灭菌剂在PCB电镀制程中对水质和产品质量的研究

1 前言

近年来，PCB产业面临着来自原材料上涨、人工成本增加、客户压价和环保趋严等多方面的压力，同时也还受到人民币汇率升值、欧债危机和市场竞争激烈等影响，许多PCB企业正经受着前所未有的严峻考验。降低制作成本、增加产品附加值和优化制作工艺等是企业突出“重围”的唯一途径。水资源已经成为当前最紧缺的资源之一，其紧缺程度已经逼近极限，并已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。我国将实行最严格水资源管理制度，加强水资源开发利用控制红线管理，严格实行用水总量控制。而PCB行业则是用水量较大的行业，如何进行有效节水、回收利用水资源具有十分必要的意义，也是实现企业清洁生产和可持续发展的必经之路。

灭菌剂在食品加工、医药、养殖和造纸等多个领域均有广泛的应用，但在PCB领域的应用却并不常见。大部分PCB厂在连续生产一段时间后就会在黑化、去钻污+PTH、电镀、沉金、沉锡和显影等工段的水洗槽壁出现黏液，滋生大量细菌，水洗中的微生物是造成这一问题的主要原因。以黏液细菌为主，它以溶液中的硫、磷等元素为食物，代谢产生大量的黏液，黏液又吸附水中的其他悬浮物，一旦黏附在板面上（如电镀制程）就会形成导体，产生铜丝状铜渣或其他形式的不良，在温度适宜的季节会严重影响生产的连续进行，导致品质良率下降。

虽然可以通过采取人工返修、加大水洗换缸频率、换纯水等方法解决，但无论是成本还是效率上都不是最经济的方法。人工返修易造成刮伤及撞断线路的不良及报废，而加大水洗换缸或换纯水则增加制作成本和污水处理的成本。使用一种适合于线路板制造湿制程中的灭菌剂，来改善水质和防止此类不良现象的发生就显得尤为迫切，同时还能尝试减少用水量、减轻环保压力等，达到节约成本、清洁生产的目的。

2 PCB制造对水质要求及灭菌原理

2.1 PCB制造对水质要求

PCB生产用水主要是用于溶液的配制、板子的清洗和质量监控的各种溶液的分析。这样PCB生产用水对含盐量、颗粒和pH值都有特殊的要求。主要包括以下几个方面。

2.1.1 含盐量

典型的水质参数包括pH值、硬度、重金属含量、氯化物、微量有机物及总的离子含量（导电率）。

含盐量是指在水中所有正负离子的总和，水中含盐量高或某些离子含量高，对PCB生产是有害的。如Ca2+,Mg2+硬度高，会在金属表面产生沉积、生成斑点，使镀层结合不牢。衡量含盐量的多少，一般是用电阻率来表示的，有的PCB板对清洗要求是十分严格的，如我国的军用标准（GJB362A-96）规定，清洗涂覆阻焊前的PCB板子，清洗后的萃取液中，氯化钠等效离子污染试验所测值应小于1.56 mg/cm2（相当于萃取液的电阻率2 MΩ？cm）。因此用于溶剂清洗水的水质，其电阻率应该在2 MΩ？cm左右。

2.1.2 颗粒

水中的颗粒是指泥土、砂砾和自来水管道内的铁锈屑粒。在PCB生产工艺中，颗粒会使镀层产生针孔或结瘤；颗粒又使贴膜造成缺陷，产生针孔，使干膜粘附不实、以致显影或腐蚀后的修复率增加，严重的会使线路断路或短路。因此在PCB生产用水中，一定要把固体颗粒除掉。根据PCB工业的用水经验，一般要求固体颗粒的直径小至最小图形尺寸的0.2~0.1.

目前PCB的导线图形，最小线宽已小至0.05 mm.因此，PCB生产用水不允许有大于10 μm滤径的固体颗粒存在。所以在制备PCB生产用水时，一定要有小于10 μm的过滤器，以截留掉大于10 μm的固体颗粒。

2.1.3 pH值

PCB生产用水的pH值，对PCB生产质量有一定的影响，如把偏酸性（混床水）水用作全板镀铜或显影的冲洗水时，板面会发生氧化，影响贴膜质量，使检验和修板的难度加大。有时偏酸性水，在配制溶液时，也会产生混浊，影响溶液的质量的。

所以PCB生产用水的pH值应控制在6~8之间。PCB生产用水的水质要求是：电阻率≥0.02 MΩ？cm.

