印制電路板濕流程過濾系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)方案論述

付 藝 陳顯任 潘松林

（珠海方正科技多層電路板有限公司-F7，廣東 珠海 519175）

0 前言

過濾系統(tǒng)是印制電路板（PCB）制造的濕流程的關(guān)鍵功能之一，通常需要定期更換濾芯。更換下來(lái)的傳統(tǒng)濾芯屬于固體危廢，而固廢必須由具有資質(zhì)的環(huán)保公司處理。隨著PCB行業(yè)的大量擴(kuò)產(chǎn)，有資質(zhì)的環(huán)保公司的有限產(chǎn)能難以滿足固廢不斷增加的需求，許多公司堆積大量的廢舊濾芯無(wú)法處理。因此，濾芯固廢處理問題日益突出。

另一方面，PCB行業(yè)的電鍍線、水平線等濕流程使用傳統(tǒng)濾芯已經(jīng)沿用了近30年，濾芯的常規(guī)精度5～10 μm,伴隨制造成本的壓縮，濾芯品質(zhì)出現(xiàn)了優(yōu)劣不一，過濾效果不好，進(jìn)而影響PCB品質(zhì)，形成了惡性循環(huán)。許多企業(yè)將濾芯改為濾袋，但是濾袋的過濾效果遠(yuǎn)低于濾芯，難以滿足精密印制電路板的品質(zhì)要求。基于上述問題，PCB行業(yè)需要尋求更為環(huán)保、使用壽命更長(zhǎng)、且有成本優(yōu)勢(shì)的過濾替代方案。

1 PCB行業(yè)的過濾替代方案

PCB行業(yè)的過濾方案除了常規(guī)的繞線棉芯、PP（聚丙烯）濾芯和過濾袋之外，目前在推廣的方案主要有納米高分子濾芯、精密鋼網(wǎng)濾芯和智能過濾機(jī)等方案（如圖1所示）。納米高分子濾芯由于價(jià)格較高，僅在部分高端產(chǎn)品線試用；精密不銹鋼網(wǎng)濾芯主要是搭配創(chuàng)峰和宇宙的水平沉銅線，應(yīng)用于除膠渣藥水的過濾；智能過濾機(jī)因其較好的材料和人工替代性能，在部分成本控制較好的PCB工廠有較大量使用。

1.1 納米高分子膜濾芯

納米高分子濾芯由支撐骨架和超高納米分子膜組成，濾芯以超高分子量PE（聚乙烯）濾管為支撐骨架，在其表面進(jìn)行納米高分子涂膜處理，使其過濾精度最小可以達(dá)到 0.1 μm，在膜處理的過程中，使用特殊工藝使納米高分子膜填充到支撐骨架的孔中形成鑲嵌式結(jié)構(gòu)，使膜層穩(wěn)定地附于骨架上，膜層厚度范圍0.5～1.5 mm。

使用PE為骨架納米高分子為膜層的濾芯,具有優(yōu)良的過濾性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度，良好的耐化學(xué)和耐溫性能，同時(shí)嵌入式的納米高分子膜層可以保證在使用過程中不會(huì)發(fā)生膜剝離，相比于其他微濾膜可以在更高的壓力下運(yùn)行及反洗，使用簡(jiǎn)單且壽命超長(zhǎng)，正常使用壽命 3～5年，可大大節(jié)約使用成本、減少固體廢物的產(chǎn)生和固廢的處理成本。

該方案的特點(diǎn)是純手工操作，直接使用高分子濾芯替代傳統(tǒng)棉芯。濾芯工作狀態(tài)壓差大、流量小，日常按工藝需求時(shí)間拿出濾芯用自來(lái)水沖洗干凈即可；每6個(gè)月定期使用濾芯反沖洗設(shè)備對(duì)濾芯進(jìn)行反沖洗保養(yǎng)。

1.2 精密不銹鋼網(wǎng)濾芯

精密不銹鋼網(wǎng)濾芯采用不銹鋼燒結(jié)絲網(wǎng)制作，材質(zhì)有不銹鋼304和不銹鋼316L兩種，濾芯一般采用外壓式，液體通過濾芯細(xì)小微孔，進(jìn)入濾芯中心管出水，微孔截留了水質(zhì)中細(xì)小的雜質(zhì)，其截留雜質(zhì)的能力主要是由濾芯的孔徑?jīng)Q定，一般濾芯精度為0.1～100 μm。此濾芯可以采用在線反沖洗清理雜質(zhì)，不需要頻繁的更換濾芯；單支外徑60 mm、長(zhǎng)度1000 mm的不銹鋼濾芯的出水量可以達(dá)到2～3 t/h。

