Выпуск #5/2008
Дж.Динг, Р.Реталлик.
Экологически чистая технология металлизации сквозных отверстий плат
Экологически чистая технология металлизации сквозных отверстий плат
Просмотры: 1620
Альтернативные обычному химическому меднению технологии металлизации сквозных отверстий печатных плат всегда обращаются к двум требованиям рынка: снижение стоимости или улучшение окружающей среды. Сегодня эти два требования объединились.
В области металлизации сквозных отверстий ПП в течение долгого времени доминирует химическое меднение. Эта технология широко используется производителями ПП и получила признание давнишних изготовителей ОЕМ. Однако эта укоренившаяся технология обладает многими недостатками, которые непосредственно воздействуют на окружающую среду. А именно, она содержит канцерогенный фактор, потребляет много воды и по своей сути ведет к возрастанию требований по очистке отходов. На протяжении ряда лет проделано много работы по решению проблем, связанных с технологией химического меднения. Конечную цель представляет экологически чистый процесс металлизации сквозных отверстий, который сохраняет твердо установившиеся стандарты рабочих и надежностных характеристик.
В последние годы появилось множество альтернативных технологий химическому меднению отверстий, многие из которых широко применяются в высокотехнологичном производстве. Их преимущества включают сокращение или устранение вредных химических веществ, снижение потребления воды, более низкие энергетические требования и пониженные требования по очистке отходов и их уничтожению. Эти инновационные технологии обеспечивают те же рабочие характеристики, что и химическое меднение, при дополнительной выгоде в виде меньшей стоимости, меньшего занимаемого пространства, пониженных требований к рабочему персоналу и лучших условий окружающей среды для операторов. Однако среди этих альтернативных технологий можно установить, какая может обеспечить наибольший экологический эффект. Например, простое устранение химической меди действительно квалифицируется как чистая экология? На современном рынке ПП требуется и гарантируется качество. До недавнего времени главной задачей изготовителей ПП было распространять программу снижения стоимости на процесс изготовления, чтобы поддерживать конкуренцию на мировом уровне. Недавно воздействие такого процесса производства на окружающую среду быстро стало важным фактором для рассмотрения изготовителями, поскольку местные правительства потребовали использование более чистых, экологически чистых и более экологически совместимых процессов.
Технология химического меднения – стандарт в индустрии ПП – все еще господствует при металлизации сквозных отверстий. Однако этой существующей технологии достичь экологических результатов мешают проблемы. Чтобы сберечь потребление воды и энергии, а еще важнее, защитить окружающую среду от будущих загрязнений и защитить производственных рабочих от риска заболеваний, важно установить более экологически дружественную технологию для процесса металлизации сквозных отверстий заменой традиционного процесса химического меднения. К счастью, продолжают существовать давнишние проверенные в производственных условиях технологии, которые обеспечивают более чистые и безопасные окружающие условия. Они включают палладиевые системы, которые в сущности удаляют химическое осаждение меди из процесса металлизации сквозных отверстий и предусматривают прямое осаждение меди поверх катализованной палладием поверхности; системы проводящих полимеров и углеродные системы, которые включают углеродную сажу, графит или их комбинации. Один такой новый процесс, основанный на углероде, успешно использовался на многих операциях металлизации сквозных отверстий.
Многие поставщики химикатов обеспечивают проверенные в производственных условиях технологии, квалифицируемые как прямая металлизация. Прямая металлизация предусматривает меднение прямо на внутренние слои, максимизируя надежность межсоединений устранением химически нанесенного слоя меди. Процессы делятся на четыре категории: углеродная система, графитовая система, система проводящих полимеров и палладиевые системы. В табл.1 дан обзор этих коммерчески пригодных технологий в виде преимуществ и недостатков в сравнении с химическим меднением.
Из приведенного сравнения рабочих циклов в табл.2 очевидно, какое сильное воздействие может иметь новый альтернативный процесс металлизации сквозных отверстий, а именно меньшее число стадий процесса. Хотя существует много пригодных процессов, которые попадают в ряд этих альтернатив, здесь они представлены в обобщенных рабочих циклах для целей сравнения.
Наиболее основательной и эффективной характеристикой процесса прямой металлизации, которая может влиять на окружающую среду, является объем воды, необходимый для проведения процесса. Потребление воды и ее последующая очистка быстро становятся основным фактором в реализации альтернативной технологии металлизации сквозных отверстий. Например, стадий промывки для химического меднения не меньше семи, в то время как в процессе с углеродной системой они могут быть сокращены до трех и менее. Это говорит о сильном сокращении объема воды, необходимого для проведения процесса и объема, который необходим для введения системы очистки воды.
