经济VS.环保：电子产品清洗在亚洲

作者：Mike Jones

欢迎访问e展厅 展厅 3 电子工业设备展厅 电路板生产设备, 分板机, 贴片机, 波峰焊, 回流焊, ... 在选择新型清洗工艺时，可怜的产品工程师往往陷入很窘迫的境地。工程师们都希望能在使用更少的设备、水、电力和资金的情况下清洗更多的电路板，而这是个很难实现的愿望，原因有二：首先，电子产品小型化和电路板组装的密集化使得清洗很困难；与此同时，全球的制造商还不得不面临更环保的要求。本文将探讨同电路板清洗相关的环境问题，同时为工程师们推荐一款可以做出更明智清洗选择的分析工具。 空气、水及土壤污染问题 据世界银行资料显示 ，全球污染最严重的城市至少有16个在中国。1时代杂志更是将中国临汾列入全球污染最严重城市前三甲。2不过，中国远非亚洲环境问题最严重的唯一国家： 在菲律宾，每年有近5000人因空气污染而引发的呼吸系统和心血管疾病而早逝。3 在雅加达，每年有超过3亿立方米的水被从地下抽出，是自然补充量的三倍。除非采取行动从现在开始就节约用水，印尼将在三到五年内面临“严重的（水资源）紧缺”。4 在越南，只有4.26%的工业污水和废水经过处理后再排到环境中。5 提高能源使用效率应该是全球各地的共同目标。但向大气排放一吨二氧化碳，瑞士可以创造9293美元的产出，而泰国仅能产出760美元，印度则只有579美元。 这些都是不可持续的，所有企业将迟早被要求减少污染，变得更高效节能。具体到电路板清洗领域，新的趋势要求清洗工艺更有效、更具一致性、功能更多、更安全、更快捷、更具可持续性也要求更经济。 全球很多像MicroCare一样的公司致力于提供创新性的、价格合理也更有效的电路板清洗系统，以最大限度的减少污染和降低成本。不过，清洗系统的功能和成本差异非常显著。仅比较水基清洗和溶剂清洗两种方式，水基清洗相对较慢但价格低廉，气相清洗比较快速但需要较贵的溶剂。工艺工程师如何能公平和科学的比较这些不同的技术呢？ 答案是使用一个可以平衡各选项收益和成本的流程。在MicroCare，将其称为“清洗计分板”。 清洗计分板 当人们谈论足球、篮球或者其他球类运动时，最后的比分代表了比赛的所有结果。对于电子清洗工艺也同样如此。工程师们可以建立清洗计分机制以比较所有不同的清洗技术——水洗、半水洗、碳氢清洗剂清洗或气相清洗，使得不同的系统之间可以进行有意义的比较。最佳的清洗计分则表明最低的“每个部件清洗总成本”（CPPC）。 CPPC是一项分值，数额从几分钱人民币到几百元不等。这一分值将所有的直接清洗成本、环境成本、人工成本和废弃物处理成本归结为一个简单的问题：清洗单位部件需要耗费多少成本。采用CPPC这一工具，精明的工程师可以对所有不同的清洗技术进行公平的比较。 在此，要提到本报告最重要的提示：停止片面关注价格。真正重要的不是每升（溶剂）多少钱，而是每个部件的平均清洗成本。6这是利润产生或丢失的关键所在。 计分前准备 当购买一个新的棒球棒、网球拍或者高尔夫球杆时，人们会选择适合自身体力、体形和习惯的那具。同样，清洗设备也具有不同的尺寸和性能，选择一款适合公司清洗需求的清洗系统也就成为最重要的环节。这个过程需要四步： 规模——第一个参数是清洗规模。清洗系统规模太小，容易导致产品积压，规模太大则会有设备闲置，导致投资浪费。清洗系统合适与否取决于产能，这可以用每小时清洗板数来衡量。 举个例子：一台水基清洗设备可以在四十分钟内清洗二十块，即每块电路板平均用时两分钟，每小时可清洗三十块电路板。一台气相清洗设备同时只能对五块电路板进行清洗，但是清洗时间只需五分钟，即总产能为每小时六十块电路板。 产能对操作成本有着显著影响，特别是在清洗系统达到其产能上限时。举例来说，一台小型的先进气相清洗设备溶剂损失不超过每小时20克，而在待机模式下，溶剂损失将降到每小时4克。为了准确评估整体清洗成本，工程师们需要详细确定系统每天工作多少小时，闲置多少小时。 很多因素会影响到产能。例如，系统长时间运转导致过热时需要暂时停机，复杂的导入和导出过程也会增加循环时间。烘干过程往往也会导致循环时间延长。