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1、 PCB板行业清洁生产 林承奇 侯开泰 张政 韩璐 成员及分工 林承奇 废弃物回收和循环利用 加强生产管理韩璐 技术改造 设备维护和更新侯开泰 原材料与能源替代 产品更新或改进张政 过程控制优化 提高员工素质 PCB PrintedCircuitBoard 中文名称为印制电路板 又称印刷电路板 印刷线路板 是重要的电子部件 是电子元器件的支撑体 是电子元器件电气连接的提供者 由于它是采用电子印刷术制作的 故被称为 印刷 电路板 来源 印制电路板的创造者是奥地利人保罗 爱斯勒 PaulEisler 1936年 他首先在收音机里采用了印刷电路板 1943年 美国人多将该技术运用于军用收音机 194
2、8年 美国正式认可此发明可用于商业用途 自20世纪50年代中期起 印刷线路板才开始被广泛运用 分类 1 根据电路层数分类 分为单面板 双面板和多层板 双面板 双面板 Double SidedBoards 这种电路板的两面都有布线 不过要用上两面的导线 必须要在两面间有适当的电路连接才行 这种电路间的 桥梁 叫做导孔 via 导孔是在PCB上 充满或涂上金属的小洞 它可以与两面的导线相连接 因为双面板的面积比单面板大了一倍 双面板解决了单面板中因为布线交错的难点 可以通过孔导通到另一面 它更适合用在比单面板更复杂的电路上 多层板 Multi LayerBoards 为了增加可以布线的面积 多层板
3、用上了更多单或双面的布线板 用一块双面作内层 二块单面作外层或二块双面作内层 二块单面作外层的印刷线路板 通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层 六层印刷电路板了 也称为多层印刷线路板 2 根据印制电路板的软硬程度 分为刚性电路板和柔性电路板 软硬结合板 PCB行业发展迅猛 据中国CPCA统计 2006年我国PCB实际产量达到1 30亿平方米 产值达到121亿美元 占全球PCB总产值的24 90 超过日本成为世界第一 2000年至2006年中国PCB市场年均增长率达20 远超过全球平均水平 2008年全球金融危机给PCB产业造成了巨大冲击 但没有
4、给中国PCB产业造成灾难性打击 在国家经济政策刺激下2010年中国的PCB产业出现了全面复苏 2010年中国PCB产值高达199 71亿美元 Prismark预测2010 2015年间中国将保持8 10 的复合年均增长率 高于全球5 40 的平均增长率 1 原材料与能源 PCB原材料 FR 1 阻燃覆铜箔酚醛纸层压板 FR 4 1 阻燃覆铜箔环氧E玻纤布层压板及其粘结片材料 2 阻燃覆铜箔改性或未改性环氧E玻纤布层压板及其粘结片材料 3 阻燃覆铜箔环氧 PPO玻璃布层压板及其粘结片材料 4 阻燃覆铜箔改性或未改性环氧玻璃布层压板及其粘结片材料 5 阻燃覆铜箔环氧E玻璃布层压板 用于催化加成法
5、xx电路有限公司原材料与能源消耗 我们知道 PCB生产过程中涉及的原辅材料达达几十种 其中包括一些含有剧毒物质和国际禁用物质的原材料 在此主要针对印制电路板生产过程中的基板材料和化学原料的替代进行叙述 1 清洁的基板材料 印制电路板用基板材料在整个PCB制造材料中是首位重要的基础原材料 它担负着PCB的导电 绝缘 支撑三大功效 PCB的性能 品质 制造中的加工性 制造水平 制造成本以及长期可靠性等 在很大程度上取决于它所用的基板材料 PCB基板材料中的一大类重要形式的产品是覆铜板 目前最广泛使用的减成法制成的PCB 就是在基板材料 覆铜板上有选择地进行通孔加工 金属电镀 蚀刻 成像等加工 得到
