印刷電路板生產(chǎn)過程中的清潔生產(chǎn)技術(shù)

摘要：印制電路板產(chǎn)業(yè)是我國電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是高污染行業(yè)。本文主要從綠色設(shè)計、原輔材料的選取、清潔的生產(chǎn)工藝和設(shè)備、資源能源的綜合利用以及管理機制等方面概述了在印制電路板生產(chǎn)過程中清潔生產(chǎn)技術(shù)的使用。

PCB是印制電路板（即Printed Circuit Board ）的簡稱，是組裝電子零件用的基板。其主要功能是使各種電子零組件形成預(yù)定電路的連接，起中繼傳輸?shù)淖饔茫请娮赢a(chǎn)品的關(guān)鍵電子互聯(lián)件，有“電子產(chǎn)品之母”之稱。印制電路板作為電子零件裝載的基板和關(guān)鍵互聯(lián)件，任何電子設(shè)備或產(chǎn)品均需配備。其下游產(chǎn)業(yè)涵蓋范圍相當廣泛，涉及一般消費性電子產(chǎn)品、信息、通訊、醫(yī)療，甚至航天科技產(chǎn)品等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類產(chǎn)品的電子信息化處理需求逐步增強，新興電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，使PCB產(chǎn)品的用途和市場不斷擴展，是當代電子元件業(yè)中最活躍的產(chǎn)業(yè)。近十年來，我國的PCB工業(yè)已隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展著。2008年3月在上海召開的第11 屆世界電子電路大會（WECC11）上，CPCA秘書處在介紹中國內(nèi)地PCB業(yè)發(fā)展的專題報告中，公布了中國內(nèi)地PCB產(chǎn)值統(tǒng)計結(jié)果。按照此統(tǒng)計，我國PCB的產(chǎn)值在2007年達到了約1100億元（人民幣），預(yù)測在2010年將達到約1500億元（人民幣）。我國的PCB工業(yè)目前已成為世界PCB產(chǎn)業(yè)中心，PCB工業(yè)已成為中國電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。

PCB行業(yè)的快速發(fā)展，在給帶來經(jīng)濟發(fā)展的同時，也給環(huán)境保護帶來了嚴重影響。印制線路板的生產(chǎn)加工工序多，材料類型多，能耗水耗多，產(chǎn)生污染物多，以及一些有毒有害甚至劇毒物質(zhì)的使用，都給PCB行業(yè)冠以“重污染行業(yè)”的帽子。隨著企業(yè)和政府的環(huán)保意識的加強，企業(yè)的污染狀況有所好轉(zhuǎn)，但是PCB產(chǎn)業(yè)越來越大，導(dǎo)致整個PCB行業(yè)污染總量仍然非常大。

清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進設(shè)計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。清潔生產(chǎn)是一種新的創(chuàng)造性的思想，該思想將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)中，以增加生態(tài)效率和減少人類及環(huán)境的風險。對生產(chǎn)過程，要求節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減少降低所有廢棄物的數(shù)量和毒性。對產(chǎn)品，要求減少從原材料提煉到產(chǎn)品最終處置的全生命周期的不利影響。對服務(wù)，要求將環(huán)境因素納入設(shè)計和所提供的服務(wù)中。

近年來，國內(nèi)外科學(xué)界對我國PCB的清潔生產(chǎn)進行了大量的研究，本文主要針對PCB整個生產(chǎn)過程采用的清潔生產(chǎn)技術(shù)進行了歸納，從產(chǎn)品的設(shè)計、材料的選取、生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備、資源能源的綜合利用以及機制管理等方面進行敘述，以期為企業(yè)、研究人員和決策者把握有關(guān)情況，繼續(xù)推進我國PCB行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)。

