摘要：印制电路板产业是我国电子信息产业的支柱产业，同时也是高污染行业。本文主要从绿设计、原辅材料的选取、清洁的生产工艺和设备、资源能源的综合利用以及管理机制等方面概述了在印制电路板生产过程中清洁生产技术的使用。
关键词：印刷电路板；清洁生产；清洁生产技术；绿设计
PCB是印制电路板(即Printed Circuit Board)的简称，是组装电子零件用的基板。其主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，起中继传输的作用，是电子产品的关键电子互联件，有“电子产品之母”之称。印制电路板作为电子零件装载的基板和关键互联件，任何电子设备或产品均需配备。其下游产业涵盖范围相当广泛，涉及一般消费性电子产品、信息、通讯、医疗，甚至航天科技产品等领域。随着科学技术的发展，各类产品的电子信息化处理需求逐步增强，新兴电子产品不断涌现，使PCB产品的用途和市场不断扩展，是当代电子元件业中最活跃的产业。近十年来，我国的PCB工业已随着电子信息产业的迅速发展而相应发展着。2008年3月在上海召开的第11 届世界电子电路大会(WECC11)上，CPCA秘书处在介绍中国内地PCB业发展的专题报告中，公布了中国内地PCB产值统计结果。按照此统计，我国 PCB的产值在2007年达到了约1100亿元(人民币)，预测在2010年将达到约1500亿元(人民币)。我国的PCB工业目前已成为世界PCB产业中心，PCB工业已成为中国电子信息产业的支柱产业。
PCB行业的快速发展，在给带来经济发展的同时，也给环境保护带来了严重影响。印制线路板的生产加工工序多，材料类型多，能耗水耗多，产生污染物多，以及一些有毒有害甚至剧毒物质的使用，都给PCB行业冠以“重污染行业”的帽子。随着企业和政府的环保意识的加强，企业的污染状况有所好转，但是PCBtxue产业越来越大，导致整个PCB行业污染总量仍然非常大。
清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少降低所有废弃物的数量和毒性。对产品，要求减少从原材 料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响。对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。
近年来，国内外科学界对我国PCB的清洁生产进行了大量的研究，本文主要针对PCB整个生产过程采用的清洁生产技术进行了归纳，从产品的设计、材料的选取、生产工艺流程和设备、资源能源的综合利用以及机制管理等方面进行叙述，以期为企业、研究人员和决策者把握有关情况，继续推进我国PCB行业清洁生产技术。
1. 印制电路板的绿设计
绿设计(GreenDesign)，又称生态设计(Ecological Design)、面向环境的设计(Designf or
Environment)等，是指借助产品生命周期中与产品相关的各类信息(技术信息、环境协调性信息、经
济信息)，利用并行设计等各种先进的设计理论，使设计出的产品具有先进技术性、良好的环境协调
性以及合理的经济性的一种系统设计方法。印制电路板在生产之前就需要进行对产品、自然环境、社会环境、用户进行全方位的考虑，对产品整个生命周期进行全过程分析，设计出满足环境要求、适应市场和用户需求的绿产品。目前印制电路板的绿设计主要包括：采取有利于废弃产品拆解等措施，以提高废弃产品的再循环利用率；采取有利于回收再利用或易处理的包装材料，提高包装物的回收再利用率，减少不必要的包装，减少废弃包装物的产生量；选取绿的材料，减少有毒有害物质的使用，控制产品中铅与其铅化和物(Pb)、镉与其镉化合物(Cd)汞与其汞化合物(Hg)六价铬与其化合物(Cr+6)、溴代阻燃剂、甲醛、总卤等项目有毒有害物质的含量。
2. 清洁的原辅材料选择
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。