Число стадий процесса также служит показателем объема химических веществ, что в итоге требует очистки отходов. Некоторые химические вещества могут быть слиты прямо на очистку отходов, в то время как другие необходимо собирать и отгружать вне цеха для устранения или рекламации. Эти альтернативные процессы практически снижают требования к очистке отходов вдвое.
В конечном счете число стадий процесса и типы химических веществ, используемых в процессе, не только влияют на очистку отходов, но и на потребление энергии. Насосы, нагреватели и сушильные аппараты – все это способствует воздействию процесса металлизации отверстий на окружающую среду.
Сокращение объема промывочной воды
Процессы химического осаждения меди используют большое количество промывочной воды и генерируют огромный объем зарязненной воды, которую необходимо очищать. Из-за более семи промывочных станций при обычном процессе химической металлизации отверстий изготовители ПП сталкиваются с растущими требованиями относительно очистки отходов. Во всех четырех категориях альтернативных процессов прямой металлизации сокращены требования к промывочной воде по сравнению с химическим процессом металлизации. Процессы палладиевой системы и системы проводящего полимера требуют по пять станций промывки, а графитовый и углеродный процессы – только по три. Кроме того, использование автоматизированного горизонтального оборудования в большинстве технологий прямой металлизации еще больше сокращает потребление воды. Наибольшее сокращение промывочной воды и очистки загрязненной воды среди альтернативных технологий обеспечивается в углеродной системе (см. табл.2). Этот процесс с горизонтальным конвейером требует воды почти в 10 раз меньше, чем вертикальные процессы химического меднения.
Сокращение потребления химических веществ
Во всех альтернативных процессах устранена ванна химического меднения. Расходы, связанные именно с этой ванной, составляют от 440 до 540 мл/м2 химических веществ на получение меди толщиной 2 мм. Однако процесс на углеродной системе использует для этого только 20 мл/м2. Это говорит о существенном снижении количества отходов, поступающих на очистку. Кроме того, в отличие от химического меднения процессы углеродной металлизация не обедняют компоненты селективно и не имеют непродуктивных побочных реакций.
Сокращение очистки отходов
Концентрация химикатов, которые могут быть выпущены из промышленных предприятий, тщательно регулируются правительственными агенствами. Экологические риски технологий металлизации отверстий оцениваются через опасность заражения воды. Соединения меди могут привести к проблемам токсичности воды, если отходы сливаются в поверхностные воды. По данным американского Агентства по защите окружающей среды, процесс химического меднения содержит 11 химикатов высокой токсичности для водной микрофлоры, в то время как углеродный процесс содержит только два, которые причем легко очищаются. Совсем недавно китайское правительство идентифицировало производителей ПП как одних из трех главных источников загрязнений окружающей среды. Там началась кампания по принудительному исполнению существующих законов и жесткому регламентированию и ограничению слива отходов после процессов производства ПП. Поскольку Китай принял решение разрешить кризис загрязнений воды, строгое экологическое регламентирование принуждает изготовителей ПП искать пути по сокращению и ограничению слива воды.
В альтернативных технологиях металлизации отверстий упрощена очистка загрязненной воды. В ванне химического меднения хелатные соединения, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота, используются для сохранения металлических ионов в растворе. Эти соединения препятствуют осаждению металлов во время очистки загрязненной воды и делают очистку более сложной, добавляя дополнительные стадии обработки. Три из четырех технологий прямой металлизации, а именно углеродная, графитовая и проводящий полимер, исключили хелатные соединения и понизили потребность в очистке воды от химикатов, которая используется для распада хелатов. Они также обеспечивают меньшее количество химикатов, которые требуют очистку воды. Используемые в углеродной металлизации экологически дружественные химикаты позволяют сливать свои компоненты прямо в систему очистки без требований экстраординарной очистки. Это создает дополнительное преимущество, которое включает сокращение финансовых расходов, связанных с процессом очистки.
