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环保意识抬头 PCB着重绿色制程资源再利用

  • 魏淑芳

PCB的制程中包含许多危险物质的使用,必须小心控管。出处:saturn electronics

环保已经是全球共识,在电子产品中,不论是设计、材料、制程,多数厂商或客户都已经把环保纳入重要的订单考量之一,而作为所有电子产品的基础,PCB的环保要求也同样越来越严格。

举例来说,过去中国大陆是PCB的最大供应来源以及市场,包括台厂或者是陆厂,在大陆都有庞大的生产基地,而这是为了满足其作为全球最大电子产品生产基地的原料需求所致。

为符合国际标准,PCB或SMT制程采用的原料多半已经采用环保材料取代过去的传统材料。出处:伍联电子厂

然而大陆在2018年出台限排令,控制包含PCB厂在内的排污标准,使得许多大陆PCB厂不是因为成本大增而难以经营,不然就是污染难以控制,使得被勒令强制关厂,但台厂在这波限排令中受到的影响却轻微许多,主要原因可以回溯至十几年前,由台湾政府推动的环保概念以及制程升级运动。

环保法规趋严  且客户要求迫使PCB厂自我改革

台湾PCB工业肇始于1969年,由美国安培公司来台设厂生产,而台湾PCB业者虽经多次全球性不景气波及,但发展迄今却仍缔造了总产值/总产量在全球名列前茅的纪录。PCB工业也是政府策略性辅导的工业之一,目的是巩固台湾在全世界信息电子工业之地位。

PCB应用范围广,从各类电子产品到机械产业,只要需要用到自动控制的产品,基本都避免不了。但因PCB业制程复杂,使用多种化学药剂及特殊原料,因此其所产生的废水、废液及废弃物等种类繁多,除了含有多种有机性污染之外,更蕴含大量的铜、铅及镍等重金属,若没有做好控管,那么将对环境,以及居民造成严重污染。

当然,在台湾的环保风气逐渐觉醒,且国际大客户也要求零组件的生产必须符合环境友善的条件等因素的推动下,也逐渐走向改革,除了在制程本身的改良,避免制造过程中的排污影响环境以外,也推动制造材料的革新,以及PCB的可回收设计。

虽然脚步缓慢,但台湾PCB厂仍确实的进步,在如此实行了十几年之后,基本上台湾主要的PCB厂商都能够符合基本的环保规范,相较起大陆本土厂商长久缺乏环境保护概念,无法应对大陆政府急就章的要求,也因此受到的影响就小了很多。

从制程改善

首先就材料问题方面,传统PCB的制造中需要用到许多高污染材料,包括铅、汞等,而制造的过程中必须使用多种化学药剂来清洗,这些药剂同样对环境造成很大的伤害。

而由于欧美日等先进国家先后把电子产品不能含铅、汞、铬、六价铬、溴化物纳入贸易规定中,这也对相关产业产生很大的冲击,尤其是PCB产业,其最大的影响关键在于铅,较早期的PCB或SMT产品制造过程,因为会使用到部分铅锡合金处理喷锡板(Hot Air Solder Levelling;HASL)或用助焊剂、焊锡膏等材料,现在做法为改采无铅焊料改善。

另外,PCB板上的覆铜板,需以无卤基材,也就是含氯、溴成分必须小于0.09%的材料来替代,再用含磷之环氧树脂取代溴化环氧树脂材料,另一方面,环保板材必须在耐热性进行改善,才有能力承受无铅化的SMT制程处理。

最后,PCB制作会用到油墨的程序相当多,如文字油墨、塞孔油墨、阻焊油墨等,油墨的材料成分与板材十分接近,为由树脂、固化剂、阻燃剂等组成,使用到的化学原料相当多且复杂,油墨材料就必须挑选符合国际环保规范的产品,同时必须达到可以耐受环保无铅SMT制程流程中需以多次高温处理的效果,不能在高温制作流程中出现变色、变质、脱落等现象,以免造成需二次加工徒增产制成本。

基本上新一代的PCB制程已可相当成熟地完成无铅、无卤素的环保PCB制作,在产速、质量方面已不会因为加上环保要求而受到影响。

最初这些制程上的改变为产业带来了阵痛,包括成本的增加,以及良率的降低,但随著技术的改进,台湾PCB产业已经能轻易符合国际环保的要求,这对于拓展国际客户而言带来极大的效益。

即便是大陆的科技厂商,在制造产品时,若有考虑到国际市场的销售,也必须符合相关的环保法规,因此,不论是在大陆,或者是国际市场,台湾PCB产业得以透过这些环保革新带来更好的竞争优势。

材料循环再利用

由于PCB在制造过程中需要使用庞大的化学与金属原料,同时必须使用大量的水资源,透过制程的改善,在制造过程中就可以回极高比重的金属材料,尤其是铜与金这类高价金属,这对于降低材料浪费,减少整体制造成本有著相当大的帮。

其次,随著气候异常变化,台湾水资源逐渐吃紧,因此工厂的水资源回收也变得极为重要,目前工厂废水的回收已经是环保法规的基本要求,随著技术的成熟,回收废水的比率也不断增加,而从废水中回收的化学物质,也可以进行二次回收再利用,而无法回收的部份,其最终处理也必须避免伤害环境。

不过出了工厂,PCB的回收再利用一直是个麻烦的问题。根据研究,目前台湾每年会产生10万吨以上的PCB废弃物,金属部份的回收难度较低,关键在于PCB有60%以上非金属(Nonmetallic)废弃物,也就是6万吨左右是难以回收处理的部份,虽然回收厂商尝试将PCB板非金属材质粉碎作为填充材料,但效果不佳。

因此,工研院材化所也曾针对PCB板材料研发回收技术,来解决电路板中废弃树脂与玻纤布回收问题,并获得不错的成效。

欧盟循环经济政策中,2030年时废弃电子产品需能做到原物料再回收率必须大于70%,所以未来全球PCB大厂势必得投入更多资源针对相关非金属材料回收技术进行开发。