2.1 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蚀刻工艺的导电、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。将增强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，称为覆铜箔层压板，简称覆铜板。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。我们知道，作为电子元器件载体的印制电路板的基板，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。禁止使用含有卤素类阻燃剂的印制板已经成为世界性趋势，开发和使用无卤素印制板引起越来越多人的关注。现在，可以向市场供应无卤素印制板的厂家已从两年多以前的几家发展为包括日本、美国、欧洲、韩国
、中国等国家和地区在内的近二十家。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等。
2.2 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。表1是目前印制板生产
过程中所使用的主要化工原料清洁的替代材料。
表1印制板生产过程中主要适用的化工原料的替代建议表
淘汰项目 | 淘汰依据 | 替代建议 |
重铬酸盐水溶性光敏抗蚀剂 | 铬制剂污染严重，且不稳定、不易存储；《电子信息产品污染控制管理办法》、RoHS | 重氮化合物水溶性光敏抗蚀剂 |
溶剂型抗蚀干膜抗蚀剂 | 有机溶剂作为显影剂和去膜剂，毒性大、易燃、环境污染严重 | 水溶型抗蚀干膜抗蚀剂 |
焦磷酸盐、氟硼酸盐、型镀铜液 | 焦磷酸盐镀液稳定性差、成本高、磷酸根造成环境污染；氟硼酸盐镀液分散能力差、对板材有一定腐蚀作用、氟硼酸根造成环境污染且难于治理；有剧毒 | 硫酸盐型电镀铜液 |
电镀铅锡(磺酸盐体系铅锡镀液、氟硼酸体系铅锡镀液) | 氟硼酸溶液腐蚀性强，废液处理困难；有机磺酸液溶液含氟和酚类物质，毒性大、污染严重；《电子信息产品污染控制管理办法》、RoHS | 电镀纯锡(硫酸锡镀液) |
氟硼酸型退铅锡剂 全自动淘洗磁选机 | 氟硼酸有毒、污染严重、产品技术指标差 | 硝酸-烷基磺酸型> 硝酸型退铅锡剂 |
碱性镀金液 | 有剧毒 | 无氰硫酸盐镀金液> 柠檬酸盐微氰镀金液 |
浓铬酸法去钻孔胶渣 | 铬污染严重；《电子信息产品污染控制管理办法》、RoHS | 水位显示器 碱性高锰酸钾法> 浓硫酸法 |
酒石酸钾钠化学镀铜络合剂 | 稳定性差、补加调整困难；成本高 | 不含螯合物的化学镀铜液>EDTA·2Na、NN'NN' 四羟丙基乙二胺络合剂 |
三氯化铁蚀刻剂、铬酸-硫酸蚀刻剂 | 三氯化铁溶液处理困难，污染严重；铬污染严重、毒性大、再生困难；《电子信息产品污染控制管理办法》、RoHS | 过氧化氢-硫酸蚀刻剂> 碱性氯化铜蚀刻剂> 酸性氯化铜蚀刻剂 |
铅锡阻焊剂 | 铅有生理毒性；《电子信息产品污染控制管理办法》、RoHS | 无铅焊料 |
氟碳溶剂清洗(F-113) | F-113 为臭氧层损耗物质 | 无氟清洗剂 |
内层板黑化 | 黑须太长，容易发生粉红圈 | 棕化 |
含甲醛的化学镀铜液 | 甲醛危害人体健康 | 磷酸盐化学镀铜液 |
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3. 清洁的生产工艺和设备
印制电路板的制造，工序多，流程复杂。若解决了工艺问题，就保障了产品的质量、减少了浪费、提高了效率，也就扫清了实施清洁生产的障碍。技术工艺方面的清洁生产主要关注生产过程的技术工艺水平、连续生产能力、生产稳定性、工艺条件是否过严以及如何预防污染。是目前比较成熟的清洁生产工艺和设备统计见表2。
=4. 资源能源的综合利用
印制板生产离不开水，简单的单面板生产中水洗工序不少于五道，而双面板生产中水洗工序不少于十道。多层板有多张内层图形制作，水洗工序更多。因印制板工厂是个用水大户，有一定规模工厂年用水量达数十万立方米。用水量多，废水排放量也多，废水治理成本也高。清洁生产应节省水资源，节约用水。节水方法可以是工艺技术改进，减少印制板湿处理工序，如加成法工艺就不需蚀刻水洗工序。还有改进设备设施达到节水，如清洗水采取逆流漂洗，冷却水的回用等，还对设备方面可能增加了一次性投入，而长期的节水会有更好回报。
表2清洁生产工艺技术和设备统计表
名称 | 技术说明 | 替代的落后技术 |