6、所需的单面或双面电路图形的基板 一般多层板制作 也是以内芯薄型覆铜板为底基材料 将导电体材料 一般为铜箔 作为表面层和半固化片交替地叠积在一起 经一次层压加工而成型 形成三层以上的导电图形层互连的PCB 等 我们知道 为了防止因短路而发生的电热故障引起的燃烧事故 要求基板有阻燃性 因此在制作这种基板时 树脂中往往加入了阻燃剂 阻燃性能较好的阻燃剂大多是卤素类化合物 现在已经可以确认 废弃的印制板由于含有卤素类阻燃剂而在作为垃圾焚烧时 会产生严重污染环境的二噁英 而成为严格禁止的污染物 目前可以替代的有机阻燃剂有含磷的有机物 有机醇类等 无机阻燃剂有硼酸 硼砂 水玻璃 钨酸钠等 可以是两种以上的
7、组合 选用的原则是除了无卤素以外 还要能满足印制板其它方面的性能如介电性能 防潮性能等 更好的解决方案是采用新型的基板材料 如陶瓷类基板 铝氧化基板 应用纳米材料的基板 2 清洁的化学原料 印制电路板制作过程中要用到多种化学材料 绝大多数化学品都具有不同程度的侵害性或毒性 使用中要有安全和劳动保护措施 而有些已经被列入限制使用或禁用的名单 如氟化物 铅的化合物 甲醛等 这些限制使用的化学品已经证实是对环境和人类健康有害的污染物 必需寻找替代物来减少这类物质的使用 人们在这方面经过多年的努力 取得了一些进展 xx电路有限公司的节约能源方案 电力系统变频改造工程 采取如下措施 1 废气系统均加装变
8、频器 控制运行负荷 以满足生产线的废气排放量要求 变频器品牌为台达或宁茂 2 集尘系统均加装变频器 由系统静压自动控制运行频率 以满足生产线的需求 3 变频器启动与星三角启动可自由切替 而不需人工重新配接线路 设切换开关进行切换选择即可 4 集尘系统由于控制柜内部已无区域加装变频器及控制线路 需要独立设立变频器控制柜 控制柜设自动排气装置 为下进气上排气设置 避免温度高而影响变频器的正常运行 5 集尘系统变频器的控制来源为集尘机本体内的静压 频率随静压的变化变动而波动 系统运行响应时间为20S 开机响应时间为90S 系统过电流时间限值为60S 6 酸碱废气处理系统变频器的控制采人工控制方式 运
9、行响应时间为20S 开机响应时间为60S 根据xx电路有限公司估价 集尘系统变频器工程费用为11 5万元 废气系统变频器工程费用为12 8万元 合计为24 3万元 而该项目每年可节约废气处理系统电费约90万元 即投入后不到3个月即可开始节约资金 2 生产工艺流程 生产过程控制的重要性 清洁生产过程控制对生产过程是极为重要的 反映参数是否处于受控制的状态并达到优化水平或工艺要求 对产品率和优质产品率有直接的影响 同时也对废物的产生量有直接的影响 此外 近年来 末端处理的弊端日益显现出来 首先是它的处理设施投资大 运行费用高 使企业生产成本上升 经济效益降低 第二 末端控制很难处理彻底 容易造成污
10、染物转移 例如烟气脱硫 除尘 形成大量废渣 废水集中处理产生大量污泥等 第三 末端控制没有涉及资源的有效利用 不能制止自然资源的浪费 因此从末端处理转变为过程控制是社会发展的结果 印刷线路板的生产工艺复杂 工艺流程长 为了便于论述 将多层印刷线路板制作流程按以下6个生产工段进行介绍 一 线路图形底片制作工段 底片制作工段比较简单 它是采用激光光绘机 利用激光直接对底片进行扫描 绘制出客户所需要的各种线路图形 再经曝光显影 定影得到线路图形的照相底片 供内层 外层线路制作和表面加工使用 该工段因感光材料底片的主体是卤化银 因此会有含银废水 第一类污染物 产生 同时 还有废显影液 废定影液和废底片
11、产生 上述固废均属危险固废 危废编号是HW16 另外 有的企业在底片制作过程中要用氨水 因此还会有氨废气产生 二 内层线路制作工段 图中符号说明 G 废气 W 废水 S 固废 L 废液 N 噪声 1 微蚀 水洗用w 5 的硫酸和双氧水可去除基板表面上的氧化层 同时也粗化了表面 进一步提高板面与感光干膜的附着力 在这里会有少量酸性的废气和废水产生 2 酸洗 水洗用质量分数为5 的硫酸对基板上的残留物进一步洗净 此时 会有少量的酸性废气和酸性废水产生 3 贴膜 压膜在基板两面贴压上一层光致抗蚀干膜 其商品是一种光致成像型感光油墨 以保护里面的铜不被蚀刻 该工艺由贴膜机完成 贴膜温度一般在90 10
