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摘 要 介绍了有关环境工程、绿色工程的概念，综合叙述并举例说明了绿色元器件生产管理和技术，提出并展望了元器件生产的“绿”化原则和前景。
关键词 环境工程；绿色工程；绿色元器件生产技术；元器件生产的绿化
地球上55亿人的生活污染和合成有机化学及其连带工业的发展所带来的污染可以说是环境污染的两大源泉。直到70年代初有了测定微量有机物质并确定其危害性的技术后，人们才认识到为他们带来高标准生活的合成有机化学等工业所造成污染的严重性。在美国出现的Rachael Carson“春天静悄悄”(“Silent Spring”)的调查报告，叙述了野生鸟类戏剧性减少的状况，使政府认识到保护环境的重要性，从而制定了环境保护法案，成立了美国环保署(EPA)。
为了在处理污水时不破坏自然水系，人类在20世纪初便发明了对污水排放前的处理方法。经过多年的发展，便形成了一个大的“环境工程”产业[1]。人们通过环境工程处理原来任意排入河流和小溪的污水。
“环境工程”就是利用科学和工程原理，通过大众教育、交流和规则，运用好的工程实践，来控制或减少人类对自然的负面影响。“环境工程”产业的依据是相应的环境保护法令和规章制度。“环境工程”往往要通过“管端测试”(EOP，End Of Pipe)去发现问题，再强制性地加以处理或控制，是事后诸葛亮。它的发展与EPA(环保署)的功能不无关系，彼此相得益彰。EPA在强制执行空气质量标准、饮用水质量标准、污水排放标准、固体及危害性废物处理标准以及建立清除危害性废物站的过程中，推进了“环境工程”的大发展。
1、 “绿色工程”
“环境工程”的发展带动了许多科学、工程及工业领域对环境保护工作的研究。这一研究引出了“绿色工程”的概念。“绿色工程”以人类及工业发展对天然环境的巨大影响为出发点，在工业设计和生产中主动把维护环境品质看成是第一要素或根本机遇，有意识地用一整套系统方法对产品及过程设计进行“系统性寿命周期”评估，从而找出最能保护环境的过程设计和产品生产方法，进行设计和生产。“绿色工程”不是简单的强制，而是强调产品质量及经济性应与环境对象相一致。如果按“整个使用周期”(system life cycle)的来龙去脉评估产品，产品生产对环境的影响和由环境要求所带来的机遇就显而易见了。
“绿色工程”[2]亦称“环境上有意识的制造(environmentally conscious manufacturing)工程”或“绿色技术(green technology)工程”。“绿色工程”的“绿色”指的是不对环境产生负面影响，绝不是指工程的颜色，它有4个一般性目标：
1.1 、减少废料（品）
“绿色工程”标志之一就是能动地减少工程全过程中出现的废料(品)。减少净材料的使用，更有效、充分地利用材料，减少废料(品)，减少废料处理设备的使用，减少处理时的劳力，延长产品使用寿命，从全社会的角度考虑，都会大大提高产品的经济效益。在生产过程中减少废料量、掩埋量和运输量还可以提供二级经济效益。
1.2 、加强材料管理
材料管理的目的，就是减少材料回收所需要的附加处理量，在不影响产品可靠性的情况下赋予材料可用性：其内容包括回收材料(包括危害性材料)及成品元件、进行再利用，以求赢得最高附加值。再生设计、拆卸设计和毒品管理是环保(“绿色”)产品设计的必要组成部分，它们构成了材料管理的三个范畴：
(1)再生设计（DfR，Design for Recycling）
再生设计就是把材料及元件的使用周期(1ife cycles)与最大限度地增加材料及元件的再利用性结合起来，在设计中就把该产品所用材料、甚至该产品自己的回收方法和回收效益都考虑好，并安排在设计文件中。
(2)拆卸设计（DfD，Design for Disassembly）
如果产品是使用组装及组合方法做成的，在着手设计的同时，就要纳入拆卸设计。即，在不影响成本的情况下，确定好分离各个部件并进行回收的办法。这样做，会使人更好地选择材料、更加专门地鉴定元件材料，并考虑采用自动化拆卸作业，使拆卸和组装更为有效，从而降低成本。
(3)毒品管理
如果在产品的固有部分使用到毒品物质，这种产品的设计中就要注入毒品管理的内容。例如，在设计电池时，要事先考虑好Cd的管理和回收方法；在设计印刷电路板时，则要考虑好Pb焊料的管理问题。因为这些有毒物质在最终处理后都会对土壤和地面水造成潜在的污染，威胁到公众健康。必须订立相应的规章制度，控制好这类材料的使用，用有效的材料管理去减少废料量和掩埋量，并使各种材料都用在刀刃上，节约原材料，提高经济效益。
毒品管理的结果，必将使土地和地面水的危险性污染明显下降，消除其昂贵的处理成本，消除环境可靠性风险，从而提供了相应的经济效益。
材料管理的最终目标是使材料按闭环材料周期(a closed-loop material cycle)进行运作，满足绿色工程中生态发展的要求。
1.3、 防止污染
“防止污染”和“控制污染”是两个截然不同的概念。
“控制污染”就是通过管道末端(事后)的检验，在发现污染后，采取措施，减少污染数量和危害性，即所谓“事后处理”或“管端测试”方法。“控制污染”需要反复按照检测结果去更改工艺文件和规章，成本高。
