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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。


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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:


  • 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。


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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。


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