水基清洗设备在清洗大的简单的电路板时速度比较快，而气相系统在清洗细间距或更多间距的器件时会更快。 性能——工程师应明确所需的电路板洁净级别，确保每个备选的系统都能满足其要求。简单的视觉检查通常可以在很多情况下满足需求，而表明绝缘测试（SIT）在更为苛刻的应用时则至关重要。不管标准如何，在测试阶段开始前必须明确定义好这些。 便捷性——工程师们必须考虑到清洗流程在何处进行。例如，桌面式的清洗设备清洗速度慢、体积比较小、价格也比较便宜，因此其可以方便的设置到工厂的每个角落。集中式大批量清洗设备则体积更大、清洗容量更高、效率更高也更为昂贵，但是技术员将不得不花费时间将电路板转移到集中式清洗设备那去。总之，在确定使用方便性参数这方面是比较复杂的。 检测与验证——最后，对系统的真实运转测试是非常有必要的。准备一批具有典型污染的电路板。使用每个清洗系统对产品进行清洗。多次检查以确保清洗流程没有破坏元器件或在难以清洗区域仍有污染残留。每个设备供应商应该都可以提供一份报告，对清洗流程中的工艺、结果、溶剂、温度及时间等参数做出说明。通过此步骤可以排除所有不能成功实现清洗效果的设备。 在工程师寻找合适清洗设备过程中，以上四点标准可以将适合公司需求的清洗设备列表变得更短。现在，将开始困难的部分，即确定哪款系统清洗的总成本最低。 三种成本 一旦产能需求确定，工程师必须研究每款系统的直接运行成本、间接运行成本和固定成本。直接运行成本包括设备运行中耗材和人力成本。值得注意的是，在设备停止运行时，不会产生直接运行成本，因此直接运行成本与产能成正比。间接成本是即使设备不进行清洗工作仍将产生的成本，包括租赁和培训费用。固定成本则通常为一次性安装设备的资本投入。下面来对每项成本做具体分析： 直接运行成本 电力成本对大多数清洗系统而言都是项大的支出。通常情况下，因为要对水进行加热、泵吸或排除、喷洒及烘干，水基清洗设备的总电力成本将是气相清洗设备的五到十倍。废水处理系统也是耗能大户。 水可以便宜地获取，但是对其净化却比较昂贵。溶剂和皂化剂则是昂贵的且存在清洗中的损耗（这部分损耗是指当电路板从清洗系统取出时残留在板上或器件周围的浪费部分）。供应商应该能在对提供样件进行实际清洗的过程中对溶剂的消耗量做出评估。 大型设备有比较大的维护方面问题，大型的水基清洗设备往往最复杂。过滤器需要检查和更换，鼓风机、马达和传送带需要维护，复杂的水处理和循环系统需要即时监控，碱性添加剂提高了很多系统的清洗功能但这些外部添加剂也造成额外的设备维护问题。所有这些都必须包括到系统的直接操作成本中。 人力成本也应仔细列出。尽管非常简单，电路板装入和移出清洗系统仍耗费了大部分人力。技术人员进行的辅助检查，如人工喷涂、重新清洗或手动烘干设备外的产品等也会耗费时间。当然，现在的情况下，人工干预应该是比较少的，如果不是这样，那就是系统出现某些问题。在度量单位时间劳动成本方面，很多公司对实际设备操作用人员采用“满负荷劳动生产率”这一指标。 间接成本 间接人力成本往往难以估量，这方面可能包括：a）、督导工程师的劳动时间；b）、培训的成本；c）、维护的时间成本；d）、任何化学品安全培训成本。如果人员流动性是个问题，还需要对季度培训增加额外的资金。 间接人力成本中还有一个常常被忽视的因素：管理水基清洗系统的复杂性要求长时间的培训和训练有素的技术专家。他们要花费时间用于管理水净化系统、PH值以及系统中水的各种添加剂，以及由此产生的废水处理系统。正确运行水基系统的工程保证使得其运行成本远远超过气相清洗系统。 另一个间接成本是占地使用成本，有时这也在总成本中占很大比重。水基或半水基清洗系统需要比溶剂清洗系统更多的地面空间，同时水处理系统所占用的空间往往同清洗设备本身一样大7。此外，水基清洗系统清洗速度更慢，由此需要更大的空间用于存储、工作流程、供应、传送系统和运送通道。 例如，笔者曾经看过一款水基清洗设备，自身占用工厂20平米的面积。但是实际操作中，包括配套系统，该设备占用面积达到140平米，是设备自身占地面积的7倍。比较气相清洗系统，同等产能情况下占地面积会更小，合理的综合占地面积是设备本身的4倍。 