Сокращение потребления энергии
С ростом глобальных требований к энергии стремительно поднимаются цены на нее. Стоимость энергии становится критичной составляющей производства ПП, поскольку многие его операции интенсивно потребляют энергию. Горизонтальная автоматизация процесса повышает эффективность металлизации сквозных отверстий, что по существу ведет к снижению потребности в энергии. Углеродный процесс потребляет значительно меньше энергии на единицу площади производимой ПП. Горизонтальная автоматизация, низкотемпературный процесс и меньшее число стадий процесса представляют главную проблему этого преимущества. Например, при скорости 1 м/мин углеродный процесс обеспечивает производительность 28,6 панелей. Потребляемая мощность, включая нагрев и сушку, оценивается в 37,9 кВт. Чтобы выпускать 200 панелей площадью 2 м2 в день, оборудованию необходимо проработать в течение семи часов. Следовательно, полная потребляемая мощность должна быть 265,3 кВт/ч. Для такого же объема продукции химической металлизации требуется работа оборудования в течение 20 ч в день, что приводит к 1080 кВт/ч. Таким образом, экономия энергии этой альтернативной технологией огромная – 75%!
Минимизация рисков для здоровья рабочих
Помимо потребления и очистки дорогостоящих источников важно также рассмотрение воздействия на человека. Неконвейерные процессы химического меднения воздействуют на рабочих при вдыхании воздуха, содержащего пары и аэрозоли химикатов. Формальдегид – один такой вредный химикат, связанный с ваннами химического меднения. Вдыхание формальдегида, раздражающего средства и, вероятно, канцерогена, может представлять риск заболевания раком.
В противоположность химическому меднению альтернативные технологии характеризуются выбором химикатов и установок оборудования, которые улучшают окружающие условия рабочего места. Эти герметизированные технологические линии имеют системы выделения паров, которые выпускают испарения в стороне от рабочего места. На практике вдыхание большинства безопасных химикатов, связанных с углеродным процессом, считается незначительным.
Высокая надежность и производительность
Надо сказать, что многие коммерчески пригодные альтернативные технологии отвечают общепринятым рабочим стандартам, установленным для химического меднения. Все эти процессы используются производителями и обеспечивают выгоду и надежность, что позволяет их применять продолжительное время. Почти 20 лет опыта, основательные знания операций и техническая экспертиза поставщиками и изготовителями ПП помогли продвинуть углеродный процесс до зрелого состояния. Продолжающееся совершенствование этой технологии приведет ее за стандарты, которые могут быть достигнуты химическим меднением. Результаты испытаний на надежность прямого углеродного процесса металлизации, проведенных в соответствии с различными промышленными стандартами, приведены в табл.3. Показано, что надежность продукции, изготовленной по углеродной технологии не только одинакова, но и превосходит химическое меднение по многим аспектам, в том числе по комплексным испытаниям систем – IST (рис.).
Этот процесс обеспечивает равномерное электролитическое покрытие и тесный контакт медь-медь для высоконадежных межсоединений. Кроме того, углеродный процесс имеет высокую производительность широкого типа оснований, в том числе чувствительных к щелочи ламинатов, где химическое меднение вызывает отказы.
В последние годы появилось множество альтернативных технологий химическому меднению отверстий, многие из которых широко применяются в высокотехнологичном производстве. Их преимущества включают сокращение или устранение вредных химических веществ, снижение потребления воды, более низкие энергетические требования и пониженные требования по очистке отходов и их уничтожению. Эти инновационные технологии обеспечивают те же рабочие характеристики, что и химическое меднение, при дополнительной выгоде в виде меньшей стоимости, меньшего занимаемого пространства, пониженных требований к рабочему персоналу и лучших условий окружающей среды для операторов. Однако среди этих альтернативных технологий можно установить, какая может обеспечить наибольший экологический эффект. Например, простое устранение химической меди действительно квалифицируется как чистая экология? На современном рынке ПП требуется и гарантируется качество. До недавнего времени главной задачей изготовителей ПП было распространять программу снижения стоимости на процесс изготовления, чтобы поддерживать конкуренцию на мировом уровне. Недавно воздействие такого процесса производства на окружающую среду быстро стало важным фактором для рассмотрения изготовителями, поскольку местные правительства потребовали использование более чистых, экологически чистых и более экологически совместимых процессов.
Технология химического меднения – стандарт в индустрии ПП – все еще господствует при металлизации сквозных отверстий. Однако этой существующей технологии достичь экологических результатов мешают проблемы. Чтобы сберечь потребление воды и энергии, а еще важнее, защитить окружающую среду от будущих загрязнений и защитить производственных рабочих от риска заболеваний, важно установить более экологически дружественную технологию для процесса металлизации сквозных отверстий заменой традиционного процесса химического меднения. К счастью, продолжают существовать давнишние проверенные в производственных условиях технологии, которые обеспечивают более чистые и безопасные окружающие условия. Они включают палладиевые системы, которые в сущности удаляют химическое осаждение меди из процесса металлизации сквозных отверстий и предусматривают прямое осаждение меди поверх катализованной палладием поверхности; системы проводящих полимеров и углеродные системы, которые включают углеродную сажу, графит или их комбинации. Один такой новый процесс, основанный на углероде, успешно использовался на многих операциях металлизации сквозных отверстий.
