落实PCB印刷电路板的无铅、无卤素环保制程

电子产品全面禁铅、禁卤素制程已是趋势，必须遵守规范要求才能将产品行销全球市场。ALTERA

PCB(Printed circuit board)或称PWB(Printed wire board)印刷电路板，是近代电子产品得以快速发展的重要基石，但PCB制程需使用大量化学药剂进行，制作过程会耗用水资源，加上早期不肖厂商随意排放污水事件，让多数人认为PCB是高环境污染产业，但随着新的制程要求与产品认证规范条件越来越严苛，PCB环保制程也越来越完善。

早期PCB产业最受关注的部分，大多会着眼于其污水处理、制程改善的环抱议题，自2006年在WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)、RoSH(Restriction of Hazardous Substance)相继生效后，以更具体的方式规范了电子零件必须重视的环保与回收议题，避免无有效规范下造成废弃电子零配件大量产出，减少发生影响自然生态憾事。

从物料来源、制程管控  检视PCB环保制程方案

本文尝试自电子零组件的来源、制程管控与SMT量产加工层面等方面进行讨论，说明新一代的PCB产品如何在兼顾环保要求下，也能达到相同的电子产品制造需求。若就现有制造技术来说，其实要达到环保要求的方案相当多，也不只有单一方法才能办到，本文仅就常见的几种方案进行讨论，并不能代表生产现场没有采行某项措施就代表生产成品是不环保的，必须要全面性地审视生产过程与成品状态才能进行相关评估。

首先，影响环保的问题相当多元，从电子元件本身的用料、封装材料、是否无卤素？无铅等处进行观察外，生产过程产生的废弃清洁用水、材料等如何处理也是重要关键。
自欧盟针对环境保护议题，于2003年正式将「无铅」要求立法管制后，对于电子产业已形成极大的冲击，随后在更具针对性地发布WEEE与RoSH指令，在电子产品中直接限制料件、机壳必须达到禁绝有害环境的有毒物质，也与日方JEIDA(Japan Electronic Industry Development Association)日本电子工业发展协会与美国等推动电子产品禁铅、禁卤素等要求，电子产品不能含铅、汞、铬、六价铬、溴化物，已直接影响了PCB制程可能产生的相关问题。

环保制程为产品全球化必要条件

尤其是现在，有关电子封装、零组件、PCB产业的禁铅、禁卤素要求明确，对于投放市场的电子产品是不能含有铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Chromium)、六价铬(hexavalent chromium或chromium-6)和限制使用聚合溴化联苯(Polybrominated Biphenyl；PBB)或溴化阻燃剂PBB、PBDE(Polybrominated diphenyl ethers，多溴联苯醚)等有害物质，已直接影响包含PCB产业在内的全球电子产品供应链运作与发展，也是相关产业必须正视的问题。

对于PCB产品来说，在最终加工成型的成品上，可以简单归类成板材、金属层(表面处理)与油墨三大类物质，可能产生的环保疑虑也会从这三大物质中产生。原材料的选择与管制汞(Hg)、镉(Chromium)、六价铬(hexavalent chromium或chromium-6)等在PCB制程是几乎都用不上的，即便在制程中有接触到部分，也是极为微量，而对PCB生产制造必须关注的反而是铅(Pb)与卤素，在制造PCB的原材料选择方面，必须严格注意铅与卤素的问题，必须考量到铅与卤素不能超标，以达到环保要求的最低标准。

PCB改善环保制程  对环境、使用者更友善

早期PCB较大的问题是铅，其实铅是属重金属元素，虽然在自然界中分布相当广，但是一旦人体吸入量超过其饱和浓度就会产生缺钙、贫血、免疫力下降症状。即便PCB使用含铅焊料所含的铅相当少，但仍有广泛扩散可能性，同时也较难完全回收，容易造成环境污染，另卤素(如氟、氯、溴、碘)应用，则较常在PCB板材使用和油墨材质方面出现。

至于PCB表面的金属处理，虽然是号称无铅，但实际上要做到的是接近无铅的水准(<0.1%pb)，若以较早期的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。

在板材的部分，因为电子商品通常会将PCB置于产品机壳内，电子零组件运作驱动会产生热源，等同持续不断地对PCB板加热，PCB板材所使用制法或原材料特性若对持续加热环境会释出有毒物质，就可能影响其使用安全。一般来说以常规板材FR-4、CEM-3，因其中含有溴化环氧树脂(brominated epoxy resins)，如：四溴双酚(Tetrabromobisphenol A)、多溴联苯(polybrominated biphenyls)、多溴二苯醚(Polybrominated diphenyl ethers)等，若经过燃烧会释出高毒性的二恶英(Dioxins)、戴奥辛(TCDO)、苯呋喃…等物质，这类产物若被人体吸收将会无法排出，威胁着人体健康。

在PCB板上的覆铜板，需以无卤基材(氯、溴必须< 0.09%)进行替代，再用含磷之环氧树脂取代溴化环氧树脂材料等替代措施，另环保板材仍需在耐热性能有一定程度的改善，才有能力承受无铅化的SMT制程处理——以260°C多次高温处理，板材仍需达到不变形、翘曲、变色或分层破裂基本条件。

PCB表面金属层与油墨也需考量环保问题

目前业界处理喷锡板，大多采行环保焊料HASL(锡银铜)配方取代铅锡合金，这对于采行环保制程的PCB表面，可在无铅之涂覆层提供更高润湿性的流动状态、同时热应力也会较低，并达到高温制程下金属材料不易于氧化等优点，让无铅化的SMT制程可以更顺利进行加工处理。HASL所使用的助焊剂也必须改用具环保与考量回收难度之材料，需与SMT焊剂达到互熔特性。

在PCB板制造过程，油墨是相当关键的一项必经处理，一般在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，实际上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，油墨材料挑选相当重要，必须以不含有害环境、人体的物质为前提，除了环保要求外，油墨本身也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，油墨需与板材一样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。

目前不少品牌油墨已经做到不含有害物，如日本太阳、台州、新韩油墨。同样的，油墨的选择不但要符合环保要求，且要能承受环保无铅SMT长时间多次高温，不发生分层变色、脱落、裂纹现象。

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、品质方面已不会因为加上环保要求而受到影响，但实际上较多的问题反而会是发生在生产物料管理松散造成。例如，在使用PCB板处理常会用到的锡条或原料，如果误将含铅材料送入制造流程，很可能因此出现整批产品都无法通过环保要求标准。实际的作为可以利用原材料有制度、完整规划的管控机制，从领料、用料与事后检测盘点都能确实追踪用料安全，避免人为疏失造成损失。