1. 印制電路板的綠色設(shè)計

綠色設(shè)計（GreenDesign），又稱生態(tài)設(shè)計（Ecological Design）、面向環(huán)境的設(shè)計（DesignforEnvironment ）等，是指借助產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品相關(guān)的各類信息（技術(shù)信息、環(huán)境協(xié)調(diào)性信息、經(jīng)濟信息），利用并行設(shè)計等各種先進的設(shè)計理論，使設(shè)計出的產(chǎn)品具有先進技術(shù)性、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及合理的經(jīng)濟性的一種系統(tǒng)設(shè)計方法。印制電路板在生產(chǎn)之前就需要進行對產(chǎn)品、自然環(huán)境、社會環(huán)境、用戶進行全方位的考慮，對產(chǎn)品整個生命周期進行全過程分析，設(shè)計出滿足環(huán)境要求、適應(yīng)市場和用戶需求的綠色產(chǎn)品。目前印制電路板的綠色設(shè)計主要包括：采取有利于廢棄產(chǎn)品拆解等措施，以提高廢棄產(chǎn)品的再循環(huán)利用率；采取有利于回收再利用或易處理的包裝材料，提高包裝物的回收再利用率，減少不必要的包裝，減少廢棄包裝物的產(chǎn)生量；選取綠色的材料，減少有毒有害物質(zhì)的使用，控制產(chǎn)品中鉛與其鉛化和物(Pb)、鎘與其鎘化合物(Cd)汞與其汞化合物(Hg)六價鉻與其化合物(Cr+6)、溴代阻燃劑、甲醛、總鹵等項目有毒有害物質(zhì)的含量。

2. 清潔的原輔材料選擇

我們知道，PCB生產(chǎn)過程中涉及的原輔材料達達幾十種，其中包括一些含有劇毒物質(zhì)和國際禁用物質(zhì)的原材料。在此主要針對印制電路板生產(chǎn)過程中的基板材料和化學(xué)原料的替代進行敘述。

2.1 清潔的基板材料

印制電路板用基板材料在整個PCB制造材料中是首位重要的基礎(chǔ)原材料。它擔負著PCB的導(dǎo)電、絕緣、支撐三大功效，PCB 的性能、品質(zhì)、制造中的加工性、制造水平、制造成本以及長期可靠性等，在很大程度上取決于它所用的基板材料。PCB基板材料中的一大類重要形式的產(chǎn)品是覆銅板。將增強材料浸以樹脂，一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料，稱為覆銅箔層壓板，簡稱覆銅板。目前最廣泛使用的減成法制成的PCB，就是在基板材料——覆銅板上有選擇地進行通孔加工、金屬電鍍、蝕刻、成像等加工，得到所需的單面或雙面電路圖形的基板。一般多層板制作，也是以內(nèi)芯薄型覆銅板為底基材料，將導(dǎo)電體材料（一般為銅箔）作為表面層和半固化片交替地疊積在一起，經(jīng)一次層壓加工而成型，形成三層以上的導(dǎo)電圖形層互連的PCB。我們知道，作為電子元器件載體的印制電路板的基板，為了防止因短路而發(fā)生的電熱故障引起的燃燒事故，要求基板有阻燃性，因此在制作這種基板時，樹脂中往往加入了阻燃劑。阻燃性能較好的阻燃劑大多是鹵素類化合物，現(xiàn)在已經(jīng)可以確認，廢棄的印制板由于含有鹵素類阻燃劑而在作為垃圾焚燒時，會產(chǎn)生嚴重污染環(huán)境的二噁英，而成為嚴格禁止的污染物。禁止使用含有鹵素類阻燃劑的印制板已經(jīng)成為世界性趨勢，開發(fā)和使用無鹵素印制板引起越來越多人的關(guān)注?，F(xiàn)在，可以向市場供應(yīng)無鹵素印制板的廠家已從兩年多以前的幾家發(fā)展為包括日本、美國、歐洲、韓國、中國等國家和中國臺灣地區(qū)在內(nèi)的近二十家。目前可以替代的有機阻燃劑有含磷的有機物、有機醇類等；無機阻燃劑有硼酸、硼砂、水玻璃、鎢酸鈉等，可以是兩種以上的組合。選用的原則是除了無鹵素以外，還要能滿足印制板其它方面的性能如介電性能、防潮性能等。更好的解決方案是采用新型的基板材料，如陶瓷類基板、鋁氧化基板、應(yīng)用納米材料的基板等。