“防止污染”则与“控制污染”不同。它是通过设计或重新设计的办法，在产品的设计阶段，预先取消或改变了有可能产生危害性副产品或物质的工艺和制造方法。这种方法从本质上系统地杜绝了污染。开始时它一般需要大量资金，进行有关工艺污染方面的前期试验，一旦前期试验完成，它就可以减少处理污染的成本、减少对工人健康及安全的影响、减少对客户和公众的影响，其总成本往往比“控制污染”低。
1.4 、增加产品的环保功能，提高产品档次
一种产品要在其使用期内具有环保功能，就势必从设计开始就要能动而系统地采取减少废料、减少污染的有效措施或先进工艺，其结果不但产品本身增加了环保功能，而且其主要性能也往往上了更高的档次，使销售量扩大、收入增加。不仅如此，不污染环境的产品，不光生产时不会受到罚款，而且还对社会做出贡献，从而做到了经济效益、社会效益双丰收。
2、 绿色电子元器件生产技术
环境工程的发展带动了绿色化学[3]和绿色电子元器件生产技术的兴起。“绿色化学”就是在化学品的设计、制造及应用过程中，力求做到从源头起就贯穿采用一整套系统的、到目前为止最为理想的原理和方法，防止产生危害性物质，防止对环境的负面影响以及对生态的破坏，并尽量利用废料和废弃的产物。例如，在设计化学合成时，尽量采用和生产对人类健康和环境影响小、毒性小的物质，尽量不用辅助材料(溶剂、辅助试剂)，尽量少用能源，尽量避免不必要的衍生物，催化剂最好是化合物定比试剂，化学品的最终性能最好不影响环境，最好能不消耗原材料，并可对原材料进行再利用。
电子元器件工业的基础涉及到几乎国民经济的各个部门，尤其是化学、塑料、冶金、钢铁、机械、纺织和建筑工业。没有这些工业部门所提供的高、精、尖材料就生产不出好的元器件。没有这些工业部门的“绿色”，电子工业也“绿”不起来。
电子元器件生产过程中往往有清洗、金属化或浆料制作、引线(片)处理、蚀刻、机械/塑料加工、单晶片加工、装配及焊接、表面涂复(电镀/涂漆/包封/打印)等工序。这些工序中的清洗、蚀刻、焊接和表面涂复，无论其所用的原材料，还是它们的加工过程，似乎最容易引起对环境的污染。
2.1 、清洗[4]
厚膜网络、厚膜电路、驻极体、继电器、印刷电路板、液晶及彩管等元器件清洗时广泛使用F-113、TCA、氯氟烷烃等消耗大气臭氧层物质(ODS)作为清洗剂。为了执行限制生产使用消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，我国政府规定了淘汰这些清洗剂的时限(表1)。
另外，在半导体元器件工业中所使用的湿式化学清洗剂，包括易使人患氟斑釉齿、氟骨症、心血管病、甚至致癌的HF等氟化物，其量高达整个工艺过程的30%。通过延长HF/水处理清洗浴的使用期、采用稀HF溶液或无水HF/酒精溶液，以减少HF和大量节约去离子水，从而达到减少污染的目的[5]。
2.2、 蚀刻[6]
由于铬基蚀刻剂对敷铜板上铜的溶解力小、蚀刻慢、不易再生，而且六价铬又易于致癌，所以美国从上世纪60年代末就开始致力于替代铬基蚀刻剂的工作。到90年代初终于找到了含氨的氯化铜蚀刻剂，并应用在印刷电路板工业中。这种蚀刻剂不仅克服了前有试剂的所有弱点，而且还可以再生、回收或重新在其它制造工序中得到应用，用量和处理费用明显减少，故而便宜。
半导体元器件工业中用HF做选择性蚀刻剂，用多氟化合物如CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6、CHF3对SiO2、氮化硅、钨及多晶硅做干性等离子体蚀刻及化学蒸汽淀积(CVD)室内清洗。多氟化合物是很强的红外吸收体，在大气中存活时间长，能引起全球温室效应(GWP)。对于这些物质的替代性评估和研究都正在进行，无水三氟醋酸酐和碘氟碳化物作为替代等离子蚀刻剂，很有前途[5]。
2.3、 焊接[7]
锡铅焊料中的铅易溶于含氧的水中，污染水资源，破坏生态环境。铅可以损害人的中枢神经，使人神经混乱、呆滞；可以引发高血压、贫血和生殖功能障碍等疾病；铅在人体内积累到一定浓度后甚至有致癌作用。
但是，要找到一种适用于再流焊(SMT用)、波峰焊(穿孔用，焊渣要少)和/或手工焊，焊接温度和性能又接近于铅锡焊料的双元共熔合金无铅焊料，有相当的难度。有人认为，Sn96.5Ag3.5、Sn99.3Cu0.7和导电性黏合剂可以作为现有焊料的替代品，只是Sn-Cu合金的熔融温度稍高些(227℃，比Sn-Pb的83℃稍高)，与之相焊接的引线镀层最好是Sn或Sn-Cu，而且要在惰性气体下进行焊接；而导电黏合剂热胀系数大，玻璃化温度较低，机械性能须24小时后才显现出来，其Ag或Ag-C导电粒子在湿热条件下存在着电磁问题[8]。尽管如此，虽然还没有找到全方位替代Sn63/Pb37的无铅焊料，但用不同的工艺去适应已研制成的不同的无铅焊料，也可以使之投入生产。例如，日本松下采用SnAg/Bi/In焊料再流焊和Sn/Cu焊料波峰焊，在210℃下生产Panasen影像接收卡时，其工艺性和产品质量、可靠性都与Sn63/Pb37的情况类似[6]。
最近，天鸿、JabilCircuit和Sanmina-SCI等EMS提供商联盟经过调查后认为，现在90%的印刷线路板(PCB)生产在245℃至250℃温度范围内都可采用无铅焊料。他们想推动整个业界采用260℃的温度标准，希望元器件制造商开发环保型无铅合金，并要求解决好新型无铅合金在装配过程中使封装元器件的外包装因热效应而破裂的“爆米花效应”问题。不管美国是否把无铅元器件提上议事日程，从遵守欧洲和日本去年通过的有关法律出发，他们起草了无铅元器件的全球性行业标准，向电子元器件制造商施加压力，敦促他们降低成本，尽快转向无铅化生产[9]。
