一、RoHS 与无铅焊接技术的全面实施

欧盟 RoHS 指令（限制有害物质）推动了电子制造业的绿色转型，无铅焊接成为 PCB 组装的基础工艺。

1. RoHS 指令的限制要求

• 需提供材料声明（MSDS）、测试报告（如 ICP-MS 检测铅含量）；

• 建立材料追溯系统，确保供应链合规。

• 新增 4 种邻苯二甲酸盐（DEHP、BBP、DBP、DIBP），限值 0.1%；

• 适用范围扩展至所有电子电气设备（除豁免项）；

• 铅（Pb）：＜0.1%（1000ppm），焊料中豁免已在 2016 年取消（医疗与航空除外）；

• 汞（Hg）、镉（Cd）：＜0.1%；

• 六价铬（Cr6+）：＜0.1%；

• 多溴联苯（PBBs）、多溴二苯醚（PBDEs）：＜0.1%；

• 限制物质及阈值：

• 最新修订（RoHS 2.0）：

• 合规证明：

2. 无铅焊接的技术挑战与解决方案

• 无铅焊料润湿性比锡铅低 30%，易导致虚焊；

• 解决方案：

• 使用高活性助焊剂（含适量有机酸）；

• 焊盘表面采用 ENIG 处理（比 HASL 更易润湿）；

• 增加焊盘尺寸（比锡铅设计大 5-10%）。

• 无铅焊料熔点（如 SAC305 为 217℃）比传统锡铅焊料（183℃）高 34℃；

• 解决方案：

• 选用耐高温元器件（如陶瓷电容，耐温 260℃）；

• 优化回流焊曲线（缓慢升温，峰值温度降低 5-10℃）；

• 采用低温无铅焊料（如 Sn-58Bi，熔点 138℃），适合热敏元件；

• 高温挑战：

• 润湿性差：

3. 无铅焊接的可靠性验证

• 汽车电子要求 15 年使用寿命，需通过 10,000 次温度循环测试；

• 采用加速老化模型预测寿命（如 Arrhenius 模型）。

• 温度循环（-40~125℃）：1000 次循环后无裂纹；

• 湿热测试（85℃/85% RH）：1000 小时后焊点电阻变化率≤10%；

• 拉伸强度：SAC305 焊点≥45MPa（锡铅焊料为 35MPa）；

• 延展性：SAC305 为 30%（锡铅为 45%），需避免剧烈振动环境；

• 机械性能：

• 环境可靠性：

• 长期可靠性：

合规案例：某手机制造商通过全流程无铅化：① 选用 SAC305 焊料与 ENIG 焊盘；② 元器件满足 260℃回流焊要求；③ 每批次检测铅含量（＜500ppm）；最终产品通过 RoHS 认证，进入欧盟市场。

二、WEEE 指令与电子废弃物的回收处理

WEEE（废弃电子电气设备）指令要求电子制造商承担产品全生命周期责任，包括回收与再利用。

1. WEEE 指令的核心要求

• 每年向监管机构报告回收量、再利用量；

• 证明产品设计考虑了易回收性。

• 产品需标注 “crossed-out wheeled bin” 标志，提示正确回收；

• 标注生产日期，便于追溯；

• 家用电子设备回收率≥85%，再利用率≥80%；

• 生产者需建立回收网络，承担回收成本；

• 回收目标：

• 标识要求：

• 报告义务：

2. PCB 的可回收设计

• 模块化设计，便于拆卸（如电源模块、通信模块独立）；

• 焊点设计为易拆卸型（如使用低熔点焊料辅助回收）；

• 避免小型螺丝（＜M2），采用标准规格紧固件。

• 采用单一类型塑料（如 ABS），减少材料分离难度；

• 避免使用胶水固定，优先采用机械连接（如卡扣）；

• 标记材料类型（如 PCB 基板材质代码）；

• 材料选择：

• 结构设计：

3. PCB 回收处理技术

• 废水处理：中和酸性废水，去除重金属（排放标准：Pb＜0.1mg/L）；

• 废气处理：焚烧烟气需净化（如活性炭吸附有机污染物）。

• 金属回收：

• 非金属回收：

• 湿法冶金：用酸溶解金属，电解提取铜、金、银（回收率≥95%）；

• 火法冶金：高温熔炼，金属与非金属分离（适合大规模处理）；

• 树脂粉：破碎后的基板树脂可用于制作填料（如混凝土添加剂）；

• 纤维回收：玻璃纤维可重新用于复合材料；

• 人工拆卸：移除电池、连接器等危险或高价值部件；

• 破碎：将 PCB 破碎成 5-10mm 碎片，便于后续分离；

• 预处理：

• 材料分离：

• 环保处理：

回收案例：某电子制造商建立 PCB 回收线，年处理 100 吨废弃 PCB：① 回收铜 40 吨、金 2kg、银 50kg；② 树脂粉用于制作塑料托盘；③ 回收过程产生的废水经处理后达标排放；整体回收利用率达 82%，满足 WEEE 指令要求。

三、低碳制造与 PCB 组装的能耗优化

全球碳中和趋势推动电子制造业降低能耗，PCB 组装的低碳化成为新课题。

1. PCB 组装的能耗构成

• 回流焊炉：占总能耗的 35%（高温加热消耗大量电能）；

• 空调与洁净室：25%（维持恒温恒湿与洁净度）；

• 贴片机与印刷机：20%（高精度运动系统能耗）；

• 检测设备：15%（X-Ray 等设备功耗较高）；

• 其他设备：5%（如波峰焊、清洗机）。

• 主要能耗环节：

2. 能耗优化技术与措施

• 建立能源管理系统（EMS），实时监控各设备能耗；

• 制定能耗 KPI（如每块 PCB 能耗≤0.5kWh），纳入绩效考核；

• 设备定期维护（如清洁回流焊炉加热管），保持高效运行。

• 缩短回流焊时间（从 6 分钟减至 4 分钟），能耗降低 30%，同时减少 PCB 热暴露；

• 合并生产批次（减少设备启停次数），每批次能耗降低 10%；

• 采用低温焊接工艺（Sn-58Bi），回流焊峰值温度从 240℃降至 170℃，能耗降低 40%；

• 回流焊炉：

• 空调系统：

• 采用红外 + 热风混合加热，热效率提升 20%；

• 加装热回收装置（回收废气热量预热新风），节能 15%；

• 空闲时自动进入待机模式（功耗降低 50%）；

• 采用变频空调，根据洁净室人数与设备状态调节输出；

• 余热回收（如利用回流焊废气加热冷水）；

• 设备节能：

• 工艺优化：

• 管理措施：

3. 低碳材料与清洁能源应用

• 计算 PCB 从原材料到成品的全生命周期碳排放；

• 通过碳抵消（如植树造林）实现碳中和产品。

• 工厂安装太阳能板，满足 20% 电力需求；

• 采用生物质燃料（如用于锅炉），减少化石能源消耗；

• 选用再生 PCB 基板（含 30% 回收材料），生产过程碳排放降低 25%；

• 水性助焊剂（替代溶剂型），VOC 排放减少 90%；

• 材料低碳化：

• 能源结构优化：

• 碳足迹核算：

节能案例：某 PCB 组装厂实施节能改造：① 回流焊炉加装热回收装置；② 采用低温焊接工艺；③ 安装 1MW 太阳能板；改造后单位产品能耗从 0.6kWh 降至 0.35kWh，年减少碳排放 1200 吨，投资回收期 2.5 年。