CAD和光 绘制版技 术 | 使用光绘机可以直接将CAD设计的PCB图形数据文件送入光绘机的计算机系统，控制光绘机利用光线直接在底片上绘制图形。然后经过显影、定影得到菲林底版。 | 可提高底版质量，减少照相底版的浪费和污染。随着计算机技术的发展， 印制板CAD技术得到极大的进步，印制板生产工艺水平也不断向多层、细导线、小孔径、高密度方向迅速提高 |
液态光致抗蚀剂图像转移工 艺 | 液态光致抗蚀剂主要由高感光性树脂、感光剂、料、填料及少量溶剂组成。可用网印方式或其他涂布(如辊涂或帘涂)方式进行涂覆，用稀碱水溶液显影，可抗酸性及弱碱性蚀刻液蚀刻，可抗酸性镀铜、氟硼酸镀锡铅、酸性镀锡、酸性镀镍、微氰酸性镀金等溶液的电镀。 | 替代代干膜图形转移工艺， 该工艺以成膜薄，效率高，成本低，操作条件要求低等优势 |
激光直接成像工艺 | 利用CAM系统输出的数据直接驱动激光直接成像装置，此装置使用聚焦的激光束，用光栅扫描的方式，并在已涂覆光致抗蚀剂的基板上进行曝光，每次一个像素，以数据码的形式来达到定义所需的电路图形，而CAM系统则利用这些数据来控制激光直接在涂有光致抗蚀剂的基板上描绘成像 | 采用激光直接成像工艺，可以省去照相制版工序，从而避免照相底片的浪费和污染以往制作菲林底版时，一般都需要先制出照相底图，再利用照相或翻版完成菲林底版的制作 |
化学镀镍/金 | 化学镀镍/金技术是取代热风整平而用于微孔板的最可靠技术，它是在完成的PCB上先化学镀镍以阻挡贵金属扩散，再实施化学镀金，从而获得外观和物理、化学性能都好的表面处理层。这一方法的成本比较高，只适合于高技术要求和高附加值的产品 | 化学防氧化技术是在铜表面形成均匀的隔绝氧化介质而又有助焊性能的有机膜。这一技术的优点是简便易行， 但可靠性不够理想。对要求高的精密PCB产品， 则需要采用化学镀镍/金技术。 |
蚀刻液回用技术 | 把从PCB上蚀刻下来的铜采用电镀技术直接回收起来，同时又把常规含铜量的蚀刻液又运回到PCB蚀刻槽里使用，这样反复循环，实现了PCB铜蚀刻液“零砂浆回收”排放 | 替代将蚀刻液卖给有资质的单位处理，节约成本，减少运输风险和污染物的转移 |
双束光的CO2激光钻孔设备 | 把双激光光束直径调制到与被加工孔的直径相同，在没有铜箔的绝缘介质(如树脂层)上直接进行孔加工 | 激光加工孔的速度达到了1000孔/秒，比最初出现的激光钻孔机的成孔速度提高了约10倍 |
直接金属化法(DMS)电镀 | 将精细碳粉浸涂在孔壁上形成导电层，经过微蚀处理，除去铜层上的碳基， 只在孔壁内部非导体(绝缘的环氧树脂基材)上保留导电的碳膜层，然后直接电镀 | 替代以前的化学沉铜，化学沉铜液中乙二胺四乙酸(EDTA)被用作螯合剂，而大多数印制电路板制造商不具备回收乙二胺四乙酸的技术，故化学沉铜在使用上受到限制 |
化学镀铜甲醛还原替代技术 | 可以取代甲醛作为化学镀铜还原剂的有次磷酸钠、硼氢化钠、二甲胺基(DMAB)、肼等，这些还原剂的标准电极电位都比铜离子的标准电位负，从热力学角度来说用作化学镀铜的还原剂是可行的。 | PCB底板的绝缘性使化学镀铜在孔金属化中起着重要作用，至今仍是印制板孔金属化的主流。但是，目前化学镀铜所使用的还原剂是对人体有危害的甲醛，因此，其使用受到限制。 |
路板水基清洗技术 | 水基清洗工艺是以水为清洗介质的，为了提高清洗效果可在水中添加少量的表面活性剂、洗涤助剂、缓蚀剂等化学物质(一般含量在2%～10% )并可针对印制电路板上不同性质污染物的具体情况，在水基清洗剂中添加不同的添加剂，使其清洗的适用范围更宽。水基清洗剂对水溶性污垢有很好的溶解作用，再配合加热、刷洗、喷淋喷射、超声波清洗等物理清洗手段，能取得更好的清洗效果。 | 替代以往的具有毒性的有机溶剂清洗，减少对工人健康的伤害， 同时也减少发生起火、爆炸等危险 |
真空层压工艺技术 | 制造多层压印制电路板，国外普遍采用真空多层压机。采用真空层压设备和计算机控制，使层压质量有着显著的提高。因为真空层压前多层印制电路板层与层之间已经真空排气，除去低分子挥发物，使层压压力有极为明显的降低，仅是常规多层印制电路板层压压力的wmi服务1/4～1/2 | 替代常规多层印制电路板层压，采用真空层压工艺，可提高多层印制电路板的表面平整度、减少多层印制电路板质量缺陷(如缺胶、分层、白斑及错位等)。同时使多层印制电路板导线图形层之间的介质材料厚度均匀、精度高、公差小，保证特性阻抗Z0在设计要求的范围以内的技术指标 |
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