2.4 、表面涂覆
电镀时由于要用到各种对环境有害的添加剂，往往对环境产生很坏的影响，即使在化学镀(无极镀)时也难以克服。美国EPA通过“环境设计(DfE)”对许多直接金属化的方法进行了评估，认为：碳、石墨、钯和导电聚合物都比化学镀铜的毒性小、成本低、表现好、环保性好(不仅不用甲醛和乙二胺四乙酸[EDTA]，而且用水量还小)。
至于涂漆和包封、打印过程中所使用的有机涂料、高分子包封料和塑料，其环境危害性也不能低估。至少应该认识到，其所排放的溶剂和废气可以使大气受到污染，有害于健康和环境。
今以美国印刷电路板为例，说明绿色电子元器件生产技术的发展状况[6]。
近年来为了实现印刷电路板的绿色生产，他们首先改进了有关工艺，以减少对环境的不利影响：
(1)替代铬基蚀刻剂：参见本文第“2”节，此处不再赘述。
(2)淘汰熔剂型干性感光胶膜显影和剥离所用的1，1，1-三氯乙烷(1990年前淘汰)和二氯甲烷，并在80年代初用重碳酸盐/氢氧化物或丁基卡必醇/溶纤剂作为它们的代用品。
(3)改进工艺控制：通过敏感器和改进控制设备，改进工艺控制，以便更好地控制加工溶液，延长加工溶液的使用期，并用“家政管理”手段和全面质量管理(TQM)方法降低设备的废品率，减少试剂的损失和废料的产生，及时回收可以处理的材料。
(4)减少Sn-Pb抗蚀剂的使用：在进行印刷电路板热风整平焊接前一般总要将Sn-Pb镀层剥掉，从而产生含铅的危害性废料。将焊接工艺转换为HASL的同时寻找剥离后对环境不产生危害的抗蚀剂，而Sn则是理所当然的替代品。它不致引起工人中毒，不被看成是危害性废物，而抗蚀性却与铅锡合金一样好。
(5)使用表面金属连接涂层替代晶：印刷电路板表面涂覆层必须具有三个特点：a.能有效地阻止铜的氧化；b.有易焊性；c.组装时不产生缺陷(疵点)。多年来，用再流焊把Sn-Pb焊料施加到所有裸露印刷电路板线条上的方法作印刷电路板的主要表面涂层。现今，HASL只把Sn-Pb焊料施加到中孔和焊点上，从而明显减少了工业用铅。但HASL仍有下列缺点：能生成废焊料浮渣，须加强管理，尽量加以回收利用；HASL的焊点表面呈半球型，不能满足新的、更复杂设计对扁平表面的要求；尚不能有效地覆盖在化学镀镍加浸金层(它易于与半导体引线相连接)之上；也难于用到小型化的元件接点上。
近年来，美国EPA等立项包括有机焊料保护剂、浸锡和银、化学镀镍配以浸金、浸钯、化学镀镍配以浸钯等[6]热风整平焊接(HASL)无铅焊料替代品的性能、经济性和环保性进行评估，以期使用无铅焊料。
(6)改进事后(管端)污染控制方法：将废水处理的沉淀法改为离子交换法和电解筛分法(electrowinnowing technology)也可以把铜、铅、镍分离出来，重新出售而产生经济效益，并使“清洗剂”渣泥符合危害性废物的要求。采用非螯合性添加剂还可以减少废水处理污染的产生，从而明显节约了成本。
(7)循环使用生产中的副产物：在蚀刻线路板时大约要刻去60%的铜，使之成为废物。印制板生产时所产生的废物有废水污泥、蚀刻剂、非标板、框架和焊料浮渣等，它们皆可回收利用，并产生经济效益和社会效益。例如回收铜后的社会效益是减少了制造厂对铜矿开发的需求和对地面水的掺杂。
(8)直接进行金属化：印制板中孔化学镀铜时要用到大量的水、甲醛、EDTA螯合剂，它不仅浪费水，造成甲醛污染，而且由于螯合剂要螯合含有金属的废水，使水处理复杂化。而用直接金属化的方法，包括施用碳、石墨、导电聚合物等代替镀铜，既可以减少有害物质、保护环境，还可以增加生产、减少用水和维护、降低循环时间，从而使成本下降。
(9)循环用水：印制板制造过程中淋洗电路板时要用到大量高质量的水，只有延长生产溶液的使用时间，采用循环水，通过限水器、导电及流量控制、反向冲淋罐以及喷淋系统等节水方法，才能使工厂不依赖于价格昂贵、质量不一定符合要求的公共用水。这一点对于缺水地区的工厂尤为重要。
(10)采用新技术进行中孔金属化：印刷电路板有单面板、双面板和多层板之分。后两者都存在中孔金属化时的环境污染问题。现在发展了两种不污染环境的制作1-3mil中孔的工艺：其一是用激光做中孔，而无须钻孔；其二是使用感光性介质材料。这两种工艺都能达到层间连接的目的，采用它们可以收到增加电路密度和减少材料消耗的双重功效。当然，通过设计，用数字输出的办法就能让激光直接制造电路，而不需要采用光学工具，也就减除了光学工具(如光学掩模)及其所产生的废料；而感光性介质却可在介质上直接印出通道和“渠道”来，各有千秋。
3、 “绿色”电子元器件的生产
“绿色”电子元器件的生产实际上是一个系统工程，其龙头在于“设计”，并要有元器件的绿色生产技术相辅佐。“绿色”电子元器件的生产只有在元器件产品的设计、生产、销售、回收、服务等一切方面贯彻环保理念后才能实现。“绿色”电子元器件生产原则是：绿色设计，并存性设计及可持续发展[10]。
“绿色设计”是建筑在对元器件环境要求评估的基础上、以贯彻ISO14000系列(兼以ISO9000)的标准精神为出发点、把产品寿命与环境联系在一起的设计。
