предоставляют проверенные на производстве технологии, классифицируемые как прямая металлизация. Прямая металлизация обеспечивает нанесение медного покрытия непосредственно на внутренние слои, максимизируя надежность соединения за счет устранения слоя химической меди, как показано на на рисунке ниже. Эти процессы делятся на четыре основные категории: углерод, графит, проводящий полимер и системы на основе палладия. На рисунке ниже представлен общий обзор этих коммерческих технологий с точки зрения заявленных преимуществ и проблем по сравнению с процессом химической меди.

Технологический цикл

На рисунке 3 ясно видно, что сравнение только технологического цикла показывает, какое драматическое влияние может оказать новый альтернативный процесс PTH по сравнению с традиционной технологией химической меди, а именно меньшее количество технологических этапов. Хотя существует множество доступных процессов, которые попадают под некоторые из этих альтернатив, они представлены здесь в обобщенных циклах для сравнения.

Наиболее значительной характеристикой, которую процесс прямой металлизации может оказать на окружающую среду, является количество воды, необходимое для запуска процесса. Использование воды и ее последующая очистка быстро становятся основным фактором внедрения альтернативных технологий PTH. Например, этапы промывки для химической меди составляют не менее семи, тогда как в процессе металлизации на основе углерода они могут быть сокращены до трех или менее чем наполовину. Это означает резкое уменьшение количества воды, необходимого для запуска процесса, и количества воды, которая должна поступать в систему переработки отходов.

Количество технологических этапов также является показателем количества химических производств, которые в конечном итоге требуют переработки отходов. Некоторые химические вещества могут быть слиты непосредственно на переработку отходов, в то время как другие должны быть собраны и отправлены за пределы объекта для утилизации или рекультивации. Эти альтернативные процессы по сравнению с обычной химической медью на практике вдвое сократили требования к обработке отходов.

Наконец, количество технологических этапов и типы химических веществ, используемых в процессе, не только повлияют на обработку отходов, но и повлияют на потребление энергии. Насосы, нагреватели и сушилки-все они вносят свой вклад в воздействие процесса PTH на окружающую среду.

Уменьшение промывок

В процессах химической меди используется значительное количество промывочной воды и образуется большой объем сточных вод, которые необходимо обработать. Имея более 7 ванн промывки в обычном химическом процессе PTH, производители PWB сталкиваются с растущими требованиями переработки отходов. Все четыре категории альтернативных процессов прямой металлизации, упомянутых выше, сократили потребность в промывочной воде по сравнению с процессом химической меди. Процесс палладия и процесс проводящего полимера имеют 5 ванн промывки, в то время как процесс графита и процесс углерода имеют только 3 ванны промывки. Кроме того, использование автоматизированного горизонтального оборудования по большинству технологий прямой металлизации еще больше сокращает потребление воды. Среди них процесс PTH на основе углерода привел к наиболее значительным улучшениям в сокращении использования промывочной воды и очистки сточных вод с помощью оборудования, показанного на рисунке горизонтальный конвейерный процесс на основе углерода требует менее 1,29 галлона/ssf, в то время как вертикальные процессы химической меди могут использовать более 11,7 галлона/ssf воды.

Уменьшение использования химии

Количество технологических этапов в традиционной линии химической меди означает большее количество процессов, требующих обработки отходов. Во всех альтернативных процессах PTH была исключена химическая медная ванна. При конкретной оценке потребления только химической медной ванны обычно расходуется 40-50 мл химии на квадратный фут поверхности, чтобы обеспечить толщину меди 2 мкм. Однако для сравнения, процесс на основе углерода использует только около 2 мл на квадратный фут поверхности. Это представляет собой существенное снижение количества отходов, поступающих в процесс очистки.

Кроме того, в отличие от химической меди, процессы металлизации на основе углерода не приводят к избирательному истощению компонентов и не имеют непроизводительных побочных реакций. Это указывает на нестабильность химического меднения, что в конечном итоге приводит к увеличению частоты сливов ванн и обработки отходов.

Уменьшение переработки отходов

Концентрация химических веществ, которые могут быть слиты с промышленных объектов, строго регулируется государственными органами. Экологические риски PTH-технологий могут быть оценены с точки зрения опасности токсичности для водных организмов. Соединения меди могут привести к проблемам с токсичностью воды при сбросе в поверхностные воды. Согласно исследованию USEPA, процесс химической меди содержит одиннадцать химических веществ с высокой токсичностью для водных организмов, в то время как процесс на основе углерода содержит только два, которые легко поддаются обработке. Совсем недавно китайское правительство определило изготовителей PWB среди своих главных загрязнителей. Началась кампания по обеспечению соблюдения существующих законов и строгому регулированию и ограничению выбросов в результате операций по изготовлению PWB. Поскольку Китай полон решает свой кризис с загрязнением воды, соблюдение более строгих экологических норм вынуждает многих производителей PWB искать способы сокращения и ограничения своих сбросов воды.

