浅谈标准化单元移植对环境的影响

许校彬 陈金星 肖尊民

（特创电子科技有限公司，广东 惠州 516369）

0 前言

印制电路板（PCB）作为各类电子电器产品的重要组成部件，几乎应用于所有电子产品中，特别是电脑、信息通信设备以及医疗、军工产品等电子设备。随着科技水平大幅提高、信息产业高速发展，电子电器设备更新换代速度的不断提高，PCB的生产需求和废弃量也急剧增长。

由于电子产品更新换代加速,导致大量电子废弃物产生，电路板废弃物数量越来越多,已成为城市垃圾中增长速度最快的一类固体废弃物。废PCB的产生数量也非常惊人，据估计，废PCB在电子废弃物中所占的比重为4%左右，在中国大陆有很多的PCB工厂，每年需要处理的废PCB在50万吨以上。废PCB中含有大量铅、锡、金、银、铜等重金属和溴化阻燃剂、聚氯乙烯等有毒有害物质,稍微处理不当将会造成严重的二次污染，对环境和人类将产生巨大危害。

PCB生产与装配为了提高生产效率，通常是将多个子电路板（小块单元板）构成多块组合板（联片PCB）。联片PCB有时会出现其中一个或几个子电路板不合格的状况，如果将之应用在组装设备上，SMT（表面安装技术）厂需对组装设备的程序进行重新编排设计，因有不同的报废排列，需要重新设置的程序会很多，会造成作业工序多、工作效率低，因此SMT厂不会接受有子电路板不良的联片PCB。如果将联片电路板报废的话，则造成本的极大浪费。因此，业内会将多联印制电路板上不合格的子电路板取下备用，然后用合格的子电路板替换其他多联PCB上的不合格的子电路板，以使移植重组后的多联PCB上的子电路板都合格，此种补救方法称之为PCB移植。

移植技术不仅可以将一个或几个子板不合格的PCB变成良品出货,还可以降低补料的可能性、减少交期延误投诉、提高客户满意度、减少报废、增加出货、降低生产成本、节省废弃物处理费，最重要的是其可以减轻废PCB对环境造成的压力。

1 单元移植流程及其在行业中的应用

目前较为专业的单元移植技术的一般流程为：入料→子母板铣切程式制作→废子板不同位置的母板分类→CNC（计算机数据控制）铣切及配对→定位→压板→对位→尺寸测量1→注胶→UV固化或烘烤→尺寸测量2→可靠性测试→清洗→电测→外观检验→包装→出货。

如果注胶后选择烘烤工艺，OSP（有机保护焊剂）板则需要先将OSP膜褪去再加工，避免OSP在高温中产生变色等徒增品质问题。而为了增大移植子板和母板的作用力，一般单元内的子板设计铣切成拼图状的凸块，而母板则铣切成耳槽，两者通过外力拼在一起，即便没有上胶黏结也会有很好地结合效果（如图1、图2所示）。

近年，随着电路板的快速发展，很多PCB单元移植技术不但可以应用于修补V槽折断板、邮票孔连接位断板，还可以应用于移植某些特殊部件到PCB板中，例如一些积层PCB，可以将埋容埋阻部件采用移植的方法镶嵌到母板中，也可以替代电路板高难度的特殊沉孔形式的凹坑加工工艺，先直接将凹坑位铣空，再将一厚度符合残厚要求的薄片移植黏合到凹坑位置，采用此种移植方式加工特殊沉孔形式的凹坑，制作成本较低，凹坑平整，深度公差可以轻易控制，不失为一个简捷有效的制作方法。

图2 单元移植母板图片

2 单元移植的问题点及技术发展的探讨

电路板移植是将报废单片板从联片上取下，再将良品单片板移植上去。移植后的产品除了要确保尺寸精度、图形精度、孔位精度以及强度等多方面的可靠性品质保证。在国内的移植工艺主要分为有缝移植和无缝移植，有缝移植，即在母板和子板的接口处预留一定量的缝隙，精度是靠销钉或使用CCD（电荷耦合定位系统）对位设备手动将子板调整到标准尺寸后固定，然后将树脂胶注入预留的缝隙内，固定粘结子母板，其缺点在于残胶（填胶量多）、高低差大。无缝移植，其接口缝隙仅为5～10 μm，在接缝侧壁刷上一层胶后装配，强度有卯榫结构的机械强度和高温胶的双重保证。在切割子母板前利用智能图形处理软件，综合判定其涨缩、偏转、层偏等复杂状况，保证了其配合之后的高精度。此技术自动化程度高，可靠性好，能够获得良好的外观和很高的移植良率，适合双面高精度的精密移植，多片移植。虽然设备成本极高，但在精度要求更高，排版更多的未来会更有技术优势。