2.2 清潔的化學(xué)原料

印制電路板制作過程中要用到多種化學(xué)材料，絕大多數(shù)化學(xué)品都具有不同程度的侵害性或毒性， 使用中要有安全和勞動保護措施，而有些已經(jīng)被列入限制使用或禁用的名單，如氟化物、鉛的化合物、甲醛等。這些限制使用的化學(xué)品已經(jīng)證實是對環(huán)境和人類健康有害的污染物，必需尋找替代物來減少這類物質(zhì)的使用，人們在這方面經(jīng)過多年的努力，取得了一些進展。表1是目前印制板生產(chǎn)過程中所使用的主要化工原料清潔的替代材料。

表1印制板生產(chǎn)過程中主要適用的化工原料的替代建議表

3. 清潔的生產(chǎn)工藝和設(shè)備

印制電路板的制造，工序多，流程復(fù)雜。若解決了工藝問題，就保障了產(chǎn)品的質(zhì)量、減少了浪費、提高了效率，也就掃清了實施清潔生產(chǎn)的障礙。技術(shù)工藝方面的清潔生產(chǎn)主要關(guān)注生產(chǎn)過程的技術(shù)工藝水平、連續(xù)生產(chǎn)能力、生產(chǎn)穩(wěn)定性、工藝條件是否過嚴以及如何預(yù)防污染。是目前比較成熟的清潔生產(chǎn)工藝和設(shè)備統(tǒng)計見表2。

表2清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備統(tǒng)計表

4. 資源能源的綜合利用

印制板生產(chǎn)離不開水，簡單的單面板生產(chǎn)中水洗工序不少于五道，而雙面板生產(chǎn)中水洗工序不少于十道。多層板有多張內(nèi)層圖形制作，水洗工序更多。因印制板工廠是個用水大戶，有一定規(guī)模工廠年用水量達數(shù)十萬立方米。用水量多，廢水排放量也多，廢水治理成本也高。清潔生產(chǎn)應(yīng)節(jié)省水資源，節(jié)約用水。節(jié)水方法可以是工藝技術(shù)改進，減少印制板濕處理工序，如加成法工藝就不需蝕刻水洗工序。還有改進設(shè)備設(shè)施達到節(jié)水，如清洗水采取逆流漂洗，冷卻水的回用等，還對設(shè)備方面可能增加了一次性投入，而長期的節(jié)水會有更好回報。

對于廢棄物的處理應(yīng)該從3R著手，一是減少(Reduce) 廢棄物產(chǎn)生，二是增加重復(fù)使用(Reuse)， 三是回收再利用(Recycle)。如在制板拼版合理提高基板利用率，就可減少基板邊角廢料; 鉆頭刀具的多次研磨后再利用; 報廢的鍍鎳、鍍金等含金屬電鍍液送專業(yè)工廠回收，提煉出金屬再利用。在表1所列各工序的廢棄物都可以實現(xiàn)回收再利用，在生產(chǎn)工廠內(nèi)應(yīng)該分類存放，定點回收，這既是回收方的資源，也會給印制板工廠帶來收益。按照現(xiàn)有廢棄電氣電子設(shè)備處置規(guī)定: 誰生產(chǎn)誰負責回收處理的原則，對于印制板生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物那些原材料供應(yīng)商也有責任回收處理。用戶與材料供應(yīng)商的結(jié)合會更有利于廢棄物的處理和資源回收利用。