12、0 C 该工艺会有有机废气产生 4 曝光显影 水洗 曝光是把制好的线路图形底片铺在感光干膜上进行紫外曝光 而显影是利用稀碱溶液 常用质量分数为1 2 的碳酸钠水溶液 温度30 40 C 与光致抗蚀干膜中未曝光部分的活性基团 羧基 反应 生成可溶于水的物质 而曝光部分的光致抗蚀干膜则不会发生溶解 因此 板面上需要的线路就会因曝光被干膜保护起来 而不需要的部分会因干膜未被曝光而溶解 使基板上的铜重新裸露出来 以便在蚀铜工序中被蚀刻掉 此工艺会有显影有机废水 废底片和废显影液产生 废底片属危险固废 危废编号HW16 需注意的是 在使用机器显影时由于不断搅拌 显影液会产生大量泡沫 因此必须加入适量的印
13、刷线路板专用的消泡剂 如AF 3 5酸性蚀铜 水洗这里说的蚀铜是指去掉多余的铜箔而只保留所需电路图形的过程 印刷线路板的蚀铜方法很多 在内层板制作中 常用的是酸性氯化铜蚀刻液 其主要成分是氯化铜 氯化钠和盐酸 工作温度为30 40 C 此工艺会有酸性废气和酸性含铜废水产生 另外 酸性蚀刻溶液的维护 保养须连续循环过滤 因此还会有废残液 滤渣以及废蚀铜母液 均属危险固废 危废编号HW17 产生 6 黑 棕 化 水洗黑化又称棕化 它实际上是一种化学氧化 黑化液的主要成分是亚氯酸钠 NaClO2 和氢氧化钠 工作温度为90 95 C 其作用是让内层线路板上形一层高抗撕裂强度的黑色氧化铜绒晶 或红色氧
14、亚铜与黑色氧化铜的混合绒晶 棕色 该层氧化物对铜表面与树脂有强的粘接力 有利于内层板与树脂的压合 该工艺会有碱性的废气 废水和废母液 属危险固废 危废编号HW35 产生 三 电镀 化学铜和一次镀铜 工段 1 膨松 水洗膨松即溶胀 在钻孔过程中 磨擦生热会使孔壁周围的基板和半固化片熔融而产生粘接很紧的胶渣 如果不将孔内的胶渣去除 则孔壁会堵塞而无法化学镀铜 为此 常用碱性有机溶液 酰胺类化学药剂 将胶渣溶胀 以便进一步去除胶渣 此处会有有机废气 废水和废膨松剂母液 属危险固废 危废编号HW42 产生 2 除胶渣 水洗利用高锰酸钾的强氧化性与树脂反应去除胶渣 除胶渣溶液是高锰酸钾和氢氧化钠的混合液
15、 此处会有碱性有机废水和废的除胶渣母液 属危险固废 危废编号HW35 产生 3 化学铜 水洗化学铜即化学镀铜 其目的是在通孔壁上沉积一层铜 使内层线路板上下电气互连 化学铜溶液的主要成分是硫酸铜 甲醛 氢氧化钠和EDTA二钠盐 该溶液呈强碱性 pH 12 13 工作温度60 65 C 该工艺有甲醛废气及络合铜废水产生 另外 化学镀铜溶液的维护 保养需连续循环过滤 因此还会有废残液 滤渣以及报废的化学铜母液 使用周期相对较短 产生 这些均属危险固废 危废编号是HW17 4 一次电镀铜 水洗目的是把通孔内沉积的铜和板面上的铜层加厚 一次电镀铜溶液为高分散性光亮硫酸镀铜溶液 其主要成分是硫酸铜 硫酸
16、和少量添加剂 阳极为铜球 纯度99 99 含磷量在0 02 0 06 之间 工作温度一般为25 C 该工艺会有少量酸性废气和含铜废水产生 另外 该镀铜溶液因维护 保养 需连续循环过滤 因此 还会有废残液和滤渣产生 属危险固废 危废编号是HW17 四 外层线路制作工段 1 镀锡 水洗镀锡的目的是用作后续碱性蚀铜时的抗蚀剂 镀锡溶液为光亮硫酸镀锡 溶液中的主要成分是硫酸亚锡 SnSO4 硫酸和少量添加剂 阳极为锡球 纯度 99 99 工作温度在30 C以下 室温 该工艺有少量酸性废气和含锡废水产生 此外 镀锡溶液因维护 保养 需连续循环过滤 因此 还会有废残液和滤渣产生 但这里一般不会有报废的镀锡母液产生 因为电镀锡溶液的更换周期长 可持续使用数年以上 2 碱性蚀铜 水洗碱性蚀铜液的主要成分是氯化铜 氨水和氯化铵 工作温度一般在40 60 C之间 因此 会有氨气和铜氨 络合铜 废水产生 另外 碱性蚀铜溶液因维护 保养 需连续过滤 因此 还会有废残液和滤渣以及废蚀铜母液 均属危险固废 危废编号HW17 产生 3 剥锡 水洗通常用硝酸把板上的锡全部去除 因此 会有酸性废气 废水和废剥锡母液 属
