李文欽 / 工研院材化所
淺談電路板減碳技術
台商在電路板生產過程大量採用了減法製造(Subtractive Manufacturing)，例如半固化膠片製作時在烘烤階段減去了大量溶劑，其蒸氣需要在高溫爐焚燒去除；銅箔基板製作線路時需要蝕刻掉大面積的銅箔，產生含銅廢酸液與廢水；乾膜光阻也是線路製作後被去除的部分，同樣也衍生鹼性廢液與廢水。換句話說，電路板原料大多數會被廢棄掉，而廢棄物處理部分的碳足跡亦必須計算在電路板產品中。由於量產時的其他成本考量，減法製造成為目前工業生產標準製程，儘管加法製造(Additive Manufacturing)的技術已經發展很久，仍鮮少被國內工廠重視採用。
1. 加法製造
(2) Elephantech
日本大象科技(Elephantech)可能是全球第一家成功量產噴印金屬導線之電路板並且實際投放商用的企業。該公司完成奈米銅顆粒製造、金屬墨水配製、噴印設備組裝到化學鍍銅四個關鍵程序深度整合(圖四)，已提供軟性電路板之工業製品，經過完整的可靠性測試後應用在商用設備上。該公司說明，他們的噴印金屬導線產品相較於傳統的蝕刻銅導線製程，可以減少70%銅和95%水的使用以及降低75% CO2排放。過去電路板生產導入噴印製程的缺點在於可量產性低以及奈米金屬墨水成本太高，如果現今技術問題已經克服，將來成本問題亦會在市場追逐減碳技術的需求下，被擴大的產品應用逐漸攤平。
圖四、Elephantech完成從奈米銅顆粒製造、金屬墨水配製、噴印設備組裝到化學鍍銅，四個關鍵程序深度整合，實現噴印金屬導線之電路板工業量產
(4) 直接金屬化製程
化學鍍銅(無電鍍銅)在日本是相當成熟的製程，日商在鍍銅液等相關化學品配方技術精良。近來美商特化品公司希望以直接金屬化製程(Direct Metallization)對化學鍍銅製程展開競爭，其劇本是HDI (High Density Interconnect)電路板具有許多的埋孔和盲孔，需要經過多次表面鍍銅製程，若採用直接金屬化的方法可以比化學鍍銅減少近70%的CO2排放。直接金屬化製程不需要包含沉銅在內的多道化學藥劑浸泡程序(通常需要加熱)，改成以導電塗層在待鍍銅表面的直接沉積，如導電聚合體、石墨或碳黑，最後再直接電鍍銅層。圖六(a)說明HDI電路板結構需要經過更多次的金屬化，圖六(b)則說明直接金屬化需要的化學藥劑比較少，溫度也比較低，在多次金屬化後累積的CO2排放量顯著下降。不過，這個例子並未實際估算鍍銅的品質和良率，實務上仍需要廠商藉由實際生產後才能客觀比較。
圖六 (a)左邊是使用通孔的多層電路板，右邊是具有埋孔或盲孔的HDI電路板；(b)左邊是化學鍍銅與直接金屬化的製程比較，右邊是比較11層AnyLayer的HDI電路板和多層板採用化學鍍銅與直接金屬法的CO2排放比較
2. 可分解(可回收)
由於廢棄電路板是屬於難分解回收的電子垃圾，國內公民營機關皆投注許多資源，研究有效率的貴金屬回收方法與開發樹脂/玻纖回收物再利用的產品。過去在廢棄電路板貴金屬回收部分有豐厚的利潤，相關回收技術發展主要集中在民營企業，剩餘的樹脂/玻纖廢棄物再利用其實僅是為了去化；今日面對全球暖化壓力，要避免環境衝擊性高的電路板持續被點名減量，開發可分解的電路板材料勢在必行。可分解的基板樹脂材料能避免電路板成為千年垃圾，也有機會能被回收再利用，最有利基的是能降低回收貴金屬過程所造成的環境衝擊，最終減少電路板廢棄時的碳排放。目前可分解的環氧樹脂原料非常有限，尤其要同時能符合目前電路板規格(例如FR4)的已量產原料尚未被發現；若要促進可分解電路板研究，僅能先從一次性和壽命短的產品應用優先展開。
3. 其他低碳技術
當前對於高階電路板生產，使用可分解或生質材料很難達成產品需要的電性或耐久性規格；回顧本文前言所述，減少使用電路板材料(縮小面積)、提高電路元件的集成度是未來電子產品設計趨勢。奧特斯(AT&S)公司在一篇研究報告中透過模型計算與蒐集機台數據，證實通過將電子元件嵌入PCB內部(元件內埋，Embedded Component Packaging)，可以降低具相同功能的傳統電路板產品碳足跡達27%；前提是元件內埋必須能將電路板產品縮小達40%，也就是現在產業具備的技術水平 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》442期，更多資料請見下方附檔。