Альтернативные технологии металлизации PTH упрощают очистку сточных вод. В химической медной ванне хелатирующие агенты, такие как ЭДТА, используются для удержания ионов металлов в растворе. Эти хелатирующие агенты ингибируют осаждение металлов во время очистки сточных вод и затрудняют очистку. Три из четырех технологий прямой металлизации, а именно углерод, графит и проводящий полимер, устранили хелатирующие агенты и уменьшили потребность в химических веществах для очистки воды, которые используются для разрушения хелаторов. Они также обеспечивают меньшее количество химикатов, требующих обработки отходов. Экологически чистые химические вещества, используемые в процессе металлизации на основе углерода, позволяют сбрасывать его компоненты непосредственно в систему обработки отходов без каких-либо дополнительных или чрезвычайных требований к обработке. Это дополнительное преимущество включает в себя снижение затрат, связанных с процессом обработки отходов.

Снижение энергопотребления

По мере роста мирового спроса на энергию затраты стремительно растут. Затраты на электроэнергию стали критическим компонентом в производственном процессе PWB, поскольку многие операции являются энергоемкими. Горизонтальная автоматизация процесса повышает эффективность процесса нанесения покрытий на сквозные отверстия, что по своей сути приводит к снижению энергозатрат. Процесс на основе углерода потребляет значительно меньше энергии на единицу произведенной PWB. Горизонтальная автоматизация, низкотемпературная химия процесса и меньшее количество технологических этапов являются сутью этого преимущества. Например, при скорости 1,0 метра в минуту процесс на основе углерода имеет пропускную способность 28,6 панели. Потребляемая мощность, включая нагрев и сушку, оценивается в 37,9 кВт. Для обработки 200 квадратных метров панелей в день оборудование должно работать в течение 7 часов. Таким образом, общая потребляемая мощность составит 265,3 кВт часов. Для той же производительности высоковольтная химическая медь должна работать в течение 20 часов в день при потребляемой мощности 54 кВт, что составляет 1080 кВт часов. Мощность, сэкономленная этой технологией, колоссальна 75%!

Минимизация рисков для здоровья работников

Помимо потребления и обработки ценных ресурсов, необходимо также учитывать воздействие воздействия на человека. Вертикальные процессы химической меди подвергают работников воздействию химических веществ, вдыхая воздух, содержащий пары или аэрозоли из технологических линий. Формальдегид является одним из таких опасных химических веществ, связанных с химическими медными ваннами. В вертикальном процессе химической меди вдыхание формальдегида, раздражающего вещества и вероятного канцерогена для человека, может представлять риск развития рака.

Напротив, альтернативные технологии PTH, характеризующиеся выбором химических веществ и применяемыми комплектами оборудования, улучшают условия на рабочем месте. Эти закрытые конвейерные технологические линии имеют вытяжные системы, которые отводят все пары с рабочего места, как показано на рисунке. На практике воздействие вдыхания даже самых безобидных химических веществ, связанных с углеродным процессом, считается незначительным.

Высокая производительность, надежность и способности

Справедливо сказать, что многие из коммерчески доступных альтернатив PTH соответствуют давно установленным стандартам производительности, установленным технологией химической меди. Все эти процессы используются производителями и обеспечивают преимущества и надежность, которые позволяют их дальнейшее использование. Почти двадцатилетний опыт и глубокое знание эксплуатации и технических знаний как поставщиками, так и производителями PWB помогли продвинуть процесс на основе углерода до работоспособного состояния.

Непрерывное совершенствование этой технологии продолжает выводить этот процесс за рамки стандартов, которые могут быть достигнуты с помощью химической меди. Надежность процесса прямой металлизации углеродном была проверена в соответствии с различными отраслевыми стандартами с типичными результатами, показанными на рисунке ниже. Надежность изделий на основе углерода оказалась не только эквивалентной, но и превосходящей химическую медь во многих отношениях, включая производительность, показанную на рисунке ниже. Этот процесс обеспечивает равномерное электролитическое покрытие и прочную связь между медью и медью для наиболее надежных межсоединений, как показано на рисунке ниже. Кроме того, процесс на основе углерода имеет проверенные производственные возможности на более широком спектре подложек, включая чувствительные к щелочам ламинаты, где технологии химической меди потерпели неудачу.

Результаты испытаний на надежность

Циклы до отказа

Поперечные сечения технологических возможностей

Вывод

Альтернативные технологии PTH по сравнению с обычной химической медью всегда удовлетворяли две потребности рынка: снижение стоимости или улучшение окружающей среды. Однако сегодня эти два требования слились воедино. Все выгоды, связанные с сокращением затрат, такие же, как и выгоды, связанные с воздействием на окружающую среду, и наоборот. Эти экологические преимущества могут и будут оказывать значительное влияние на то, как производятся PWB. Все больше и больше стран осознают и ставят под сомнение влияние производственных процессов на окружающую среду. Сокращение объема промывочной воды, выбор и количество используемых химических веществ, упрощенная обработка отходов, снижение энергозатрат и улучшение условий труда за счет минимизации воздействия вредных химических веществ на работников-все это делает технологию на основе углерода одной из самых «экологичных» альтернатив PTH, которая может обеспечить запрос на экологические проблемы.