印制板生產(chǎn)需要大量的水，還需要大量的電，是耗電大戶。生產(chǎn)中用電主要有在制板濕處理清洗后的加熱烘干，化學(xué)處理溶液的加熱，油墨涂層的固化，光致干膜熱壓與曝光，多層板的層壓等工序，用到烘箱、加熱器和大功率紫外燈。另外，印制板生產(chǎn)環(huán)境需要恒溫與清潔控制，廠房的空調(diào)系統(tǒng)消耗大量的電能。清潔生產(chǎn)就要選用節(jié)能型設(shè)備和工藝，如用紅外線加熱器代替普通的電加熱器，用快速光固化型油墨涂料代替固化時間長的熱固化型油墨等。對于空調(diào)系統(tǒng)按不同區(qū)域不同要求進行分段控制，寬嚴區(qū)分達到節(jié)約能耗。

5. 加強環(huán)境管理，持續(xù)推進清潔生產(chǎn)

要確保清潔生產(chǎn)得到有效地貫徹和實施，必須有一個良好的機制。對于清潔生產(chǎn)機制，應(yīng)該有兩個含義，一個是外部機制，這是一個大的機制，主要是國家的政策和行業(yè)導(dǎo)向；另一個是企業(yè)的內(nèi)部機制，這是一個小的機制。大的機制應(yīng)該由政府主導(dǎo)，行業(yè)促進，企業(yè)配合。政府主導(dǎo)就是要從整個國民經(jīng)濟的發(fā)展和布局出發(fā)，正確處理經(jīng)濟和環(huán)境的問題，制定法律法規(guī)，嚴格執(zhí)法，同時形成一個有利于企業(yè)遵紀守法的環(huán)境。許多措施目前實際上還在研究形成之中，如最近提出的“綠色GDP”，已試行的“環(huán)境信息公開化”的做法。另外一個是政府必須避開“以罰為管的做法”，必須從多方面引導(dǎo)、保障企業(yè)守法。比如，對于廢棄PCB板的處理，國家完全可以通過政策和市場運行的機制，形成一批專業(yè)的回收處理廠。我國既是PCB生產(chǎn)大國，也是電子產(chǎn)品的生產(chǎn)大國，又是電子產(chǎn)品的消費大國。每年都會產(chǎn)生大量的廢棄PCB板，形成專業(yè)回收市場，既可保護環(huán)境，又可節(jié)約資源。PCB企業(yè)和電子產(chǎn)品企業(yè)也有條件依法處理廢棄物。這需要政府向企業(yè)服務(wù)。行業(yè)，特別是行業(yè)的協(xié)會CPCA，在機制中也具有很大的促進作用，如CPCA已成立了“環(huán)保潔凈分會”，可以在生產(chǎn)、環(huán)保技術(shù)信息上向協(xié)會的成員介紹、宣傳，幫助成員建立或改造處理設(shè)施提供咨詢、方案及*估等。還可以向政府提供咨詢，反饋成員的需求，協(xié)作制定制度等。小的機制，則是企業(yè)必須形成一個內(nèi)部機制，這個機制必須能夠做到對環(huán)境有效的管理，需要配備相應(yīng)的人員、資金和建立一套內(nèi)部運行制度。目前一些企業(yè)通過按照ISO14001建立實施環(huán)境管理體系也是一種做法，但是必須避免僅僅是為了通過認證，忽視了從整個管理思想逐步持續(xù)改進的做法。

6. 結(jié)束語

PCB產(chǎn)業(yè)作為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是污染產(chǎn)生較大的產(chǎn)業(yè)，而今后我國的PCB行業(yè)仍會快速發(fā)展，這就造成了發(fā)展與環(huán)境污染的矛盾，是不是規(guī)定不讓它發(fā)展呢?顯然采用扼殺或阻止它發(fā)展不是根本的辦法，對中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展也是不利的，中國PCB產(chǎn)業(yè)發(fā)展的唯一出路就是采用清潔的生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。