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精品文檔-下載后可編輯印刷電路板生產(chǎn)過(guò)程中的清潔生產(chǎn)技術(shù)-基礎(chǔ)電子摘要:印制電路板產(chǎn)業(yè)是我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè),同時(shí)也是高污染行業(yè)。本文主要從綠色設(shè)計(jì)、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(jī)制等方面概述了在印制電路板生產(chǎn)過(guò)程中清潔生產(chǎn)技術(shù)的使用。

PCB是印制電路板(即PrintedCircuitBoard)的簡(jiǎn)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?,是電子產(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(dāng)廣泛,涉及一般消費(fèi)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(qiáng),新興電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),使PCB產(chǎn)品的用途和市場(chǎng)不斷擴(kuò)展,是當(dāng)代電子元件業(yè)中活躍的產(chǎn)業(yè)。近十年來(lái),我國(guó)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。2022年3月在上海召開(kāi)的第11屆世界電子電路大會(huì)(WECC11)上,CPCA秘書(shū)處在介紹中國(guó)內(nèi)地PCB業(yè)發(fā)展的專題中,公布了中國(guó)內(nèi)地PCB產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。按照此統(tǒng)計(jì),我國(guó)PCB的產(chǎn)值在2022年達(dá)到了約1100億元(人民幣),預(yù)測(cè)在2022年將達(dá)到約1500億元(人民幣)。我國(guó)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(guó)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(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也給環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了嚴(yán)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(shí)的加強(qiáng),企業(yè)的污染狀況有所好轉(zhuǎn),但是PCB產(chǎn)業(yè)越來(lái)越大,導(dǎo)致整個(gè)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(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)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(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放,以減輕或者消除對(duì)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(guò)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(fēng)險(xiǎn)。對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(duì)產(chǎn)品,要求減少?gòu)脑牧咸釤挼疆a(chǎn)品終處置的全生命周期的不利影響。對(duì)服務(wù),要求將環(huán)境因素納入設(shè)計(jì)和所提供的服務(wù)中。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科學(xué)界對(duì)我國(guó)PCB的清潔生產(chǎn)進(jìn)行了大量的研究,本文主要針對(duì)PCB整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程采用的清潔生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了歸納,從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、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(jī)制管理等方面進(jìn)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(jìn)我國(guó)PCB行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)。

1.印制電路板的綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)(GreenDesign),又稱生態(tài)設(shè)計(jì)(EcologicalDesign)、面向環(huán)境的設(shè)計(jì)(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(jì)信息),利用并行設(shè)計(jì)等各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論,使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具有先進(jìn)技術(shù)性、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及合理的經(jīng)濟(jì)性的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。印制電路板在生產(chǎn)之前就需要進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品、自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、用戶進(jìn)行全方位的考慮,對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行全過(guò)程分析,設(shè)計(jì)出滿足環(huán)境要求、適應(yīng)市場(chǎng)和用戶需求的綠色產(chǎn)品。目前印制電路板的綠色設(shè)計(jì)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?gòu)U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(jià)鉻與其化合物(Cr+6)、溴代阻燃劑、甲醛、總鹵等項(xiàng)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(guò)程中涉及的原輔材料達(dá)達(dá)幾十種,其中包括一些含有劇毒物質(zhì)和國(guó)際禁用物質(zhì)的原材料。在此主要針對(duì)印制電路板生產(chǎn)過(guò)程中的基板材料和化學(xué)原料的替代進(jìn)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(gè)PCB制造材料中是首位重要的基礎(chǔ)原材料。它擔(dān)負(fù)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(zhǎng)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(qiáng)材料浸以樹(shù)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(jiǎn)稱覆銅板。目前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(jìn)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)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(shí),樹(shù)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(rèn),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(shí),會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染環(huán)境的二噁英,而成為嚴(yán)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(shì),開(kāi)發(fā)和使用無(wú)鹵素印制板引起越來(lái)越多人的關(guān)注?,F(xiàn)在,可以向市場(chǎng)供應(yīng)無(wú)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(guó)、歐洲、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)在內(nèi)的近二十家。目前可以替代的有機(jī)阻燃劑有含磷的有機(jī)物、有機(jī)醇類等;無(wú)機(jī)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(wú)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(guò)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(dòng)保護(hù)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(shí)是對(duì)環(huán)境和人類健康有害的污染物,必需尋找替代物來(lái)減少這類物質(zhì)的使用,人們?cè)谶@方面經(jīng)過(guò)多年的努力,取得了一些進(jìn)展。表1是目前印制板生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(wèn)題,就保障了產(chǎn)品的質(zhì)量、減少了浪費(fèi)、提高了效率,也就掃清了實(shí)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(guò)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(guò)嚴(yán)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(jì)見(jiàn)表2。