另一種形式的不銹鋼濾芯采用濾筒式設(shè)計(jì)，藥水從濾筒內(nèi)部進(jìn)入，顆粒過濾是靠流體的沖撞和擠壓作用而被截留并緊附于濾網(wǎng)的內(nèi)壁面上。這種濾筒對(duì)25～500 μm顆粒的液體具有良好的過濾性，單位面積的流量大，清洗之后可反復(fù)使用。在PCB流程中，不銹鋼濾筒主要用在具有高溫、強(qiáng)氧化的除膠渣藥水的過濾，以清除藥液中的板料碎屑和固體沉淀物（如圖2所示）。

圖1 PCB行業(yè)的過濾方案

圖2 除膠渣設(shè)備使用的不銹鋼過濾器與不銹鋼網(wǎng)濾筒

1.3 智能過濾機(jī)

智能過濾機(jī)的原理是采用過濾分離技術(shù)，結(jié)合0.1～0.5 μm孔徑的 PTFE（聚四氟乙烯）超微濾膜組，利用超濾膜的微孔把電鍍液中的懸浮顆粒、有機(jī)分解物質(zhì)分離出來(lái)。它不需要懸浮物粒徑和比重足夠大，當(dāng)槽液中存在大于0.1 μm的懸浮顆粒時(shí)，直接過濾就可以把溶液中的顆粒物除去。本系統(tǒng)具有過濾和反沖洗兩種功能，其過濾功能是將鍍槽內(nèi)的鍍液抽至過濾系統(tǒng)，在壓力作用下鍍液從濾芯外部滲入，經(jīng)中間空心部分流走，回到鍍槽，而雜質(zhì)不能通過濾芯，阻隔在過濾系統(tǒng)里；反沖洗功能是將清水（或汽水混合）抽到過濾系統(tǒng)，從濾芯底部進(jìn)入濾芯中間空心部分，在壓力的作用下，將阻隔在濾芯里的雜質(zhì)沖洗出來(lái)，經(jīng)排污管排出流至廢水處理系統(tǒng)。

相比傳統(tǒng)繞線棉芯或PP發(fā)泡濾芯，智能過濾是一種更有效的分離方法（如圖3所示）。智能過濾機(jī)將PTFE新材料應(yīng)用于膜法過濾，具有耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化和高溫的特點(diǎn)，適用于PCB制造的各個(gè)流程。高精度的均徑過濾，大大減少鍍液的TOC（有機(jī)碳總量）的含量，可以延長(zhǎng)碳處理保養(yǎng)周期及藥水使用壽命；過濾機(jī)具有濾芯自動(dòng)反沖洗功能，無(wú)須更換濾芯，大大節(jié)省人力和固廢環(huán)保處理成本。

2 過濾系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)方案

2.1 電鍍線的過濾替代方案

傳統(tǒng)龍門電鍍線設(shè)計(jì)為每個(gè)鍍槽配一臺(tái)傳統(tǒng)過濾機(jī)，根據(jù)槽體大小過濾機(jī)的功率一般為3～5P，每臺(tái)過濾機(jī)裝18支508 mm～762 mm（20～30英寸）的濾芯，濾芯更換頻率通常為2～4周/次。使用1臺(tái)智能過濾機(jī)（流量為550 L/min）代替2臺(tái)傳統(tǒng)過濾機(jī)，循環(huán)流量可保持與原過濾機(jī)一致（圖3）。智能過濾機(jī)的濾芯可以自動(dòng)反沖洗，且沖洗頻率可以根據(jù)需求設(shè)定，因此節(jié)省了大量濾芯、人工及保養(yǎng)時(shí)間。

對(duì)于VCP（垂直連續(xù)電鍍線），因智能過濾機(jī)0.1～0.5 μm的過濾孔徑，對(duì)比傳統(tǒng)濾芯5～10 μm孔徑，出水流量不能滿足噴嘴壓力0.4 Mpa的噴淋量，故而不能直接替代噴淋泵。目前的方案是將智能過濾機(jī)安裝在VCP副槽或工作槽兩端，同時(shí)保留噴淋泵，但是噴淋泵可以不裝濾芯或延長(zhǎng)濾芯壽命。

圖3 傳統(tǒng)濾芯與智能過濾機(jī)的過濾效果區(qū)別（來(lái)源：鼎陽(yáng)環(huán)保）

2.2 水平線的替代方案

PCB制造流程的水平生產(chǎn)線，因不同工藝需求設(shè)計(jì)不同的過濾系統(tǒng)，過濾泵安裝濾芯的數(shù)量和更換頻率存在多樣性。對(duì)于濾芯用量較大且更換頻率較高（平均每臺(tái)過濾泵＞2支/天）的生產(chǎn)線或藥水槽，使用智能過濾機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾芯可以減少濾芯用量并且節(jié)省人力和保養(yǎng)時(shí)間，但是要考慮生產(chǎn)線的空間是否足夠安裝智能過濾機(jī)；對(duì)于一些清洗線或普通水洗槽的過濾，通常濾芯用量較少和更換頻率較低（每臺(tái)泵1～2支/周或更少），使用高分子膜濾芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)濾芯，可以減少一次性投資，同時(shí)也可以達(dá)到減少濾芯廢棄物的效果。