ISO14000系列标准以生产产品的环境状况为主线，主要从组织评估和产品评估两个方面对组织的环境表现进行认证。自1996年9月1日到目前为止，包括10个国际标准的ISO14000系列，涉及环境管理体系的建立、环境审核原则/程序，环境标志和生命(产品使用)周期评估，都是围绕环境这一主题的。ISO14000环境体系和ISO9000质量体系标准兼容。ISO14000系列标准要求回避对改善环境无帮助的任何行政干预，可用于对国内外认证注册，有利于减少贸易壁垒。实施ISO14000系列标准后，有利于减轻来自政府和外界的压力，消除“绿色贸易壁垒”；有利于企业减少环境风险、节能降耗、优化成本；有利于提高企业管理水平，促进企业发展；有利于企业获取利润并提高其产品在市场上的竞争力[11]。
“绿色设计”的要点包括：
(1)详细了解原材料质量及其可能有的危害性，进行分类并造册存档，绝对杜绝使用世界上禁止使用的物质；原材料的毒性越小越好；
(2)原材料用量越少越好；辅助材料用得越少越好；进入产品并作为产品的组成部分越多越好；
(3)工艺过程越不产生污染越好；要有针对地进行工艺设计，使每一道工序都不产生或避免产生危害性物质，或考虑好危害性物质的处理方法和措施；
(4)产品的性能、质量越高越好；安全性、可靠性和使用寿命越高、越长越好；
(5)产品中可重复利用的越多越好；要尽可能把产品各功能部分做成积木式，便于拆卸、组装和回收(这一点对于整机厂尤为现实。早在上世纪中叶IBM、惠普和施乐 [Xerox]计算机及复印机产品生产时就已这样做了，他们并为此发展了分析系统、拟定了“产品数据交换标准(PDES)”)；
(6)产品性能对环境越有利越好；产品越能拆卸并重新组装越好；
(7)能源用得越少越好：尽量让每一道工序消耗的能量最低；
(8)尽量降低包括环境成本在内的产品生产成本。
并存性设计就是综合各项商业功能，包括产品性能及制造工艺，以增加设计过程的整体性设计。它会使生产的产品更好、更“绿”。
可持续发展指的是动态地协调经济活动与生态过程。显然，为“绿色”电子元器件的生产所做的设计把产品及材料管理、制造生产、质量、可靠性、生产使用时的安全性、环保性、可试验性、销售、可服务性、产品报废管理、产品的再生性(可拆卸、组装性)、合法性(能源消耗、电磁波发射之类的合法性)等的设计及管理程序收纳无遗。
目前，科学技术的水平还不可能在所有方面都保证做到电子元器件的“绿色”主产。但事在人为，只要不懈地做出努力，贯彻“绿色”电子元器件生产的原则，元器件生产的绿化指日可待。
4、 结束语
当今电子元器件的发展方向是：更轻、更密、更便宜。绿色电子元器件生产的方向是：更少的材料、废料和能量。两者的发展并驾齐驱、迅猛向前。只要在生产电子元器件时从原材料开始直到产品售后服务，对生产的每一步都采用、贯彻ISO14000及ISO9000系统管理方法；只要在生产中牢固树立绿色思想，搞好绿色设计，保证符合环保理念；只要尽可能多地发展和采用绿色电子元器件生产技术，包括采用生产和处理纯净水、清洗、蚀刻、焊接和表面涂复的各种新设备、新工艺、新技术，采用无铅焊料并力争100%地循环使用全部副产物，对进行循环拆卸组装的设计进行标准化并有效利用能源，尽可能让水的消耗降为0，把环境成本和基本活动成本计算工具融合在传统会计统计法之中，我们就可以生产出最先进的绿色电子元器件。期盼已久的蓝蓝的天空、清澈的河水、绿草如茵的大地、清新的空气和一片鸟语花香的景象必将重返我们的身边。让我们伸出双手，用我们辛勤的劳动去迎接美好的明天吧。
参考文献
[1] Bill T.Ray. Environmental Engineering. PWS. Boston, USA: Publishing Company 1995
[2] SamirB,Billatos,et al.Green Technology and Design for the Environment.Taylor&Francis,1997
[3] Paul T Anastas,et al.Green Chemistry：Theory and Practice，Oxford University Press，Inc.New York,1998
[4] 朱家淇.机电元件，2001.vol.21，no.1:pp31-39
[5] Rafael Reif,et al.Environmental,Safety,and Health Issues in Production，MRS Symposium
[6] Holly Evans，et al.Implementing Green Printed Wiring Board Manufacturing，Green Electroni Green Bottom Line，Newnes，USA，2000
[7] 朱家淇.中国电子报，2001.8.24.12
[8] William Trumble.No-Lead Solder Assembly，Green Electronics/Green Bottom Line，USA,2000
[9] 余恪雷.EMS提供商敦促元器件制造商转向无铅生产，国际电子商情,2002,8,1:14
[10] Pitipong Veerakamolmal，et al.Design for Disassembly,Reuse，and Reeycling Green Electroncs/Green Bottom Line.（Lee H.Goldberg,et al），Newnes,USA,2000