Многие поставщики химикатов обеспечивают проверенные в производственных условиях технологии, квалифицируемые как прямая металлизация. Прямая металлизация предусматривает меднение прямо на внутренние слои, максимизируя надежность межсоединений устранением химически нанесенного слоя меди. Процессы делятся на четыре категории: углеродная система, графитовая система, система проводящих полимеров и палладиевые системы. В табл.1 дан обзор этих коммерчески пригодных технологий в виде преимуществ и недостатков в сравнении с химическим меднением.
Из приведенного сравнения рабочих циклов в табл.2 очевидно, какое сильное воздействие может иметь новый альтернативный процесс металлизации сквозных отверстий, а именно меньшее число стадий процесса. Хотя существует много пригодных процессов, которые попадают в ряд этих альтернатив, здесь они представлены в обобщенных рабочих циклах для целей сравнения.
Наиболее основательной и эффективной характеристикой процесса прямой металлизации, которая может влиять на окружающую среду, является объем воды, необходимый для проведения процесса. Потребление воды и ее последующая очистка быстро становятся основным фактором в реализации альтернативной технологии металлизации сквозных отверстий. Например, стадий промывки для химического меднения не меньше семи, в то время как в процессе с углеродной системой они могут быть сокращены до трех и менее. Это говорит о сильном сокращении объема воды, необходимого для проведения процесса и объема, который необходим для введения системы очистки воды.
Число стадий процесса также служит показателем объема химических веществ, что в итоге требует очистки отходов. Некоторые химические вещества могут быть слиты прямо на очистку отходов, в то время как другие необходимо собирать и отгружать вне цеха для устранения или рекламации. Эти альтернативные процессы практически снижают требования к очистке отходов вдвое.
В конечном счете число стадий процесса и типы химических веществ, используемых в процессе, не только влияют на очистку отходов, но и на потребление энергии. Насосы, нагреватели и сушильные аппараты – все это способствует воздействию процесса металлизации отверстий на окружающую среду.
Сокращение объема промывочной воды
Процессы химического осаждения меди используют большое количество промывочной воды и генерируют огромный объем зарязненной воды, которую необходимо очищать. Из-за более семи промывочных станций при обычном процессе химической металлизации отверстий изготовители ПП сталкиваются с растущими требованиями относительно очистки отходов. Во всех четырех категориях альтернативных процессов прямой металлизации сокращены требования к промывочной воде по сравнению с химическим процессом металлизации. Процессы палладиевой системы и системы проводящего полимера требуют по пять станций промывки, а графитовый и углеродный процессы – только по три. Кроме того, использование автоматизированного горизонтального оборудования в большинстве технологий прямой металлизации еще больше сокращает потребление воды. Наибольшее сокращение промывочной воды и очистки загрязненной воды среди альтернативных технологий обеспечивается в углеродной системе (см. табл.2). Этот процесс с горизонтальным конвейером требует воды почти в 10 раз меньше, чем вертикальные процессы химического меднения.
Сокращение потребления химических веществ
Во всех альтернативных процессах устранена ванна химического меднения. Расходы, связанные именно с этой ванной, составляют от 440 до 540 мл/м2 химических веществ на получение меди толщиной 2 мм. Однако процесс на углеродной системе использует для этого только 20 мл/м2. Это говорит о существенном снижении количества отходов, поступающих на очистку. Кроме того, в отличие от химического меднения процессы углеродной металлизация не обедняют компоненты селективно и не имеют непродуктивных побочных реакций.
Сокращение очистки отходов
Концентрация химикатов, которые могут быть выпущены из промышленных предприятий, тщательно регулируются правительственными агенствами. Экологические риски технологий металлизации отверстий оцениваются через опасность заражения воды. Соединения меди могут привести к проблемам токсичности воды, если отходы сливаются в поверхностные воды. По данным американского Агентства по защите окружающей среды, процесс химического меднения содержит 11 химикатов высокой токсичности для водной микрофлоры, в то время как углеродный процесс содержит только два, которые причем легко очищаются. Совсем недавно китайское правительство идентифицировало производителей ПП как одних из трех главных источников загрязнений окружающей среды. Там началась кампания по принудительному исполнению существующих законов и жесткому регламентированию и ограничению слива отходов после процессов производства ПП. Поскольку Китай принял решение разрешить кризис загрязнений воды, строгое экологическое регламентирование принуждает изготовителей ПП искать пути по сокращению и ограничению слива воды.
