第八章 常规PCB板在环保方面的问题

1、简介：电子产品生产和废弃物的处置在影响着地球上大气-陆地-海洋系统的平衡，尽管微电子提高了地球上人类的生活质量，但其对环境的影响严重威胁着地球上生命的质量和生存。在20世纪，主要的污染源来自于汽车工业、钢铁工业以及煤炭发电等，从燃气机发出的污染使环境一度恶化，现在，电子产品使污染更加加剧，以上这些的累积效果是的生存环境非常危急，如果再进一步发展的话，洁净的水和空气将不复存在；

2、电子产品对环境的影响：电子产品从设计、生产、使用到废弃整个周期中包含了六个方面，分别是：电子、机械和化学设计；原材料、集成电路IC和钝化成分的生产、有机电路板的制作，其中包含了一系列的化学反应；用一系列有害物质对元器件进行封装；最终产品送到使用者手中；电子产品的使用和消耗；废弃和回收。
a.环保方面需要主要考虑的问题：全球变暖；自然资源耗尽；臭氧洞、酸雨和污染；热带雨林的减少和沙漠化面积的上升；有害工业垃圾的转移；
b.能源问题：一般有两种方法可以控制能源的消耗，一方面是使用者可以选择更好的能量产生方法或更好的燃烧质量，另一方面在设计系统时，使系统以更有效的形式消耗能源，从而降低能量的消耗；
c.化学问题：
■产品中的危险成分（铅Pb、镉Cd、卤化物）；
■在制造过程中使用的危险物质：在PCB板制造工艺中使用的溶剂；在焊料连接中为了焊剂处理清洁所使用的化学物质；在PWBs上为了印制铜线或电路而在腐蚀过程中使用的化学物质；废水；在焊剂、焊胶等使用的挥发性有机化合物VOC等；（VOC会对环境直接或间接的产生以下问题：对人体的毒害；对同温层的臭氧层有破坏作用；臭味；全球变暖；光-化学氧化而产生的酸雨）
■含铅焊料的替代：各向同性导电胶；各向异性导电胶、无铅焊料合金；
■消除含卤族阻燃剂：磷和氮调整过的环氧树脂微胶囊化封装的磷；水合氧化铝氢氧化镁；高碳环密度聚合物（天然的阻燃剂）；
■减少有毒溶剂：采用新的PCB板工艺，不让任何溶剂放到外界中，这一措施可以防止有毒溶剂蒸发；在生产PCB板时，另外一种能够防止有毒溶剂蒸发的方法是不增加溶剂，采用直接熔化工艺；
d.废弃物和可循环使用物：
■废弃物和可循环使用物的现状：电子产品废弃时可分为四类，分别是线缆类、印刷电路类PBAs、需要重新使用或特殊废弃处理的元件或部分（需要单独分开）、电子产品机械保护结构部分；
■回收的潜力和未来发展的趋势：高端产品制造应该被细化，回收等方面应被严格加强，而低端消费类电子由于其回收的控制非常难，应该使用尽量少的危险材料；
e.无公害电子产品的设计：为了从环境观点来对比材料、系统和产品，需要考虑从元件到系统级制造、产品的处置等方面总体环境的影响。类似地，当比较材料、系统和产品时，应估算出总的成本，成本应包括购买费用、使用费用和处理费用。生命周期估算LCA是用来估算在电子产品使用期间，即从利用原材料制作产品开始直至产品被处理或回收之前，对环境的影响，因此LCA包含反映了电子产品的整个生命周期，需开始就执行采用环保方面的设计（DfE）；

3、针对印刷电路板行业环保方面的研究和探索：
目前从政府、科研院所到私人企业都做出了各种各样的努力来发展“绿卡”技术，这些新兴技术瞄准了以下方面：
■在制造PCB预浸料胚时，发展微波技术来减少溶剂和能量的使用量；
■发展新型的树脂系统，如基于水的环氧材料，减小溶剂的危害；从植物或微生物等可再生资源中提取树脂，减少油基树脂的使用；
■发展可替代含铅焊料的品种；
■发展新型、可重复使用的密封材料，来保证器件和封装的可回收，保证可拆卸；

4、无卤素替代物方面研究的源动力：卤素成分包含在卤化有机化合物中，是为了使聚合物具有阻燃功能而加入的，在电子产品中卤化阻燃剂（HFRs）具有广泛的应用，而卤素添加剂，如聚四氟乙烯（PTFE），是用来在有火的条件下防止聚合物熔化滴淌的。目前人们对于阻燃剂的设计机理和不含卤素的替代物方面有了详细的了解：
a.背景和难点：在过去10年中人们越来越关注使用HFR对环境的影响，减少HFR使用的要求已经变成了法律行动，其中阻燃剂方面至少包括三个方面：电气条件、火源和折衷条件；
b.源动力：向不含卤素的替代物进展的趋势是由一系列源动力来创造的，对于源动力方面的主要几点总结如下：
■立法行动：1998年5月WEEE的EC指导委员会提出草案，1998年7月提出第二个，1999年7月WEEE的欧洲议会提出草案，呼吁从2004年起取消PBB和PBDE；1999年3月瑞典化学观察会（Keml）提出禁止使用阻燃剂PBDE和PBB；
■环境标号方案：一系列环境方案，如TCO’95、TCO’99、日耳曼天鹅、蓝色天使等，都不允许使用 HFR；
■日本二氧（杂）芑事件；
■客户的要求和公众认识；
■共同行动：目前越来越多的公司评估着不含卤素PCB板和集成电路密封剂；
c.可供选择的材料：为了调查不含卤素材料和元器件的可利用程度，对聚合物、PCB板、线缆制造商、半导体制造商进行了调查，调查结果总结如下：
■目前可以购买到至少4中不含卤素的FR-4级PCB板；
■许多公司用了很多精力发展半导体中使用的不含卤素密封剂；
■有相当一部分不含卤素聚合物应用于围栏方面；
■有相当一部分线缆和电线的化合物供应商，他们目前大多数都在开发和生产不含卤素的材料；
d.设计的测量和性能：除了调查不含卤素材料外，关于调整设计，使消除或减少对阻燃剂的需求也是一种办法，设计的基本出发点是考虑火灾发生的基本条件，记住了这三个条件，设计时可以从以下几个方面考虑：
■消除或减少燃料的数量，使用燃烧率低的材料，材料玻璃相变温度较高；
■减小热量和能量的等级，使用保险丝、降低操作温度，对输入瞬态进行保护，使用热导率高的材料；
■减少或消除氧气，可以通过限制空气来源的方法；
■环保和防火设计主题—FIRESEL，目的是调查电子系统内火灾安全等方面的科学知识，以获得可靠的、低成本的、环保的防火解决方案。