第十章 环保型印刷电路板的制造

1、简介：在电子产品中环保型设计DfE的一个重要方面是考虑在生产阶段对环境的影响，特别地，印刷电路板PCB的制造和装配过程中对生态循环的影响是非常大的，工艺模型可以用作产品的一种分析工具，可以当作环境性能指示；

2、PCB板的环保型设计：
a.流程模拟：PCB板的装配包括三个部分：半导体制造、电子产品封装、空板制造和元件装配；
b.健康指数评估：对废物流中未加工部分的对比是非常重要的，这种比较可通过使用一些健康指数评估法来进行，如健康指数得分系统，这个系统所计算的等级权重系数称为“健康指数得分”（HHS），在计算中，某一种废物流的计算所使用的数据包括以下几个方面：
■与它的健康指数潜在相关的数据，如致癌性、反应性、可燃性、皮肤过敏性、吸入的毒性、口服毒性和对眼睛的刺激性；
■它的各相态相关，如它的固态、固态微粒、液态、气态和气体中的悬浮微粒等；
■现场安全措施等；
c.电路板的优化设计：确定不同的情况—推导参数间的关系（信号层中铜所占比例、电路板的数目、信号层的总体数量）—优化；相应的基本结论有：
■采用最小或最薄的电路板不一定能够得到最少的废物流；
■随着板的尺寸和层数的变化，每一个板所能产生的废物的数量会发生很大的变化，甚至与图中数值相比，会发生100%的变化量，因此在设计优化时，废物最小化的范围很大；
■面板的选择对于废物的产生也起很大影响，因此，在面板可以选择时，我们必须通过计算来进行合适的选择；
d.寿命周期分析（LCA）：LCA检验了产品从原材料开采直到被废弃掉的整个过程，它们检验各阶段材料和能量的流动，包括开发、材料提纯、制造、使用、消耗和处理，包含着循环再使用、重新制造、焚化、垃圾掩埋等。LCA最终的目的是尝试在已经存在的产品的制造、使用、处理阶段以及对环境的影响方面建立起联系，DfE即为将这些信息（如相互联系、分析结果等）用来在设计阶段最小化对环境的影响。

3、绿色印刷电路板的生产：
a.基本流程：根据使用、操作环境和成本，可以将PCB板分成几个类型：
■最简单的一种电路板是单面板，不存在与其他层面连接的孔，它主要是由价格便宜的层叠材料制成，用在电路不复杂的消费类产品中；
■第二种PCB板时双面板，穿通孔中做了电镀，这种板目前的应用广泛，因为需要在连接两面电路的穿通孔的侧壁的绝缘材料上做电镀，所以为了表面导电，需要使用不带电的铜，而最近，更多地使用直接电镀化学物质；
■最复杂的PCB板时多层板，需要复杂的电路连线，以便安装内连接的集成电路芯片，一般地这种板的制造时通过重复使用印刷和腐蚀步骤来实现内层的制造的；
b.工艺流程的调整：
■从铬基腐蚀液的转变；
■消除氯基溶液；
■工艺控制的改进；
■减少作为抗蚀剂Sn-Pb的使用；
■一种金属键合表面处理替代物的应用；
■提高终端污染控制能力；
■提高制造副产品的再使用和再循环；
■增加直接金属化的使用；
■增加水的再使用和循环使用；
■未来防止污染的措施；
c.环境方面的影响：
■目前的技术趋势：产业的发展趋势是用来生产更轻、更密、更便宜的电路；
■电子设计的影响：从化学试剂的使用和技术层面的提高来看，有可能利用材料和工艺技术来显著降低电路板对环境的影响；

4、环保的保形涂料：
a.基础知识：保形材料是一种绝缘材料做的薄膜，能够涂覆在PCB板的表面上，保护敏感器件，使之免受热冲击、湿度、腐蚀、灰尘和其他破环性条件的影响；
b.涂料的选择：根据保形涂料聚合物的分子结构，可以对它进行分类，目前有5种典型的保形涂料：丙烯酸、环氧、氨基甲酸酯、聚对二甲苯、硅树脂，其中前4种为有机物，最后一种称为无机物；
c.加工方法：有很多方法来达到对保形涂料的快速处理或固化，包括两种元件的混合、加热、湿化和紫外线照射等，每一种方法适合于特定的涂料，具有各自的优点和缺点；
d.分配方法：作为PCB生产线的最后一道工序，保形涂层可以通过手工、半自动甚至全自动的技术来进行：
■准备涂层包括四道工序，首先，进行电路板的清洗；其次，在PCB板上的连接端进行掩膜，以使在涂层工艺中将内连接保护起来；随之将涂料加在板上，并且进行处理，最后，将板上的保护掩膜去掉；
■保形涂层的分配技术可以是选择性的，也可以是非选择性的，非选择性系统以非常快的步骤进行均匀涂层，但是在材料废物和手工进行掩膜去膜操作中，需要附加一定的时间和成本，非选择性涂层技术应用的方面包括浸、雾化喷淋、刷以及波峰、流涂等；
e.工艺流程问题：
■不久前，电路板衬底材料是G-10或者FR-4，焊剂为RMA，采用溶液清洁方法是CFC-113，这些限制因素使得兼容性问题相对简单，现在由于对于焊料掩膜、焊剂化学成分、焊接工艺过程和可替代的清洁工艺等都有很宽范围的选择，所以目前的兼容性问题带有极大的复杂性；
■对于有效的，长期的涂料溶液，电路板制造商应该与涂料配料商紧密配合，从而确定出有效的电路板清洁方法，虽然这原来是电路板制造商的责任，涂料供应商现在也要评估和测试装配线的清洁准备程度，使用合适的涂料来对它们进行涂覆，从而确定它们在装配过程中的可靠性，涂料公司也应该和设备制造商精密合作，使之在黏性和分配设备等方面预先具有相应资格，以确保其材料和应用系统在用户的产品线上能够可靠运行。