В альтернативных технологиях металлизации отверстий упрощена очистка загрязненной воды. В ванне химического меднения хелатные соединения, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота, используются для сохранения металлических ионов в растворе. Эти соединения препятствуют осаждению металлов во время очистки загрязненной воды и делают очистку более сложной, добавляя дополнительные стадии обработки. Три из четырех технологий прямой металлизации, а именно углеродная, графитовая и проводящий полимер, исключили хелатные соединения и понизили потребность в очистке воды от химикатов, которая используется для распада хелатов. Они также обеспечивают меньшее количество химикатов, которые требуют очистку воды. Используемые в углеродной металлизации экологически дружественные химикаты позволяют сливать свои компоненты прямо в систему очистки без требований экстраординарной очистки. Это создает дополнительное преимущество, которое включает сокращение финансовых расходов, связанных с процессом очистки.
Сокращение потребления энергии
С ростом глобальных требований к энергии стремительно поднимаются цены на нее. Стоимость энергии становится критичной составляющей производства ПП, поскольку многие его операции интенсивно потребляют энергию. Горизонтальная автоматизация процесса повышает эффективность металлизации сквозных отверстий, что по существу ведет к снижению потребности в энергии. Углеродный процесс потребляет значительно меньше энергии на единицу площади производимой ПП. Горизонтальная автоматизация, низкотемпературный процесс и меньшее число стадий процесса представляют главную проблему этого преимущества. Например, при скорости 1 м/мин углеродный процесс обеспечивает производительность 28,6 панелей. Потребляемая мощность, включая нагрев и сушку, оценивается в 37,9 кВт. Чтобы выпускать 200 панелей площадью 2 м2 в день, оборудованию необходимо проработать в течение семи часов. Следовательно, полная потребляемая мощность должна быть 265,3 кВт/ч. Для такого же объема продукции химической металлизации требуется работа оборудования в течение 20 ч в день, что приводит к 1080 кВт/ч. Таким образом, экономия энергии этой альтернативной технологией огромная – 75%!
Минимизация рисков для здоровья рабочих
Помимо потребления и очистки дорогостоящих источников важно также рассмотрение воздействия на человека. Неконвейерные процессы химического меднения воздействуют на рабочих при вдыхании воздуха, содержащего пары и аэрозоли химикатов. Формальдегид – один такой вредный химикат, связанный с ваннами химического меднения. Вдыхание формальдегида, раздражающего средства и, вероятно, канцерогена, может представлять риск заболевания раком.
В противоположность химическому меднению альтернативные технологии характеризуются выбором химикатов и установок оборудования, которые улучшают окружающие условия рабочего места. Эти герметизированные технологические линии имеют системы выделения паров, которые выпускают испарения в стороне от рабочего места. На практике вдыхание большинства безопасных химикатов, связанных с углеродным процессом, считается незначительным.
Высокая надежность и производительность
Надо сказать, что многие коммерчески пригодные альтернативные технологии отвечают общепринятым рабочим стандартам, установленным для химического меднения. Все эти процессы используются производителями и обеспечивают выгоду и надежность, что позволяет их применять продолжительное время. Почти 20 лет опыта, основательные знания операций и техническая экспертиза поставщиками и изготовителями ПП помогли продвинуть углеродный процесс до зрелого состояния. Продолжающееся совершенствование этой технологии приведет ее за стандарты, которые могут быть достигнуты химическим меднением. Результаты испытаний на надежность прямого углеродного процесса металлизации, проведенных в соответствии с различными промышленными стандартами, приведены в табл.3. Показано, что надежность продукции, изготовленной по углеродной технологии не только одинакова, но и превосходит химическое меднение по многим аспектам, в том числе по комплексным испытаниям систем – IST (рис.).
Этот процесс обеспечивает равномерное электролитическое покрытие и тесный контакт медь-медь для высоконадежных межсоединений. Кроме того, углеродный процесс имеет высокую производительность широкого типа оснований, в том числе чувствительных к щелочи ламинатов, где химическое меднение вызывает отказы.
Отзывы читателей