2.1.4 细菌和藻类

藻类问题一般很少发生，粘泥形成的细菌（黏菌）却是很常见的，在槽体的黑暗环境下及存在有机物时，黏菌能迅速的繁殖、生长。有一些处理细菌的方式在一定程度上与特别的制程加工方式相一致，包括在外杀菌、过滤、加热处理和碱性处理。细菌类物质增多会严重影响PCB的品质，尤其是某些对水质要求很严的槽体。制作精细线路的PCB制程必须对水质进行控制，否则无法保证溶液的稳定，必将影响PCB的产品质量。

2.2 灭菌原理

灭菌的方法有许多，如加热法、冷冻法、放射法、过滤法和化学法等。而用于PCB制造用水的灭菌需要考虑很多问题，如灭菌效果稳定性、持效性、次生产物对产品的影响、安全性和可操作性等。一般还要要求灭菌剂不受pH值的影响（或较小）、无毒无害、操作自动化程度高和对环境无危害等。

新型的环保高效型行灭菌剂，是专门为PCB行业开发的专用药水，其通过断开细菌、霉菌和藻类蛋白质的键而发挥杀灭作用，与微生物接触后，能迅速抑制其生长，并截断细胞生长代谢的进行，从而达到防止生理粘泥的生成，并能够穿透生物膜直达核心杀死微生物，并且适用的pH 范围较宽。其无药耐性，对产品质量无影响，对环境环保，可自行降解为无毒小分子，不会造成二次污染。

3 实验部分

3.1 实验目的

（1）跟进D型号灭菌剂是否能改善生产线水质和节省用水量；

（2）跟进因水质问题而导致的板面铜渣、铜丝 不良问题是否能得到改善；

（3）使用效果及成本分析。

3.2 实验测试项目

（1）使用D型号灭菌剂后中检测试良率；

（2）使用D型号灭菌剂可改善的方面；

（3）成本控制。

3.3 实验材料及流程

本实验的材料有：某D型号灭菌剂、生产线自来水（一、二铜电镀线总水管）。其实验流程为：灭菌剂（自动添加桶）→生产线总进水管过滤机→生产线水洗→实验、检测。

3.4 测试过程及数据统计

3.4.1 D型抗菌剂性质

（1）外观：浅绿或黄绿色透明液体

（2）溶解性：与水完全相溶

（3）密度：（20 ℃）≥1.02 g/cm3

（4）pH:3.0~5.0

（5）有效抗菌浓度：（100~300）×10-6

（6）闪点：不可燃

3.4.2 使用D型灭菌剂前状况

使用灭菌剂前二铜线因菌类而造成的铜（丝）渣、铜（丝）渣与板上铜面结合而不易修理，严重影响良率，甚至达成报废（图1）。

同时，在去钻污+PTH连线上也会出现因菌类造成的铜渣，经过活化和化学铜处理后，铜渣与板子铜面本身的结合力较强，很难修理、极易报废。且易出现铜面粗糙等外观不良问题，对产品质量影响较大（图2）。

为改善此问题，生产线需要每周更换水洗、每月用酸碱泡洗槽体，不但浪费成本、还会影响生产产能，并且改善效果不是十分明显。受地域和气候影响，每年的5月~10月是水质较差、细菌大量滋生的时期，缸壁容易产生粘稠菌类物质，不但影响产品质量、导致良率下降，还会增加许多人力、物力成本去进行相关维护。

3.4.3 使用D型灭菌剂后情况

（1）D型灭菌剂添加量情况（表1）

（2）灭菌效果（表2）

（3）跟进详情（表3）

（4）节约成本（表4）

3.5 小结

该D型灭菌剂不对现有电镀制程产生品质影响，对现用水质有明显的改善效果，能提高我公司生产品质，减少电镀铜丝、铜渣引起的品质问题，且能节约我公司的生产成本。

4 结论

使用PCB制造业专用的灭菌剂有利于生产线水质和产品质量的改善，对降低生产成本和环境保护等方面也有着积极的推动意义。在今后的工作中，我们将继续致力于灭菌剂在PCB制造中的应用和研究，不断将应用范围扩大，为公司实施“节能减排、清洁生产”战略做出更大的努力。