印刷電路板產業之碳排概況與製程材料減碳技術

 

刊登日期:2022/11/5
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鄞盟松、顏銘翬、李文欽、吳明宗、黃耀正、邱秋燕、鄭志龍 / 工研院材化所
 
2021年台廠PCB製程總碳排約820萬噸,對比2018年之635萬噸共增加近三成,台商PCB產品未來面臨國際市場淨零碳排壓力是可預見的結果,而PCB產業的企業數眾多,需要政府政策與相關法人如TPCA協會或工研院引導PCB產業鏈減碳。本文整理目前台廠PCB碳排概況並針對PCB碳排較高的製程,包括:電鍍、壓合、綠漆、電解銅箔與軟板材料,分別提出可能之改善方案,希望對未來台資產業鏈如何聯合起來共同應對PCB減碳課題,達到拋磚引玉之效。
 
【內文精選】
低碳排電鍍製程
工研院材料與化工研究所在PCB電鍍製程減碳的議題上,針對減少電能消耗的目標進行兩個不同的發展策略。第一個策略是透過高速沉積的方式將電鍍製程的時間縮短,此方法雖然無法直接減少電流轉換成銅鍍層時所使用的電能,但透過製程時間縮短,可減少設備的運行時間,如鍍液循環、搖槳擺動、溫度控制等,進而達到節能減碳的目標。目前PCB電鍍電流密度多落在1~2 ASD,透過鍍浴銅酸比與添加劑調整,工研院材化所的高速沉積配方能將沉積電流密度提升至10 ASD以上,製程時間減少超過50%,達到節能之目的與減碳之功效。
 
快速壓合膠片材料
工研院材化所開發銅箔基板用快速壓合膠片材料技術,可大幅縮短高溫段壓合時間至少20分鐘(170˚C),且能適用各種壓合設備及客戶備料習慣,不但維持傳統膠片的室溫保存效期,亦可依個別客戶設備差異調整材料參數,維持PCB產品良率。
 
低碳防焊油墨
工研院材化所針對產業現有問題如油墨溶劑含量高、製程溫度高、烘烤時間久等問題,已進行相關的材料開發與布局,合成多官能基快速反應型樹脂,並搭配低黏度快速反應型硬化劑油墨配方開發,此低溶劑型油墨配方,具高反應性、硬化溫度低、硬化時間短等特性,以此方案達到防焊油墨於材料與製程之低碳排目標。此外,另有乾膜型防焊油墨系統,使用乾膜型防焊油墨具有高度的表面平整性以及厚度均勻性,擁有製程上操作便利、製程時間短以及油墨不會流入通孔等特性,也是PCB廠於應用上能夠進行減碳的一種策略方法,可以避免油墨於廠內塗佈/溶劑烘烤等製程所產生的碳排,相關防焊乾膜材料技術,工研院材化所亦有相關材料技術布局。
 
低碳電解銅箔
電解銅箔是PCB產業的關鍵性原物料,台灣電解銅箔產能居全球之冠。依據筆者訪廠概估,2020年約有兩萬噸電解銅箔用於PCB相關產業,從環保署公開網站可知電解銅箔的碳排係數為12.4(不含原物料至廠內、產品出工廠大門後之運輸階段,且不含產品包裝階段),製程溫室氣體碳排占比非常低,主要來自銅線(原料)與電力,除了空調箱、馬達、冰水機、冷卻水塔等公用設施進行修繕或更換等節能措施外,也必須從製程端著手。電解銅箔生產過程主要分為生箔段與表面處理段。生箔段(如圖三)是將銅線投入溶銅塔內在硫酸水溶液中藉由鼓風機曝氣使銅線溶解成硫酸銅溶液,經活性碳/矽藻土過濾後,依銅箔的物性需求加入適當的添加劑,最後經由電解在鈦輪表面析出銅後剝離、烘乾、收捲。銅箔的重量主要由生箔段控制,因此碳排主要來自生箔段。生箔段的碳排主要來自原料與電鍍耗能,每生產1公斤電解銅箔需1.03~1.05公斤銅線,銅線的碳排係數是4.28,若使用回收的廢銅線其碳排係數可降至0.1。
 
圖三、生箔鍍液系統流程圖
圖三、生箔鍍液系統流程圖
 
低碳軟板材料
從設計面、製程面及未來產品需求進行考量,盤點覆蓋膜在生產與使用過程中減碳的機會,如圖六所示,工研院材化所提出新的感光PI覆蓋膜(Photosensitive Polyimide Coverlay; PSPI Coverlay)的材料系統。相較於傳統的PI覆蓋膜,PSPI覆蓋膜有諸多優點:Polyimide的樹脂系統具有優異的熱性質與低應力的特性,可滿足未來薄型化的需求;其是以感光顯影的方式做出成形孔或開出窗位露出焊點,且不需要用模具沖切,因此精度更高、成本更低、製程時效更高。軟板製造流程更簡單,大幅簡化製程不但生產速度更快,更能節省大幅的人力與能耗。PSPI覆蓋膜除了具備減碳優勢外,同步亦提升整體軟板的性能---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖六、工研院材化所PSPI覆蓋膜製程工序與解析能力
圖六、工研院材化所PSPI覆蓋膜製程工序與解析能力
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》431期,更多資料請見下方附檔。

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