事实上除了移植厂外，近年也有趋势表明PCB厂厂内移植技术被越来越多的工厂采用，但是据行业PCB厂的移植数据，移植板的良率大概在3～11%左右，板子的外形结构、铜厚、材质、胶黏结效果、切割效果等问题都会影响最终移植的良率，而近些年移植的良率也逐渐提高。在精度上，厂内移植精度更多在50～75 μm左右，真正做到25 μm甚至更高精度的公司极少。而导致精度差距的主要是PCB厂所用的移植设备和移植人员技能，大多工厂采用以光标点作为基准点的CNC铣床，虽说铣床根据光标点铣切已经具有较高精度，但是很多工厂的铣床配用的独立集尘设备，不仅集尘效果不佳，而且所使用的铣刀大为普通铣刀，其对含铜的板边切割不仅产生大量粉末，还可能在耳槽和凸块出现严重的披锋，给后序精度造成较大的影响。二氧化碳激光切割技术在电路板加工已经被广泛使用，但是其由于加工中容易烧蚀有机材质并残留大量黑色碳化物，显然它不适合应用于单元移植中。所以在单元移植上，如果要采用激光切割来增加板边的加工效果，UV激光切割技术值得研究。根据单元移植流程我们知道，老式的模具定位、烘烤固化胶体都是导致加工速度不够快的一个因素，CNC切割移植对外观而言，细看会有较明显痕。现在的定位基本都有设备支持，不用像过去一样针对每款型号制作对应模具。而部分公司他们已经可以针对不同颜色的油墨使用特殊的感光胶水，其可以无限趋近于板子的油墨颜色，胶水不仅起到隐藏切割线的作用，还可以和UV设备搭配实施固化取代烘烤流程，大幅度减少烘烤时间，OSP板不需要褪OSP膜，直接实施单元移植，UV固化也不会让OSP因高温发生变色。相信在未来，新型单元移植工艺技术也将飞速发展，在速度、精度的问题上都有可观的提升，也必将被更广泛的运用，且拥有很好的品质。

3 从环境角度出发，我们是否该推动单元移植标准、发展

每年有大量电子垃圾从欧美等发达国家运往中国．据估算，全球每小时产生的4000吨电子废弃物中有大约80%被运往亚洲，这其中又有约90%被运往中国。

被运往中国的这些电子废弃物，要么进行翻新重新利用，要么被运到小作坊进行原始拆解，给周围环境带来巨大污染，也对当地居民健康构成巨大威胁。中国目前面临着国内大量生活上的电子废弃物产生、国外电子垃圾“入侵”、电路板废弃物和废电路板的产生等巨大压力，这不仅给国家也给环境造成了巨大的压力。

另外，环境问题一直困扰着我们行业壮大的脚步，行业回收废弃电路板及制造相关的废弃物情况极其复杂，常常由于回收过程处理不当给环境造成不可挽回的损失。单元移植技术的发展和壮大，为废弃电路板的资源化提供新的途径。而单元移植在行业面临着什么问题？为什么企业不将该技术推广呢？这便需要从标准说起，单元移植后的板件的品质检测目前尚无明确的标准，我们只能参考IPC-6012刚性印制板的鉴定与性能规范及IPC-A-600 印制板的可接受性来判断，还需要和可接受移植的SMT厂及相关客户端确认可接受的一些相应的测试方法和标准，有的客户要求移植样品提交验证后再实施移植，这对于双方合作造成良好的影响，不仅效率很低，而且又还很容易产生不必要的矛盾，由于标准的不统一和客户对移植产品的不信赖造成这项技术发展受到限制。

标准推动将大幅提高行业移植正常化，这对于有高附加值的产品或工厂更是最好不过了，因为整个厂生产大多订单就是几块板或十几块板，它们具有超高难度和技术性，在加工到成品造成单废板，损失也是毋庸置疑的，但如果高端板都可以通过移植让客户认可、满意，那么这便对行业具有一定的颠覆性，最终，移植技术将被行业所认可，成为一种常规的电路板生产技术。

我们PCB工厂要提高移植PCB单元工艺和设备水平；而行业则可以积极推动关于移植的相关技术标准，在外观上对胶残留、板曲等实施标准界定，在可靠性上则应该对移植单元的图形与标准Gerber值偏差、移植结合力、上锡效果、热应力、跌落测试的裂纹等等做好标准，这样一来，这项技术加工出来的PCB就可以获得电子行业的认可。

行业每年至少50万吨废PCB产生，有了对单元移植的标准制定，我们不仅可以挽回大量电路板，同时，也使得SMT厂、PCB厂以及后端的客户有了作为验收及移植出货所可依照的标准，不仅加快了移植板的发展，还将缩短移植过程供需双方的沟通成本、减少资源浪费和环境污染。

从环境角度出发，依照每年行业产生的50万吨废PCB计算，若有万分之一的板子被移植而挽救使用计算，就至少减少了50吨废PCB产生，而实际上随着移植技术不断优化，这个数值会愈来愈可观。

4 结论

我国在电路板废弃的处置、管理及回收上一直远落后于欧美国家，电子污染给我国环境带来巨大的压力，还严重制约着电子行业发展和壮大。SMT为了提高生产效率通常会将电路板设计成联片设计，但是在电路板制作过程常常会出现联片内有不合格子板出现导致整块电路板报废，移植技术通过将不合格子板更换成合格子板，再通过有效黏结和精度测试等完成制作并满足客户端的使用。但单元移植在行业没有具体的标准，所以很多SMT厂及电子终端不接受移植板或者不相信移植板的品质。随着单元移植自动化技术不断发展，单元移植不仅越来越高效，而且为了提升品质更出台了无痕单元移植等先进技术。希望通过行业推动，实施单元移植标准化，相信不久将来这项技术不仅给行业带来好的效益，对于改善环境污染而言也是快捷有效的措施。