落實PCB印刷電路板的無鉛、無鹵素環保製程

電子產品全面禁鉛、禁鹵素製程已是趨勢，必須遵守規範要求才能將產品行銷全球市場。ALTERA

PCB(Printed circuit board)或稱PWB(Printed wire board)印刷電路板，是近代電子產品得以快速發展的重要基石，但PCB製程需使用大量化學藥劑進行，製作過程會耗用水資源，加上早期不肖廠商隨意排放汙水事件，讓多數人認為PCB是高環境汙染產業，但隨著新的製程要求與產品認證規範條件越來越嚴苛，PCB環保製程也越來越完善。

早期PCB產業最受關注的部分，大多會著眼於其汙水處理、製程改善的環抱議題，自2006年在WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)、RoSH(Restriction of Hazardous Substance)相繼生效後，以更具體的方式規範了電子零件必須重視的環保與回收議題，避免無有效規範下造成廢棄電子零配件大量產出，減少發生影響自然生態憾事。

從物料來源、製程管控  檢視PCB環保製程方案

本文嘗試自電子零組件的來源、製程管控與SMT量產加工層面等方面進行討論，說明新一代的PCB產品如何在兼顧環保要求下，也能達到相同的電子產品製造需求。若就現有製造技術來說，其實要達到環保要求的方案相當多，也不只有單一方法才能辦到，本文僅就常見的幾種方案進行討論，並不能代表生產現場沒有採行某項措施就代表生產成品是不環保的，必須要全面性地審視生產過程與成品狀態才能進行相關評估。

首先，影響環保的問題相當多元，從電子元件本身的用料、封裝材料、是否無鹵素？無鉛等處進行觀察外，生產過程產生的廢棄清潔用水、材料等如何處理也是重要關鍵。
自歐盟針對環境保護議題，於2003年正式將「無鉛」要求立法管制後，對於電子產業已形成極大的衝擊，隨後在更具針對性地發布WEEE與RoSH指令，在電子產品中直接限制料件、機殼必須達到禁絕有害環境的有毒物質，也與日方JEIDA(Japan Electronic Industry Development Association)日本電子工業發展協會與美國等推動電子產品禁鉛、禁鹵素等要求，電子產品不能含鉛、汞、鉻、六價鉻、溴化物，已直接影響了PCB製程可能產生的相關問題。

環保製程為產品全球化必要條件

尤其是現在，有關電子封裝、零組件、PCB產業的禁鉛、禁鹵素要求明確，對於投放市場的電子產品是不能含有鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Chromium)、六價鉻(hexavalent chromium或chromium-6)和限制使用聚合溴化聯苯(Polybrominated Biphenyl；PBB)或溴化阻燃劑PBB、PBDE(Polybrominated diphenyl ethers，多溴聯苯醚)等有害物質，已直接影響包含PCB產業在內的全球電子產品供應鏈運作與發展，也是相關產業必須正視的問題。

對於PCB產品來說，在最終加工成型的成品上，可以簡單歸類成板材、金屬層(表面處理)與油墨三大類物質，可能產生的環保疑慮也會從這三大物質中產生。原材料的選擇與管制汞(Hg)、鎘(Chromium)、六價鉻(hexavalent chromium或chromium-6)等在PCB製程是幾乎都用不上的，即便在製程中有接觸到部分，也是極為微量，而對PCB生產製造必須關注的反而是鉛(Pb)與鹵素，在製造PCB的原材料選擇方面，必須嚴格注意鉛與鹵素的問題，必須考量到鉛與鹵素不能超標，以達到環保要求的最低標準。

PCB改善環保製程  對環境、使用者更友善

早期PCB較大的問題是鉛，其實鉛是屬重金屬元素，雖然在自然界中分佈相當廣，但是一旦人體吸入量超過其飽和濃度就會產生缺鈣、貧血、免疫力下降症狀。即便PCB使用含鉛焊料所含的鉛相當少，但仍有廣泛擴散可能性，同時也較難完全回收，容易造成環境污染，另鹵素(如氟、氯、溴、碘)應用，則較常在PCB板材使用和油墨材質方面出現。

至於PCB表面的金屬處理，雖然是號稱無鉛，但實際上要做到的是接近無鉛的水準(<0.1%pb)，若以較早期的PCB或SMT產品製造過程，因為會使用到部分鉛錫合金處理噴錫板(Hot Air Solder Levelling；HASL)或用助焊劑、焊錫膏等材料，現在做法為改採無鉛銲料改善。

在板材的部分，因為電子商品通常會將PCB置於產品機殼內，電子零組件運作驅動會產生熱源，等同持續不斷地對PCB板加熱，PCB板材所使用製法或原材料特性若對持續加熱環境會釋出有毒物質，就可能影響其使用安全。一般來說以常規板材FR-4、CEM-3，因其中含有溴化環氧樹脂(brominated epoxy resins)，如：四溴雙酚(Tetrabromobisphenol A)、多溴聯苯(polybrominated biphenyls)、多溴二苯醚(Polybrominated diphenyl ethers)等，若經過燃燒會釋出高毒性的二惡英(Dioxins)、戴奧辛(TCDO)、苯呋喃…等物質，這類產物若被人體吸收將會無法排出，威脅著人體健康。

在PCB板上的覆銅板，需以無鹵基材(氯、溴必須< 0.09%)進行替代，再用含磷之環氧樹脂取代溴化環氧樹脂材料等替代措施，另環保板材仍需在耐熱性能有一定程度的改善，才有能力承受無鉛化的SMT製程處理——以260°C多次高溫處理，板材仍需達到不變形、翹曲、變色或分層破裂基本條件。

PCB表面金屬層與油墨也需考量環保問題

目前業界處理噴錫板，大多採行環保焊料HASL(錫銀銅)配方取代鉛錫合金，這對於採行環保製程的PCB表面，可在無鉛之塗覆層提供更高潤濕性的流動狀態、同時熱應力也會較低，並達到高溫製程下金屬材料不易於氧化等優點，讓無鉛化的SMT製程可以更順利進行加工處理。HASL所使用的助焊劑也必須改用具環保與考量回收難度之材料，需與SMT焊劑達到互熔特性。

在PCB板製造過程，油墨是相當關鍵的一項必經處理，一般在PCB製作會用到油墨的程序相當多，如文字油墨、塞孔油墨、阻焊油墨等，實際上油墨的材料成分與板材十分接近，為由樹脂、固化劑、阻燃劑等組成，油墨材料挑選相當重要，必須以不含有害環境、人體的物質為前提，除了環保要求外，油墨本身也必須達到可以耐受環保無鉛SMT製程流程中需以多次高溫處理的效果，油墨需與板材一樣不能在高溫製作流程中出現變色、變質、脫落等現象，以免造成需二次加工徒增產製成本。

目前不少品牌油墨已經做到不含有害物，如日本太陽、台州、新韓油墨。同樣的，油墨的選擇不但要符合環保要求，且要能承受環保無鉛SMT長時間多次高溫，不發生分層變色、脫落、裂紋現象。

基本上新一代的PCB製程已可相當成熟地完成無鉛、無鹵素的環保PCB製作，在產速、品質方面已不會因為加上環保要求而受到影響，但實際上較多的問題反而會是發生在生產物料管理鬆散造成。例如，在使用PCB板處理常會用到的錫條或原料，如果誤將含鉛材料送入製造流程，很可能因此出現整批產品都無法通過環保要求標準。實際的作為可以利用原材料有制度、完整規劃的管控機制，從領料、用料與事後檢測盤點都能確實追蹤用料安全，避免人為疏失造成損失。