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

4.資源能源的綜合利用

印制板生產(chǎn)離不開(kāi)水,簡(jiǎn)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(gè)用水大戶,有一定規(guī)模工廠年用水量達(dá)數(shù)十萬(wàn)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(jìn),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(jìn)設(shè)備設(shè)施達(dá)到節(jié)水,如清洗水采取逆流漂洗,冷卻水的回用等,還對(duì)設(shè)備方面可能增加了性投入,而長(zhǎng)期的節(jié)水會(huì)有更好回報(bào)。

對(duì)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(bào)廢的鍍鎳、鍍金等含金屬電鍍液送工廠回收,提煉出金屬再利用。在表1所列各工序的廢棄物都可以實(shí)現(xiàn)回收再利用,在生產(chǎn)工廠內(nèi)應(yīng)該分類存放,定點(diǎn)回收,這既是回收方的資源,也會(huì)給印制板工廠帶來(lái)收益。按照現(xiàn)有廢棄電氣電子設(shè)備處置規(guī)定:誰(shuí)生產(chǎn)誰(shuí)負(fù)責(zé)回收處理的原則,對(duì)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(zé)任回收處理。用戶與材料供應(yīng)商的結(jié)合會(huì)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(shí)間長(zhǎng)的熱固化型油墨等。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)按不同區(qū)域不同要求進(jìn)行分段控制,寬嚴(yán)區(qū)分達(dá)到節(jié)約能耗。

5.加強(qiáng)環(huán)境管理,持續(xù)推進(jìn)清潔生產(chǎn)

要確保清潔生產(chǎn)得到有效地貫徹和實(shí)施,必須有一個(gè)良好的機(jī)制。對(duì)于清潔生產(chǎn)機(jī)制,應(yīng)該有兩個(gè)含義,一個(gè)是外部機(jī)制,這是一個(gè)大的機(jī)制,主要是國(guó)家的政策和行業(yè)導(dǎo)向;另一個(gè)是企業(yè)的內(nèi)部機(jī)制,這是一個(gè)小的機(jī)制。大的機(jī)制應(yīng)該由政府主導(dǎo),行業(yè)促進(jìn),企業(yè)配合。政府主導(dǎo)就是要從整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和布局出發(fā),正確處理經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的問(wèn)題,制定法律法規(guī),嚴(yán)格執(zhí)法,同時(shí)形成一個(gè)有利于企業(yè)遵紀(jì)守法的環(huán)境。許多措施目前實(shí)際上還在研究形成之中,如近提出的“綠色GDP”,已試行的“環(huán)境信息公開(kāi)化”的做法。另外一個(gè)是政府必須避開(kāi)“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(duì)于廢棄PCB板的處理,國(guó)家完全可以通過(guò)政策和市場(chǎng)運(yùn)行的機(jī)制,形成一批的回收處理廠。我國(guó)既是PCB生產(chǎn)大國(guó),也是電子產(chǎn)品的生產(chǎn)大國(guó),又是電子產(chǎn)品的消費(fèi)大國(guó)。每年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄PCB板,形成回收市場(chǎng),既可保護(hù)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(huì)CPCA,在機(jī)制中也具有很大的促進(jìn)作用,如CPCA已成立了“環(huán)保潔凈分會(huì)”,可以在生產(chǎn)、環(huán)保技術(shù)信息上向協(xié)會(huì)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(jī)制,則是企業(yè)必須形成一個(gè)內(nèi)部機(jī)制,這個(gè)機(jī)制必須能夠做到對(duì)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(yùn)行制度。目前一些企業(yè)通過(guò)

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