铜已经成为宝贵的金属。随着电动汽车的发展，PCB所需的电流越来越大，导致PCB中铜的比重增加。对铜的蚀刻需求也会相应增加，所以铜蚀刻剂的消耗量也不断增加。
碱性氯化铵和酸性氯化铜仍是最常用的蚀刻剂，结合各种过氧硫化物作为微蚀剂。还有一些少量使用的蚀刻剂，比如氯化铁、碱性硫酸铵、碱性氯化铜和过硫酸钠。
漂洗水中含有任何铵基化合物都会使水处理复杂化，因为这些成分会使废水中金属复杂化，所以处理成本也会更高。
蚀刻剂再生方法
Karl Dietz在他的“技术论坛”系列专栏文章中多次探讨过该主题，至少有8篇文章与蚀刻化学品有关，但其中只有一篇详细介绍了化学药水的再生(TT#92)。这8篇有关蚀刻技术的专栏文章分别是：
- TT#92：蚀刻剂循环利用（《CircuiTree》，2003年5月）
- TT#112：氨蚀刻（第一部分）（《CircuiTree》，2005年1月）
- TT#113：氨蚀刻（第二部分）（《CircuiTree》，2005年1月）
- TT#119：高良率的精细走线（《CircuiTree》，2005年8月）
- TT#151：采用氯化铁蚀刻铜（《the PCB Magazine》，2008年4月）
- TT#158：重新审视精细走线蚀刻，第一部分（《the PCB Magazine》，2008年11月）
- TT#159：重新审视精细走线蚀刻，第二部分（《the PCB Magazine》，2008年12月）
- TT#160：重新审视精细走线蚀刻，第三部分（《the PCB Magazine》，2009年1月）
液液萃取法
多年来，人们一直采用液液萃取法(Liquid-liquid extraction，简称LLE)或液体离子交换法来完成采矿过程中的金属回收。但在20世纪70年代初，General Mills公司从小麦中提取出了一种新型有机萃取剂。这种新型金属螯合剂是7-乙基-十一-2,4-二酮，General Mills将其商标注册为LIX64N和LIX 65N。这类有机物溶解后与煤油混合（~20%溶解度），对铜和锌有极高的亲和力。
这些化合物在金属螯合方面的特有功能是，在萃取步骤中，基体金属能够排除氨或氯化物，所以在剥离步骤中就不会带入氨/氯化物。此外，在剥离步骤中，萃取剂不会和酸生成盐，因而不需要进一步处理就能直接在萃取阶段完成回收。
萃取和再生过程如图1所示。
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图1：回收碱性或酸性蚀刻剂中铜的LLE流程(来源:KingIndustries)
图2所示是混合-分离器装置的示意图，展示了混合室与分离室，其中有机阶段的密度较小，漂浮在水面，从中将铜萃取到有机阶段中。LLE还会用到筛盘和分馏塔等其他单元操作设备，但混合-分离器是最简单也是最方便维护的。
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图2LLE混合-分离器示意图(来源:SigmaEngineering)
图3展示了使用碱性或酸性蚀刻剂进行蚀刻并还原铜的LLE系统示意图。多年来，已经安装了很多这类设备。图3a展示了从蚀刻剂中剥离铜的混合-分离器装置，图3b展示了另一种能将铜剥离到酸性电解液中的混合-分离器装置，而图3c展示了铜从硫酸铜电解质中析出成片状的情况。图3d展示了最终的混合-分离器，可将铜从蚀刻机的漂洗液中去除，并返回到级联蚀刻机漂洗液中，与此同时有机阶段会与蚀刻剂萃取组合到一起。所有的水都会被100%循环利用。
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图3a：有漂洗水的铜蚀刻机，以及用于去除铜及蚀刻剂再生的首台混合-分离器
图3b：一旦铜进入了有机阶段，混合-分离器可将铜从煤油中剥离出来，进入硫酸水阶段
图3c：返回到电解液后，铜被析出到不锈钢阴极上，以废铜的形式出售
图3d：小型混合-分离器，用于去除蚀刻机冲洗液中的铜
图4展示了用于蚀刻剂再生的通用工业级混合-分离器。一台装置内包含了6个独立的混合-分离器。很多情况下，萃取阶段和剥离阶段需要用到多台混合-分离器装置，如图1所示。图5展示了印制电路生产工厂安装的铜回收装置。
图4:从PCB蚀刻剂中萃取铜用到的多个混合-分离器示意图(来源:SigmaEngineering)
图5:一家PCB制造商正在运行的LLE混合-分离器(来源:SigmaEngineering)
总结
1974年，惠普公司PCB团队在加州帕洛阿尔托市首次设计出了碱性蚀刻系统使用的LLE萃取和回收装置，当时没有其他公司采用。而如今，全球各地已安装了100多台，用于回收铜及再生PCB蚀刻剂。最近安装此装置的是Whelen集团位于新罕布什尔州的GreenSource Fabrication工厂，他们每年用这种装置回收的铜，其价值达37.5万美元。
这种装置可以使化学药水回收和水回收系统成为工厂的利润来源之一。现在，每小时能加工100块面板的工厂日均用水量已经少于工厂厕所用水的总量。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年6月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