[11] 毛孝明、张德平.ISO14000体系发展动态及认证体系建立程序
关键词 环境工程；绿色工程；绿色元器件生产技术；元器件生产的绿化
地球上55亿人的生活污染和合成有机化学及其连带工业的发展所带来的污染可以说是环境污染的两大源泉。直到70年代初有了测定微量有机物质并确定其危害性的技术后，人们才认识到为他们带来高标准生活的合成有机化学等工业所造成污染的严重性。在美国出现的Rachael Carson“春天静悄悄”(“Silent Spring”)的调查报告，叙述了野生鸟类戏剧性减少的状况，使政府认识到保护环境的重要性，从而制定了环境保护法案，成立了美国环保署(EPA)。
为了在处理污水时不破坏自然水系，人类在20世纪初便发明了对污水排放前的处理方法。经过多年的发展，便形成了一个大的“环境工程”产业[1]。人们通过环境工程处理原来任意排入河流和小溪的污水。
“环境工程”就是利用科学和工程原理，通过大众教育、交流和规则，运用好的工程实践，来控制或减少人类对自然的负面影响。“环境工程”产业的依据是相应的环境保护法令和规章制度。“环境工程”往往要通过“管端测试”(EOP，End Of Pipe)去发现问题，再强制性地加以处理或控制，是事后诸葛亮。它的发展与EPA(环保署)的功能不无关系，彼此相得益彰。EPA在强制执行空气质量标准、饮用水质量标准、污水排放标准、固体及危害性废物处理标准以及建立清除危害性废物站的过程中，推进了“环境工程”的大发展。
1、 “绿色工程”
“环境工程”的发展带动了许多科学、工程及工业领域对环境保护工作的研究。这一研究引出了“绿色工程”的概念。“绿色工程”以人类及工业发展对天然环境的巨大影响为出发点，在工业设计和生产中主动把维护环境品质看成是第一要素或根本机遇，有意识地用一整套系统方法对产品及过程设计进行“系统性寿命周期”评估，从而找出最能保护环境的过程设计和产品生产方法，进行设计和生产。“绿色工程”不是简单的强制，而是强调产品质量及经济性应与环境对象相一致。如果按“整个使用周期”(system life cycle)的来龙去脉评估产品，产品生产对环境的影响和由环境要求所带来的机遇就显而易见了。
“绿色工程”[2]亦称“环境上有意识的制造(environmentally conscious manufacturing)工程”或“绿色技术(green technology)工程”。“绿色工程”的“绿色”指的是不对环境产生负面影响，绝不是指工程的颜色，它有4个一般性目标：
1.1 、减少废料（品）
“绿色工程”标志之一就是能动地减少工程全过程中出现的废料(品)。减少净材料的使用，更有效、充分地利用材料，减少废料(品)，减少废料处理设备的使用，减少处理时的劳力，延长产品使用寿命，从全社会的角度考虑，都会大大提高产品的经济效益。在生产过程中减少废料量、掩埋量和运输量还可以提供二级经济效益。
1.2 、加强材料管理
材料管理的目的，就是减少材料回收所需要的附加处理量，在不影响产品可靠性的情况下赋予材料可用性：其内容包括回收材料(包括危害性材料)及成品元件、进行再利用，以求赢得最高附加值。再生设计、拆卸设计和毒品管理是环保(“绿色”)产品设计的必要组成部分，它们构成了材料管理的三个范畴：
(1)再生设计（DfR，Design for Recycling）
再生设计就是把材料及元件的使用周期(1ife cycles)与最大限度地增加材料及元件的再利用性结合起来，在设计中就把该产品所用材料、甚至该产品自己的回收方法和回收效益都考虑好，并安排在设计文件中。
(2)拆卸设计（DfD，Design for Disassembly）
如果产品是使用组装及组合方法做成的，在着手设计的同时，就要纳入拆卸设计。即，在不影响成本的情况下，确定好分离各个部件并进行回收的办法。这样做，会使人更好地选择材料、更加专门地鉴定元件材料，并考虑采用自动化拆卸作业，使拆卸和组装更为有效，从而降低成本。
(3)毒品管理
如果在产品的固有部分使用到毒品物质，这种产品的设计中就要注入毒品管理的内容。例如，在设计电池时，要事先考虑好Cd的管理和回收方法；在设计印刷电路板时，则要考虑好Pb焊料的管理问题。因为这些有毒物质在最终处理后都会对土壤和地面水造成潜在的污染，威胁到公众健康。必须订立相应的规章制度，控制好这类材料的使用，用有效的材料管理去减少废料量和掩埋量，并使各种材料都用在刀刃上，节约原材料，提高经济效益。
毒品管理的结果，必将使土地和地面水的危险性污染明显下降，消除其昂贵的处理成本，消除环境可靠性风险，从而提供了相应的经济效益。
材料管理的最终目标是使材料按闭环材料周期(a closed-loop material cycle)进行运作，满足绿色工程中生态发展的要求。
1.3、 防止污染
“防止污染”和“控制污染”是两个截然不同的概念。
“控制污染”就是通过管道末端(事后)的检验，在发现污染后，采取措施，减少污染数量和危害性，即所谓“事后处理”或“管端测试”方法。“控制污染”需要反复按照检测结果去更改工艺文件和规章，成本高。
“防止污染”则与“控制污染”不同。它是通过设计或重新设计的办法，在产品的设计阶段，预先取消或改变了有可能产生危害性副产品或物质的工艺和制造方法。这种方法从本质上系统地杜绝了污染。开始时它一般需要大量资金，进行有关工艺污染方面的前期试验，一旦前期试验完成，它就可以减少处理污染的成本、减少对工人健康及安全的影响、减少对客户和公众的影响，其总成本往往比“控制污染”低。
