Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der Fertigung von Leiterplatten werden die Strukturen mittels geeigneter \u00c4tzl\u00f6sungen aus den kupferbeschichteten Basismaterial herausge\u00e4tzt. Bei Verwendung einer Kupferchlorid-Salzs\u00e4ure-\u00c4tzl\u00f6sung bestehen Defizite hinsichtlich einer umweltfreundlichen und rentablen Recyling-Technik. Au\u00dferdem geht der Trend in der Leiterplattentechnik zu immer feineren Strukturen (Mikrofeinstleiter), die mit der Kupferchlorid-\u00c4tztechnik nicht mehr wirtschaftlich herstellbar sind. Deshalb bestehen f\u00fcr das neu zu entwickelnde Recycling-\u00c4tzverfahren die folgenden Zielstellungen:
\n\u00b7\tDurch h\u00f6here erreichbare \u00c4tzgeschwindigkeiten bei verbesserter Flankensteilheit sollen besonders feine Leiterplattenstrukturen rationeller und in besserer Qualit\u00e4t herstellbar sein
\n\u00b7\tIm geschlossenen Kreislauf soll das eingel\u00f6ste Kupfer elektrolytisch r\u00fcckgewonnen und das \u00c4tzmittel reoxidiert werden, so dass Abf\u00e4lle vermieden und Chemikalien eingespart werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie o. g. Zielstellung soll durch Verwendung einer aus einem Gemisch von Eisen- und Kupferchloriden bestehenden \u00c4tzl\u00f6sung erreicht werden. mit der im Vergleich zur Kupferchlorid-\u00c4tzl\u00f6sung h\u00f6here \u00c4tzraten und steilere \u00c4tzflanken realisiert werden. Die Zusammensetzung ist im Rahmen der Untersuchungen so zu optimieren, dass sie sowohl den erh\u00f6hten Anforderungen des \u00c4tzprozesses, als auch den Erforder-nissen des Regenerationsverfahrens gerecht wird. Trotz einer durch den Eisenanteil erschwerten kathodischen Kupferr\u00fcckgewinnung soll in einer mittels Kationenaustauschermembranen geteilten Recycling-Elektrolysezelle eine m\u00f6glichst vollst\u00e4ndige Kupferr\u00fcckgewinnung in einer verwertbaren Form angestrebt, wobei zur Vermeidung einer anodischen Chlorentwicklung mit einem Sperranolyten elektrolysiert wird. Der dabei anodisch gebildete Sauerstoff dient in einem nachgeschalteten Reoxidationsmodul zur \u00dcberf\u00fchrung von Kupfer-I-\/Eisen-II-Chloriden in die jeweils h\u00f6here Oxidationsstufe. Das Projekt soll in zwei getrennten Teilprojekten entwickelt und in den technischen Ma\u00dfstab \u00fcbertragen werden, wobei im 1. Teilprojekt die Verfahrensgrundlagen im Labor- und kleintechnischen Ma\u00dfstab ausgearbeitet und erprobt werden, um im danach neu zu beantragenden 2. Teilprojekt eine Pilotanlage beim Projektpartner ILFA zu errichten und unter Produktionsbedingungen zu erproben.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei der Bearbeitung des 1. Teilprojektes wurden zusammenfassend folgende Ergebnisse erreicht:
\n1.\tMit der kombinierten Kupfer\/Eisen-Chlorid-\u00c4tzl\u00f6sung k\u00f6nnen trotz eines zur Erreichung hoher Stromausbeuten bei der kathodischen Kupferr\u00fcckgewinnung minimierten Eisen-III-Chlorid-Gehaltes deut-lich h\u00f6here \u00c4tzraten im Vergleich zu Kupferchlorid-\u00c4tze erreicht werden.
\n2.\tF\u00fcr die Feinstleitertechnik ist eine gut Flankensteilheit, wie sie mit reinen Eisen-III-Chlorid-\u00c4tzl\u00f6sung erhalten wird, von gro\u00dfer Bedeutung. Es konnte durch die Versuche in der \u00c4tzanlage nachgewiesen werden, dass mit der optimierten Mischl\u00f6sung eine vergleichbare Flankensteilheit erreicht werden kann.
