技術(shù)資訊 | 如何以可持續(xù)的方式制造 PCB

本文要點(diǎn)

信譽(yù)良好的 PCB 制造商會(huì)遵守 RoHS、REACH 和其他監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

選擇合適的 PCB 制造商時(shí)要檢查他們的 RoHS 和 REACH 合規(guī)信息。

替代解決方案正在促使 PCB 制造業(yè)關(guān)注可持續(xù)性。

曾幾何時(shí)，PCB 行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響引發(fā)了質(zhì)疑。復(fù)雜的多步驟制造工藝依賴于乙二醇醚等溶劑和有毒化學(xué)品，包括甲醛、二甲基甲酰胺和鉛。例如，PCB 蝕刻過程中的沖洗水含有高濃度的銅、鉛、鎳、鉻和錫。除了向環(huán)境中排放富含化學(xué)品的廢水以及將危險(xiǎn)廢物填埋處理外，在 PCB 制造過程中，工人會(huì)接觸到致癌物和有可能造成生殖傷害的化學(xué)品。

幸運(yùn)的是，多年來，PCB 制造方式已經(jīng)發(fā)生了變化。盡管要想實(shí)現(xiàn)真正可持續(xù)的 PCB 制造工藝依然任重而道遠(yuǎn)，但遵守有害物質(zhì)限制 (RoHS) 指令和化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制 (REACH) 法規(guī)已促使 PCB 制造商：

放棄使用有毒化學(xué)品

檢查供應(yīng)鏈?zhǔn)欠穹系赖乱?guī)范

尋找環(huán)境友好型的電路板元件替代品

在比較 PCB 制造商時(shí)，一定要檢查他們是否符合 RoHS 和 REACH 法規(guī)，因?yàn)檫@些法規(guī)促使 PCB 行業(yè)朝著更加可持續(xù)的方向發(fā)展。

有害物質(zhì)限制（RoHS）指令

歐盟在 2003 年通過并在 2011 年擴(kuò)展了 RoHS 指令，禁止在電路板中使用有毒物質(zhì)，全球進(jìn)口商、分銷商和制造商都需遵守該指令。RoHS 所禁止的有毒物質(zhì)包括：

鉛

汞

鎘

六價(jià)鉻

多溴聯(lián)苯

多溴化二苯醚

四類鄰苯二甲酸鹽

除了避免在 PCB 制造過程中使用這些化學(xué)品，RoHS 合規(guī)還包括應(yīng)用于電子產(chǎn)品的任何電鍍或表面處理，以及維護(hù)有關(guān)合規(guī)和不合規(guī)的文件。

雖然最初的 RoHS 指令也適用于連接到 PCB 的器件、子組件和布線，但第二版 RoHS （即RoHS 2）涵蓋了所有電氣/電子設(shè)備、電纜和器件。第三版 RoHS （即RoHS 3） 將更多的鄰苯二甲酸鹽列為有害物質(zhì)。遵守 RoHS 指令的產(chǎn)品上會(huì)標(biāo)有 CE 標(biāo)志。

化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、

授權(quán)和限制（REACH）法規(guī)

與 RoHS 一樣，REACH 法規(guī)最初也是在歐盟開始執(zhí)行的。然而，美國(guó)的許多司法管轄區(qū)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的使用有類似的限制。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局使用互補(bǔ)性篩選方法，即“減少和評(píng)估化學(xué)品和其他環(huán)境影響的工具 (TRACI)”和“風(fēng)險(xiǎn)篩選環(huán)境指標(biāo) (RSEI)”來量化環(huán)境影響。

RoHS 法規(guī)旨在限制在最終產(chǎn)品中使用有害物質(zhì)，而 REACH 法規(guī)旨在控制印刷電路板、電氣元件和電子元件制造過程中使用的化學(xué)品。這些化學(xué)品被列入高度關(guān)注物質(zhì) (SHVC) 名單，其中包括：

鄰苯二甲酸二丁酯

鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯

六溴環(huán)十二烷

鄰苯二甲酸丁芐酯

三丁基氧化錫

與 RoHS 不同的是，REACH 適用于供應(yīng)鏈以及制造商。供應(yīng)商必須告知 PCB 制造商，PCB 裸板、組裝電路板、外殼、器件、子組件和成品是否符合 REACH 法規(guī)。

如今的 PCB 制造方式

盡管每一種被禁止使用的化學(xué)品都為 PCB 制造提供了優(yōu)勢(shì)，但 PCB 行業(yè)已經(jīng)找到了能提供相同（甚至更好的）性能和可靠性的替代品。例如，PCB 制造過程不使用鉛錫焊料，而是使用錫銀銅焊料。盡管銀是一種有害物質(zhì)，但錫銀銅焊料中使用的少量銀不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響。

除了錫銀焊料，PCB 制造商還使用包含小片嵌入銀的硅和聚酰胺聚合物粘合劑，以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性并與電路板緊密結(jié)合。其他無鉛焊料技術(shù)包括電鍍、焊球形成技術(shù)和焊料浸漬技術(shù)。

轉(zhuǎn)向無鉛焊接也有助于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和制造商通力合作，以簡(jiǎn)化布局，讓器件緊密排列。這樣一來，制造商能夠以更低的成本制造尺寸更小的電路板。

紙質(zhì) PCB 提供了另一種替代解決方案

除了 RoHS 禁用的化學(xué)品外，PCB 制造商已經(jīng)開始在生產(chǎn)過程中停用乙二醇醚、甲醛和二甲基甲酰胺。

在柔性紙質(zhì)基板上安裝器件的紙質(zhì) PCB (P-PCB) 使用了環(huán)保的可再生材料，并且功能可靠。P-PCB 依靠無鉛、可導(dǎo)電的粘合劑，將表面貼裝器件連接到錫或鋅導(dǎo)體。這些導(dǎo)體通過絲網(wǎng)印刷、3D 打印或噴墨印刷轉(zhuǎn)移到紙質(zhì) PCB 上。

實(shí)踐證明，原型紙質(zhì)印刷電路板在導(dǎo)電性、可靠性、多層功能和電阻損耗方面都與傳統(tǒng)電路板無異。典型的 P-PCB 制造過程包括使用添加劑技術(shù)將 ECA 打印到每層紙質(zhì)基板上。下一步包括固化粘合劑，逐層對(duì)齊電路，然后用壓敏膠將各層相互粘住。在打通穿過每層的過孔后，繼續(xù)在導(dǎo)體上安裝表面貼裝器件。

雖然紙質(zhì) PCB 仍處于原型階段，但先進(jìn)紙質(zhì)材料的發(fā)展有望將紙質(zhì)技術(shù)用于高速、高密度應(yīng)用。紙質(zhì)材料的進(jìn)步能夠提高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、增強(qiáng)防火性、防潮性和改善介電性能，抵消了 RoHS 禁用材料所帶來的性能損失。

雖然 PCB 行業(yè)在 PCB 的制造方式上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但要想實(shí)現(xiàn)環(huán)保的制造工藝，我們?nèi)杂泻荛L(zhǎng)的路要走。inspectAR 軟件是助您實(shí)現(xiàn)下一個(gè)可持續(xù)設(shè)計(jì)的絕佳工具，不再需要多個(gè)屏幕或多種設(shè)備，inspectAR 利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)和直觀的互動(dòng)來準(zhǔn)確評(píng)估并改進(jìn) PCB。

上圖顯示了 inspectAR 軟件中 AR 疊層與 PCBA 物理板的交互。利用 AR 技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過程中的任何時(shí)候?qū)蝹€(gè)器件、走線、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。