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環保意識抬頭 PCB著重綠色製程資源再利用

  • 魏淑芳

PCB的製程中包含許多危險物質的使用,必須小心控管。出處:saturn electronics

環保已經是全球共識,在電子產品中,不論是設計、材料、製程,多數廠商或客戶都已經把環保納入重要的訂單考量之一,而作為所有電子產品的基礎,PCB的環保要求也同樣越來越嚴格。

舉例來說,過去中國大陸是PCB的最大供應來源以及市場,包括台廠或者是陸廠,在大陸都有龐大的生產基地,而這是為了滿足其作為全球最大電子產品生產基地的原料需求所致。

為符合國際標準,PCB或SMT製程採用的原料多半已經採用環保材料取代過去的傳統材料。出處:伍聯電子廠

然而大陸在2018年出台限排令,控制包含PCB廠在內的排污標準,使得許多大陸PCB廠不是因為成本大增而難以經營,不然就是污染難以控制,使得被勒令強制關廠,但台廠在這波限排令中受到的影響卻輕微許多,主要原因可以回溯至十幾年前,由台灣政府推動的環保概念以及製程升級運動。

環保法規趨嚴  且客戶要求迫使PCB廠自我改革

台灣PCB工業肇始於1969年,由美國安培公司來台設廠生產,而台灣PCB業者雖經多次全球性不景氣波及,但發展迄今卻仍締造了總產值/總產量在全球名列前茅的紀錄。PCB工業也是政府策略性輔導的工業之一,目的是鞏固台灣在全世界資訊電子工業之地位。

PCB應用範圍廣,從各類電子產品到機械產業,只要需要用到自動控制的產品,基本都避免不了。但因PCB業製程複雜,使用多種化學藥劑及特殊原料,因此其所產生的廢水、廢液及廢棄物等種類繁多,除了含有多種有機性污染之外,更蘊含大量的銅、鉛及鎳等重金屬,若沒有做好控管,那麼將對環境,以及居民造成嚴重污染。

當然,在台灣的環保風氣逐漸覺醒,且國際大客戶也要求零組件的生產必須符合環境友善的條件等因素的推動下,也逐漸走向改革,除了在製程本身的改良,避免製造過程中的排污影響環境以外,也推動製造材料的革新,以及PCB的可回收設計。

雖然腳步緩慢,但台灣PCB廠仍確實的進步,在如此實行了十幾年之後,基本上台灣主要的PCB廠商都能夠符合基本的環保規範,相較起大陸本土廠商長久缺乏環境保護概念,無法應對大陸政府急就章的要求,也因此受到的影響就小了很多。

從製程改善

首先就材料問題方面,傳統PCB的製造中需要用到許多高污染材料,包括鉛、汞等,而製造的過程中必須使用多種化學藥劑來清洗,這些藥劑同樣對環境造成很大的傷害。

而由於歐美日等先進國家先後把電子產品不能含鉛、汞、鉻、六價鉻、溴化物納入貿易規定中,這也對相關產業產生很大的衝擊,尤其是PCB產業,其最大的影響關鍵在於鉛,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。

另外,PCB板上的覆銅板,需以無鹵基材,也就是含氯、溴成分必須小於0.09%的材料來替代,再用含磷之環氧樹脂取代溴化環氧樹脂材料,另一方面,環保板材必須在耐熱性進行改善,才有能力承受無鉛化的SMT製程處理。

最後,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,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,使用到的化學原料相當多且複雜,油墨材料就必須挑選符合國際環保規範的產品,同時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,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。

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。

最初這些製程上的改變為產業帶來了陣痛,包括成本的增加,以及良率的降低,但隨著技術的改進,台灣PCB產業已經能輕易符合國際環保的要求,這對於拓展國際客戶而言帶來極大的效益。

即便是大陸的科技廠商,在製造產品時,若有考慮到國際市場的銷售,也必須符合相關的環保法規,因此,不論是在大陸,或者是國際市場,台灣PCB產業得以透過這些環保革新帶來更好的競爭優勢。

材料循環再利用

由於PCB在製造過程中需要使用龐大的化學與金屬原料,同時必須使用大量的水資源,透過製程的改善,在製造過程中就可以回極高比重的金屬材料,尤其是銅與金這類高價金屬,這對於降低材料浪費,減少整體製造成本有著相當大的幫。

其次,隨著氣候異常變化,台灣水資源逐漸吃緊,因此工廠的水資源回收也變得極為重要,目前工廠廢水的回收已經是環保法規的基本要求,隨著技術的成熟,回收廢水的比率也不斷增加,而從廢水中回收的化學物質,也可以進行二次回收再利用,而無法回收的部份,其最終處理也必須避免傷害環境。

不過出了工廠,PCB的回收再利用一直是個麻煩的問題。根據研究,目前台灣每年會產生10萬噸以上的PCB廢棄物,金屬部份的回收難度較低,關鍵在於PCB有60%以上非金屬(Nonmetallic)廢棄物,也就是6萬噸左右是難以回收處理的部份,雖然回收廠商嘗試將PCB板非金屬材質粉碎作為填充材料,但效果不佳。

因此,工研院材化所也曾針對PCB板材料研發回收技術,來解決電路板中廢棄樹脂與玻纖布回收問題,並獲得不錯的成效。

歐盟循環經濟政策中,2030年時廢棄電子產品需能做到原物料再回收率必須大於70%,所以未來全球PCB大廠勢必得投入更多資源針對相關非金屬材料回收技術進行開發。