1.4 、增加产品的环保功能，提高产品档次
一种产品要在其使用期内具有环保功能，就势必从设计开始就要能动而系统地采取减少废料、减少污染的有效措施或先进工艺，其结果不但产品本身增加了环保功能，而且其主要性能也往往上了更高的档次，使销售量扩大、收入增加。不仅如此，不污染环境的产品，不光生产时不会受到罚款，而且还对社会做出贡献，从而做到了经济效益、社会效益双丰收。
2、 绿色电子元器件生产技术
环境工程的发展带动了绿色化学[3]和绿色电子元器件生产技术的兴起。“绿色化学”就是在化学品的设计、制造及应用过程中，力求做到从源头起就贯穿采用一整套系统的、到目前为止最为理想的原理和方法，防止产生危害性物质，防止对环境的负面影响以及对生态的破坏，并尽量利用废料和废弃的产物。例如，在设计化学合成时，尽量采用和生产对人类健康和环境影响小、毒性小的物质，尽量不用辅助材料(溶剂、辅助试剂)，尽量少用能源，尽量避免不必要的衍生物，催化剂最好是化合物定比试剂，化学品的最终性能最好不影响环境，最好能不消耗原材料，并可对原材料进行再利用。
电子元器件工业的基础涉及到几乎国民经济的各个部门，尤其是化学、塑料、冶金、钢铁、机械、纺织和建筑工业。没有这些工业部门所提供的高、精、尖材料就生产不出好的元器件。没有这些工业部门的“绿色”，电子工业也“绿”不起来。
电子元器件生产过程中往往有清洗、金属化或浆料制作、引线(片)处理、蚀刻、机械/塑料加工、单晶片加工、装配及焊接、表面涂复(电镀/涂漆/包封/打印)等工序。这些工序中的清洗、蚀刻、焊接和表面涂复，无论其所用的原材料，还是它们的加工过程，似乎最容易引起对环境的污染。
2.1 、清洗[4]
厚膜网络、厚膜电路、驻极体、继电器、印刷电路板、液晶及彩管等元器件清洗时广泛使用F-113、TCA、氯氟烷烃等消耗大气臭氧层物质(ODS)作为清洗剂。为了执行限制生产使用消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书，我国政府规定了淘汰这些清洗剂的时限(表1)。
另外，在半导体元器件工业中所使用的湿式化学清洗剂，包括易使人患氟斑釉齿、氟骨症、心血管病、甚至致癌的HF等氟化物，其量高达整个工艺过程的30%。通过延长HF/水处理清洗浴的使用期、采用稀HF溶液或无水HF/酒精溶液，以减少HF和大量节约去离子水，从而达到减少污染的目的[5]。
2.2、 蚀刻[6]
由于铬基蚀刻剂对敷铜板上铜的溶解力小、蚀刻慢、不易再生，而且六价铬又易于致癌，所以美国从上世纪60年代末就开始致力于替代铬基蚀刻剂的工作。到90年代初终于找到了含氨的氯化铜蚀刻剂，并应用在印刷电路板工业中。这种蚀刻剂不仅克服了前有试剂的所有弱点，而且还可以再生、回收或重新在其它制造工序中得到应用，用量和处理费用明显减少，故而便宜。
半导体元器件工业中用HF做选择性蚀刻剂，用多氟化合物如CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6、CHF3对SiO2、氮化硅、钨及多晶硅做干性等离子体蚀刻及化学蒸汽淀积(CVD)室内清洗。多氟化合物是很强的红外吸收体，在大气中存活时间长，能引起全球温室效应(GWP)。对于这些物质的替代性评估和研究都正在进行，无水三氟醋酸酐和碘氟碳化物作为替代等离子蚀刻剂，很有前途[5]。
2.3、 焊接[7]
锡铅焊料中的铅易溶于含氧的水中，污染水资源，破坏生态环境。铅可以损害人的中枢神经，使人神经混乱、呆滞；可以引发高血压、贫血和生殖功能障碍等疾病；铅在人体内积累到一定浓度后甚至有致癌作用。
但是，要找到一种适用于再流焊(SMT用)、波峰焊(穿孔用，焊渣要少)和/或手工焊，焊接温度和性能又接近于铅锡焊料的双元共熔合金无铅焊料，有相当的难度。有人认为，Sn96.5Ag3.5、Sn99.3Cu0.7和导电性黏合剂可以作为现有焊料的替代品，只是Sn-Cu合金的熔融温度稍高些(227℃，比Sn-Pb的83℃稍高)，与之相焊接的引线镀层最好是Sn或Sn-Cu，而且要在惰性气体下进行焊接；而导电黏合剂热胀系数大，玻璃化温度较低，机械性能须24小时后才显现出来，其Ag或Ag-C导电粒子在湿热条件下存在着电磁问题[8]。尽管如此，虽然还没有找到全方位替代Sn63/Pb37的无铅焊料，但用不同的工艺去适应已研制成的不同的无铅焊料，也可以使之投入生产。例如，日本松下采用SnAg/Bi/In焊料再流焊和Sn/Cu焊料波峰焊，在210℃下生产Panasen影像接收卡时，其工艺性和产品质量、可靠性都与Sn63/Pb37的情况类似[6]。
最近，天鸿、JabilCircuit和Sanmina-SCI等EMS提供商联盟经过调查后认为，现在90%的印刷线路板(PCB)生产在245℃至250℃温度范围内都可采用无铅焊料。他们想推动整个业界采用260℃的温度标准，希望元器件制造商开发环保型无铅合金，并要求解决好新型无铅合金在装配过程中使封装元器件的外包装因热效应而破裂的“爆米花效应”问题。不管美国是否把无铅元器件提上议事日程，从遵守欧洲和日本去年通过的有关法律出发，他们起草了无铅元器件的全球性行业标准，向电子元器件制造商施加压力，敦促他们降低成本，尽快转向无铅化生产[9]。