3 投資回報(bào)分析

以某公司龍門電鍍線和VCP填孔電鍍線為例來(lái)評(píng)估智能過濾機(jī)或高分子膜濾芯的投資回收期，改造方案如下。

（1）龍門線：14個(gè)鍍銅槽，原裝14臺(tái)循環(huán)過濾泵（5P），每臺(tái)泵18支762 mm濾芯，更換頻率1次/月；

智能過濾機(jī)：2個(gè)鍍銅槽安裝1臺(tái)智能過濾機(jī)（含1臺(tái)5P輸送泵+1臺(tái)1P反沖洗泵），共7臺(tái)；

高分子膜濾芯：每臺(tái)泵18支762 mm濾芯，共252支，配1臺(tái)濾芯自動(dòng)反沖洗機(jī)（5P）。

（2）VCP線：20個(gè)鍍銅槽，原裝40臺(tái)過濾噴淋泵（5P），4臺(tái)副槽循環(huán)過濾泵（5P），每臺(tái)泵18支762 mm濾芯，更換頻率1次/月；

智能過濾機(jī)：鍍銅槽兩端和副槽共安裝4臺(tái)智能過濾機(jī)（含1臺(tái)5P輸送泵+1臺(tái)1P反沖洗泵），取代4臺(tái)循環(huán)過濾泵；

高分子膜濾芯：每臺(tái)泵18支762 mm濾芯，共720支，配2臺(tái)濾芯自動(dòng)反沖洗機(jī)（5P，半年洗一次）。

（3）智能過濾機(jī)壽命按5年計(jì)算，單價(jià)6萬(wàn)元/臺(tái)；高分子膜濾芯壽命按3年計(jì)算，單價(jià)300元/支；傳統(tǒng)濾芯單價(jià)8.5元/支。

（4）更換下來(lái)的762 mm濾芯，廢舊濾芯重量約1.5 kg/支，目前珠海區(qū)的濾芯固廢環(huán)保處理費(fèi)用為5500元/噸

（5）龍門線更換傳統(tǒng)濾芯耗時(shí)3工時(shí)/每月，保養(yǎng)清洗高分子膜濾芯6工時(shí)/每月；VCP線更換傳統(tǒng)濾芯

耗時(shí)7工時(shí)/每月，保養(yǎng)清洗高分子膜濾芯14工時(shí)/每月；智能過濾機(jī)可以節(jié)省濾芯更換時(shí)間，因此可以提升設(shè)備產(chǎn)能（折算為節(jié)省加工成本）。

按照上述改造方案，分別計(jì)算出兩條電鍍線的傳統(tǒng)濾芯、高分子膜濾芯和智能過濾機(jī)在使用壽命周期的物料成本、固廢處理成本、過濾機(jī)電費(fèi)、人工和產(chǎn)能損失成本等各項(xiàng)綜合成本如表1所示，并根據(jù)改造方案的節(jié)省金額計(jì)算出投資回收期，計(jì)算公式如下。

投資回收期（年）=設(shè)備（材料）投資成本/年平均節(jié)省成本

從表2數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于14個(gè)銅槽的龍門電鍍線，使用高分子膜濾芯的投資回收期為2.75年，使用智能過濾機(jī)的投資回收期為2.57年。對(duì)于有20個(gè)銅槽的填孔VCP，使用高分子膜濾芯的投資回收期為2.31年，使用智能過濾機(jī)的投資回收期為1.85年。從固廢處理、保養(yǎng)人工和產(chǎn)能提升等方面來(lái)看，智能過濾機(jī)比高分子膜濾芯更具優(yōu)勢(shì)。

表1 電鍍線高分子膜濾芯和智能過濾機(jī)的綜合成本對(duì)比

4 總結(jié)

PCB行業(yè)目前推行的傳統(tǒng)濾芯替代方案有高分子膜濾芯、精密不銹鋼網(wǎng)濾芯和智能過濾機(jī)，從適用性方面分析，高分子膜濾芯和智能過濾機(jī)可以應(yīng)用在各種工藝流程，具有更好的替代性。從電鍍線過濾替代方案的投資回報(bào)分析來(lái)看，智能過濾機(jī)比高分子膜濾芯更具優(yōu)勢(shì)。

因PCB工藝流程具有復(fù)雜多樣性，不同流程的濾芯使用數(shù)量和更換頻率差別較大，在制定過濾系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)方案時(shí)，需要考慮投資成本、固廢減排和人力節(jié)省等綜合成本，來(lái)選擇高分子膜濾芯或智能過濾機(jī)，對(duì)于部分生產(chǎn)線可以考慮高分子膜濾芯和智能過濾機(jī)同時(shí)使用，以達(dá)到最佳的投資收益。