\n3.\tDie bei der kathodischen Kupferr\u00fcckgewinnung in einer geteilten Elektrolysezelle aufgetretenen Probleme infolge einer noch zu hohen \u00c4tzrate konnte dadurch gel\u00f6st werden, dass vor der Elektrolyse zus\u00e4tzliches Kupfer in der zu elektrolysierenden ersch\u00f6pften \u00c4tzl\u00f6sung eingel\u00f6st wird. Damit ergibt sich auch die M\u00f6glichkeit, Kupferabf\u00e4lle (z. B. Leiterplattenabf\u00e4lle) in den Prozess einzubringen und ohne Mehraufwand in der Elektrolyse in einer gut verwertbaren Form zur\u00fcck zu gewinnen
\n4.\tEs konnte nachgewiesen werden, dass sich die Eisenchloride enthaltende Misch-\u00c4tzl\u00f6sung in gleicher Weise in einem Reoxidationsmodul mit Luft reoxidieren l\u00e4\u00dft, wie das f\u00fcr die Kupferchlorid-\u00c4tzl\u00f6sung bekannt ist. Bei Nutzung der haupts\u00e4chlich aus Sauerstoff bestehenden Anodengase aus der Recycling-Zelle kann auf Basis der Laboruntersuchungen im Vergleich zu Luft mit einer mindes-tens 3fach h\u00f6heren Oxidationsgeschwindigkeit gerechnet werden.
\n5.\tEs wurde eine neue bipolare Recycling-Elektrolysezelle mit Mehrlagen-Streckmetallkathoden entwickelt, die sich durch einen einfacheren Aufbau auszeichnet und mit der h\u00f6here Stromdichten realisiert werden k\u00f6nnen. Dadurch war es m\u00f6glich, die erforderlichen Elektrodenfl\u00e4chen und damit die Kosten der Elektrolysezellen zu minimieren.
\n6.\tDas im Labor- und Technikumsma\u00dfstab erfolgreich erprobte Verfahren erm\u00f6glicht eine vollst\u00e4ndige Kreislaufschlie\u00dfung und damit eine Vermeidung von Umweltbelastungen aller Art. Die durchgef\u00fchrten Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ergaben, dass gegen\u00fcber den technisch angewandten \u00c4tzver-fahren Kostensenkungen in einer Gr\u00f6\u00dfenordnung m\u00f6glich sind, die R\u00fcckflusskennziffern f\u00fcr die Regenerieranlage von deutlich unter zwei Jahren erm\u00f6glichen.
\n7.\tEine Pilotanlage, zugeschnitten auf die Erfordernisse der Ersterprobung bei ILFA, wurde konzipiert und dimensioniert, so dass sie verbindlich angeboten werden kann.
\n8.\tKonzipiert wurde ein neuer L\u00f6sungsweg zur Weiterentwicklung der Kreislaufverfahrens, indem, das wiedergewonnene Kupfer in Kupfersulfat umgesetzt werden kann, welches bei der Leiterplattenfertigung als Rohstoff f\u00fcr die Horizontal-Verkupferungsanlagen direkt wieder eingesetzt werden kann. Insgesamt wird eingesch\u00e4tzt, dass es mit dem neuen Recycling-\u00c4tzverfahren nicht nur gelingt, Umweltbelastungen durch die zu entsorgenden ersch\u00f6pften \u00c4tzl\u00f6sungen vollst\u00e4ndig zu vermeiden, sondern dar\u00fcber hinaus auch die Wirtschaftlichkeit der Leiterplatten\u00e4tze gegen\u00fcber den derzeit angewandten \u00c4tzverfahren deutlich zu verbessern. Au\u00dferdem konnte nachgewiesen werden, dass mit der optimierten Kup-ferchlorid-Eisenchlorid-Mischl\u00f6sung eine verbesserte \u00c4tzqualit\u00e4t (Flankensteilheit) erreicht werden kann, die f\u00fcr die Ausbildung feinster Leiterbahnen gleicherma\u00dfen geeignet ist, wie dies f\u00fcr das wesentlich kostenaufw\u00e4ndigere \u00c4tzen mit reiner Eisen-III-Chlorid-L\u00f6sung.(ohne Recycling) bekannt ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das neue Recycling-\u00c4tzverfahren wird bereits 2006 auf Fachtagungen und in Arbeitskreisen zur Leiterplattentechnik und der angewandten Elektrolysetechnik, vorgestellt. Au\u00dferdem sind Publikationen in Fachzeitschriften vorgesehen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in der Aufgabenstellung vorgesehene Zielstellung f\u00fcr das Projekt wurde in allen wesentlichen Punkten erf\u00fcllt. Dar\u00fcber hinaus wurden neue innovative L\u00f6sungen f\u00fcr die Regenerations-Elektrolyse entwickelt und erprobt sowie Vorschl\u00e4ge zur \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Weiterentwicklung gemacht. F\u00fcr eine k\u00fcnftige Markteinf\u00fchrung ist es erforderlich, die Erprobung unter Produktionsbedingungen in einer beim Projektpartner ILFA zu errichtenden Pilotanlage durchzuf\u00fchren. Diese Pilotanlage k\u00f6nnte gleichzeitig als Referenzanlage f\u00fcr die k\u00fcnftige Markteinf\u00fchrung genutzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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