2.4 、表面涂覆
电镀时由于要用到各种对环境有害的添加剂，往往对环境产生很坏的影响，即使在化学镀(无极镀)时也难以克服。美国EPA通过“环境设计(DfE)”对许多直接金属化的方法进行了评估，认为：碳、石墨、钯和导电聚合物都比化学镀铜的毒性小、成本低、表现好、环保性好(不仅不用甲醛和乙二胺四乙酸[EDTA]，而且用水量还小)。
至于涂漆和包封、打印过程中所使用的有机涂料、高分子包封料和塑料，其环境危害性也不能低估。至少应该认识到，其所排放的溶剂和废气可以使大气受到污染，有害于健康和环境。
今以美国印刷电路板为例，说明绿色电子元器件生产技术的发展状况[6]。
近年来为了实现印刷电路板的绿色生产，他们首先改进了有关工艺，以减少对环境的不利影响：
(1)替代铬基蚀刻剂：参见本文第“2”节，此处不再赘述。
(2)淘汰熔剂型干性感光胶膜显影和剥离所用的1，1，1-三氯乙烷(1990年前淘汰)和二氯甲烷，并在80年代初用重碳酸盐/氢氧化物或丁基卡必醇/溶纤剂作为它们的代用品。
(3)改进工艺控制：通过敏感器和改进控制设备，改进工艺控制，以便更好地控制加工溶液，延长加工溶液的使用期，并用“家政管理”手段和全面质量管理(TQM)方法降低设备的废品率，减少试剂的损失和废料的产生，及时回收可以处理的材料。
(4)减少Sn-Pb抗蚀剂的使用：在进行印刷电路板热风整平焊接前一般总要将Sn-Pb镀层剥掉，从而产生含铅的危害性废料。将焊接工艺转换为HASL的同时寻找剥离后对环境不产生危害的抗蚀剂，而Sn则是理所当然的替代品。它不致引起工人中毒，不被看成是危害性废物，而抗蚀性却与铅锡合金一样好。
(5)使用表面金属连接涂层替代晶：印刷电路板表面涂覆层必须具有三个特点：a.能有效地阻止铜的氧化；b.有易焊性；c.组装时不产生缺陷(疵点)。多年来，用再流焊把Sn-Pb焊料施加到所有裸露印刷电路板线条上的方法作印刷电路板的主要表面涂层。现今，HASL只把Sn-Pb焊料施加到中孔和焊点上，从而明显减少了工业用铅。但HASL仍有下列缺点：能生成废焊料浮渣，须加强管理，尽量加以回收利用；HASL的焊点表面呈半球型，不能满足新的、更复杂设计对扁平表面的要求；尚不能有效地覆盖在化学镀镍加浸金层(它易于与半导体引线相连接)之上；也难于用到小型化的元件接点上。
近年来，美国EPA等立项包括有机焊料保护剂、浸锡和银、化学镀镍配以浸金、浸钯、化学镀镍配以浸钯等[6]热风整平焊接(HASL)无铅焊料替代品的性能、经济性和环保性进行评估，以期使用无铅焊料。
(6)改进事后(管端)污染控制方法：将废水处理的沉淀法改为离子交换法和电解筛分法(electrowinnowing technology)也可以把铜、铅、镍分离出来，重新出售而产生经济效益，并使“清洗剂”渣泥符合危害性废物的要求。采用非螯合性添加剂还可以减少废水处理污染的产生，从而明显节约了成本。
(7)循环使用生产中的副产物：在蚀刻线路板时大约要刻去60%的铜，使之成为废物。印制板生产时所产生的废物有废水污泥、蚀刻剂、非标板、框架和焊料浮渣等，它们皆可回收利用，并产生经济效益和社会效益。例如回收铜后的社会效益是减少了制造厂对铜矿开发的需求和对地面水的掺杂。
(8)直接进行金属化：印制板中孔化学镀铜时要用到大量的水、甲醛、EDTA螯合剂，它不仅浪费水，造成甲醛污染，而且由于螯合剂要螯合含有金属的废水，使水处理复杂化。而用直接金属化的方法，包括施用碳、石墨、导电聚合物等代替镀铜，既可以减少有害物质、保护环境，还可以增加生产、减少用水和维护、降低循环时间，从而使成本下降。
(9)循环用水：印制板制造过程中淋洗电路板时要用到大量高质量的水，只有延长生产溶液的使用时间，采用循环水，通过限水器、导电及流量控制、反向冲淋罐以及喷淋系统等节水方法，才能使工厂不依赖于价格昂贵、质量不一定符合要求的公共用水。这一点对于缺水地区的工厂尤为重要。
(10)采用新技术进行中孔金属化：印刷电路板有单面板、双面板和多层板之分。后两者都存在中孔金属化时的环境污染问题。现在发展了两种不污染环境的制作1-3mil中孔的工艺：其一是用激光做中孔，而无须钻孔；其二是使用感光性介质材料。这两种工艺都能达到层间连接的目的，采用它们可以收到增加电路密度和减少材料消耗的双重功效。当然，通过设计，用数字输出的办法就能让激光直接制造电路，而不需要采用光学工具，也就减除了光学工具(如光学掩模)及其所产生的废料；而感光性介质却可在介质上直接印出通道和“渠道”来，各有千秋。
3、 “绿色”电子元器件的生产
“绿色”电子元器件的生产实际上是一个系统工程，其龙头在于“设计”，并要有元器件的绿色生产技术相辅佐。“绿色”电子元器件的生产只有在元器件产品的设计、生产、销售、回收、服务等一切方面贯彻环保理念后才能实现。“绿色”电子元器件生产原则是：绿色设计，并存性设计及可持续发展[10]。
“绿色设计”是建筑在对元器件环境要求评估的基础上、以贯彻ISO14000系列(兼以ISO9000)的标准精神为出发点、把产品寿命与环境联系在一起的设计。
