技术资讯 | 如何以可持续的方式制造 PCB

 

 

本文要点

 

信誉良好的 PCB 制造商会遵守 RoHS、REACH 和其他监管标准。

选择合适的 PCB 制造商时要检查他们的 RoHS 和 REACH 合规信息。

替代解决方案正在促使 PCB 制造业关注可持续性。

 

曾几何时，PCB 行业对环境的影响引发了质疑。复杂的多步骤制造工艺依赖于乙二醇醚等溶剂和有毒化学品，包括甲醛、二甲基甲酰胺和铅。例如，PCB 蚀刻过程中的冲洗水含有高浓度的铜、铅、镍、铬和锡。除了向环境中排放富含化学品的废水以及将危险废物填埋处理外，在 PCB 制造过程中，工人会接触到致癌物和有可能造成生殖伤害的化学品。

 

幸运的是，多年来，PCB 制造方式已经发生了变化。尽管要想实现真正可持续的 PCB 制造工艺依然任重而道远，但遵守有害物质限制 (RoHS) 指令和化学品注册、评估、授权和限制 (REACH) 法规已促使 PCB 制造商：

 

放弃使用有毒化学品

检查供应链是否符合道德规范

寻找环境友好型的电路板元件替代品

 

在比较 PCB 制造商时，一定要检查他们是否符合 RoHS 和 REACH 法规，因为这些法规促使 PCB 行业朝着更加可持续的方向发展。

 

 

有害物质限制（RoHS）指令
 

 

欧盟在 2003 年通过并在 2011 年扩展了 RoHS 指令，禁止在电路板中使用有毒物质，全球进口商、分销商和制造商都需遵守该指令。RoHS 所禁止的有毒物质包括：

 

铅

汞

镉

六价铬

多溴联苯

多溴化二苯醚

四类邻苯二甲酸盐

 

除了避免在 PCB 制造过程中使用这些化学品，RoHS 合规还包括应用于电子产品的任何电镀或表面处理，以及维护有关合规和不合规的文件。

 

虽然最初的 RoHS 指令也适用于连接到 PCB 的器件、子组件和布线，但第二版 RoHS  （即RoHS 2）涵盖了所有电气/电子设备、电缆和器件。第三版 RoHS （即RoHS 3） 将更多的邻苯二甲酸盐列为有害物质。遵守 RoHS 指令的产品上会标有 CE 标志。

 

化学品注册、评估、

授权和限制（REACH）法规
 

 

与 RoHS 一样，REACH 法规最初也是在欧盟开始执行的。然而，美国的许多司法管辖区对危险化学品的使用有类似的限制。美国环境保护局使用互补性筛选方法，即“减少和评估化学品和其他环境影响的工具 (TRACI)”和“风险筛选环境指标 (RSEI)”来量化环境影响。

 

RoHS 法规旨在限制在最终产品中使用有害物质，而 REACH 法规旨在控制印刷电路板、电气元件和电子元件制造过程中使用的化学品。这些化学品被列入高度关注物质 (SHVC) 名单，其中包括：

 

邻苯二甲酸二丁酯

邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯

六溴环十二烷 

邻苯二甲酸丁苄酯

三丁基氧化锡

 

与 RoHS 不同的是，REACH 适用于供应链以及制造商。供应商必须告知 PCB 制造商，PCB 裸板、组装电路板、外壳、器件、子组件和成品是否符合 REACH 法规。

 

 

如今的 PCB 制造方式

 

尽管每一种被禁止使用的化学品都为 PCB 制造提供了优势，但 PCB 行业已经找到了能提供相同（甚至更好的）性能和可靠性的替代品。例如，PCB 制造过程不使用铅锡焊料，而是使用锡银铜焊料。尽管银是一种有害物质，但锡银铜焊料中使用的少量银不会对环境产生有害影响。

 

除了锡银焊料，PCB 制造商还使用包含小片嵌入银的硅和聚酰胺聚合物粘合剂，以实现高导电性并与电路板紧密结合。其他无铅焊料技术包括电镀、焊球形成技术和焊料浸渍技术。

 

转向无铅焊接也有助于设计团队和制造商通力合作，以简化布局，让器件紧密排列。这样一来，制造商能够以更低的成本制造尺寸更小的电路板。

 

纸质 PCB 提供了另一种替代解决方案

 

除了 RoHS 禁用的化学品外，PCB 制造商已经开始在生产过程中停用乙二醇醚、甲醛和二甲基甲酰胺。

 

在柔性纸质基板上安装器件的纸质 PCB (P-PCB) 使用了环保的可再生材料，并且功能可靠。P-PCB 依靠无铅、可导电的粘合剂，将表面贴装器件连接到锡或锌导体。这些导体通过丝网印刷、3D 打印或喷墨印刷转移到纸质 PCB 上。

 

实践证明，原型纸质印刷电路板在导电性、可靠性、多层功能和电阻损耗方面都与传统电路板无异。典型的 P-PCB 制造过程包括使用添加剂技术将 ECA 打印到每层纸质基板上。下一步包括固化粘合剂，逐层对齐电路，然后用压敏胶将各层相互粘住。在打通穿过每层的过孔后，继续在导体上安装表面贴装器件。

 

虽然纸质 PCB 仍处于原型阶段，但先进纸质材料的发展有望将纸质技术用于高速、高密度应用。纸质材料的进步能够提高导电性和导热性、增强防火性、防潮性和改善介电性能，抵消了 RoHS 禁用材料所带来的性能损失。

 

虽然 PCB 行业在 PCB 的制造方式上已经取得了很大的进步，但要想实现环保的制造工艺，我们仍有很长的路要走。inspectAR 软件是助您实现下一个可持续设计的绝佳工具，不再需要多个屏幕或多种设备，inspectAR 利用增强现实（AR）技术和直观的互动来准确评估并改进 PCB。

 

 

上图显示了 inspectAR  软件中 AR 叠层与 PCBA 物理板的交互。利用 AR 技术，工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较，并随时查看技术手册、添加留言、注释。