ISO14000系列标准以生产产品的环境状况为主线，主要从组织评估和产品评估两个方面对组织的环境表现进行认证。自1996年9月1日到目前为止，包括10个国际标准的ISO14000系列，涉及环境管理体系的建立、环境审核原则/程序，环境标志和生命(产品使用)周期评估，都是围绕环境这一主题的。ISO14000环境体系和ISO9000质量体系标准兼容。ISO14000系列标准要求回避对改善环境无帮助的任何行政干预，可用于对国内外认证注册，有利于减少贸易壁垒。实施ISO14000系列标准后，有利于减轻来自政府和外界的压力，消除“绿色贸易壁垒”；有利于企业减少环境风险、节能降耗、优化成本；有利于提高企业管理水平，促进企业发展；有利于企业获取利润并提高其产品在市场上的竞争力[11]。
“绿色设计”的要点包括：
(1)详细了解原材料质量及其可能有的危害性，进行分类并造册存档，绝对杜绝使用世界上禁止使用的物质；原材料的毒性越小越好；
(2)原材料用量越少越好；辅助材料用得越少越好；进入产品并作为产品的组成部分越多越好；
(3)工艺过程越不产生污染越好；要有针对地进行工艺设计，使每一道工序都不产生或避免产生危害性物质，或考虑好危害性物质的处理方法和措施；
(4)产品的性能、质量越高越好；安全性、可靠性和使用寿命越高、越长越好；
(5)产品中可重复利用的越多越好；要尽可能把产品各功能部分做成积木式，便于拆卸、组装和回收(这一点对于整机厂尤为现实。早在上世纪中叶IBM、惠普和施乐 [Xerox]计算机及复印机产品生产时就已这样做了，他们并为此发展了分析系统、拟定了“产品数据交换标准(PDES)”)；
(6)产品性能对环境越有利越好；产品越能拆卸并重新组装越好；
(7)能源用得越少越好：尽量让每一道工序消耗的能量最低；
(8)尽量降低包括环境成本在内的产品生产成本。
并存性设计就是综合各项商业功能，包括产品性能及制造工艺，以增加设计过程的整体性设计。它会使生产的产品更好、更“绿”。
可持续发展指的是动态地协调经济活动与生态过程。显然，为“绿色”电子元器件的生产所做的设计把产品及材料管理、制造生产、质量、可靠性、生产使用时的安全性、环保性、可试验性、销售、可服务性、产品报废管理、产品的再生性(可拆卸、组装性)、合法性(能源消耗、电磁波发射之类的合法性)等的设计及管理程序收纳无遗。
目前，科学技术的水平还不可能在所有方面都保证做到电子元器件的“绿色”主产。但事在人为，只要不懈地做出努力，贯彻“绿色”电子元器件生产的原则，元器件生产的绿化指日可待。
4、 结束语
当今电子元器件的发展方向是：更轻、更密、更便宜。绿色电子元器件生产的方向是：更少的材料、废料和能量。两者的发展并驾齐驱、迅猛向前。只要在生产电子元器件时从原材料开始直到产品售后服务，对生产的每一步都采用、贯彻ISO14000及ISO9000系统管理方法；只要在生产中牢固树立绿色思想，搞好绿色设计，保证符合环保理念；只要尽可能多地发展和采用绿色电子元器件生产技术，包括采用生产和处理纯净水、清洗、蚀刻、焊接和表面涂复的各种新设备、新工艺、新技术，采用无铅焊料并力争100%地循环使用全部副产物，对进行循环拆卸组装的设计进行标准化并有效利用能源，尽可能让水的消耗降为0，把环境成本和基本活动成本计算工具融合在传统会计统计法之中，我们就可以生产出最先进的绿色电子元器件。期盼已久的蓝蓝的天空、清澈的河水、绿草如茵的大地、清新的空气和一片鸟语花香的景象必将重返我们的身边。让我们伸出双手，用我们辛勤的劳动去迎接美好的明天吧。
参考文献
[1] Bill T.Ray. Environmental Engineering. PWS. Boston, USA: Publishing Company 1995
[2] SamirB,Billatos,et al.Green Technology and Design for the Environment.Taylor&Francis,1997
[3] Paul T Anastas,et al.Green Chemistry：Theory and Practice，Oxford University Press，Inc.New York,1998
[4] 朱家淇.机电元件，2001.vol.21，no.1:pp31-39
[5] Rafael Reif,et al.Environmental,Safety,and Health Issues in Production，MRS Symposium
[6] Holly Evans，et al.Implementing Green Printed Wiring Board Manufacturing，Green Electroni Green Bottom Line，Newnes，USA，2000
[7] 朱家淇.中国电子报，2001.8.24.12
[8] William Trumble.No-Lead Solder Assembly，Green Electronics/Green Bottom Line，USA,2000
[9] 余恪雷.EMS提供商敦促元器件制造商转向无铅生产，国际电子商情,2002,8,1:14
[10] Pitipong Veerakamolmal，et al.Design for Disassembly,Reuse，and Reeycling Green Electroncs/Green Bottom Line.（Lee H.Goldberg,et al），Newnes,USA,2000
[11] 毛孝明、张德平.ISO14000体系发展动态及认证体系建立程序