估计占地成本应包括空间本身成本，加上冷暖气供应、照明以及一些公用设施成本，如洗手间等。在中国，工厂租金大约为25元/平米月，上述的大型水基清洗设备的成本约为每月3500元，8如果该系统每月可以处理100000件产品，分摊到每件产品的此部分费用则为0.35元。 固定购买和安装成本 最后要包括的成本是安装和购买成本。 前期资本成本包括设备和子系统的价格、运输、现场准备和安装成本。新装清洗系统需要建筑装修、加强通风系统、电气系统升级及水处理等各种子系统的支持。在此要提醒的是，在进行成本分析时要将所有的子系统包括在内。 精明的工程师还会考虑到对可选功能进行额外投资，这可以加快清洗速度或降低运行成本，提高初期的资本投入以降低实际运行成本。举例来说，水基清洗系统有些省钱的选项，如气刀和额外的烘干室，这些可以加快清洗速度，但会增加电力成本。 决策者应汇总所有与投资相关的资金成本。使用电子表格中的PMT金融功能计算出设备的平均每月成本，而这可以很容易的换算成平均单位产品清洗成本。 一旦确定设备的购买和安装总成本，除以清洗系统预计寿命期可以清洗的产品总数量。例如，如果一款价格为1500000元的清洗系统预计使用寿命为12年，每月可以清洗10000块电路板，即清洗每块电路板成本为1500000/1440000，约为1元。 优胜评分 正如我们所言，在选择一款新的清洗系统时需要列出很多因素。我们有详细列出这些因素的电子表格以供下载作为工程师们制定评估计划的模板。9一般而言，可以使用下面的“清洗计分板”为公司选出最佳的清洗技术和设备。 a．确定当前以及将来产品的可能清洗要求，并将所需的产能平均到单位时间。 b．比较不同的清洗技术。向设备制造商提供样板以确保其清洗系统可以满足公司的清洗要求。 c．从余下的备选系统中采集每项重要的比较数据。确保包括前期资本投入成本，直接和间接运行成本（督导和工程师的人力成本、能源、水、溶剂、其他人力和维护成本）。 d．综合各项成本后，除以系统的预计产量得到平均单位产品的清洗成本。 e．将所有数据归纳为一个性能指标，平均单位产品的总清洗成本（CPPC）。 f．选择平均单位产品总清洗成本最低的清洗系统。 Using standard statistical tools, engineers can model all the operating costs for systems of different types and sizes. If this process is completed accurately, thoroughly and impartially, the savvy engineer can be confident that the selected system will become a valued part of the production process for years to come. 使用标准化的统计工具，工程师们可以为不同类型和生产规模清洗系统的运行成本建立模型。使用这一方法，同时在具体运作中准确、彻底和公正的完成各个步骤，工程师们可以对选择的系统能在未来数年里为制造过程创造价值抱有信心。 清洗成本列表 运行成本 人力：操作员，每小时成本（全负荷劳动生产率） 电力 水或溶剂或皂化剂 耗材（过滤器等） 水处理系统成本 废水处理 间接运行成本 人力：系统维护，每小时成本 每平米占地成本 操作员培训 督导人力成本 照明、通风及其他配套成本 一次性资本投入 购买清洗系统成本 系统运输、责任险、消费税及其他保险费用 场地工程及建筑装修费用 工作台搭建费用 电气系统改造 水/铅改造 通风系统改造 清洗系统安装和调试 资金成本 关于作者： Mike Jones担任清洗领域的全球领先企业MicroCare公司副总裁已超过20年。MicroCare产品包括水基清洗设备，众多溶剂、碳氢化合物及烯类清洗剂，此外还推出了创新性的台式工具以帮助降低清洗成本。 体育计分板 在体育运动中存在各种不同的计分板，共同特点是都总结了球员们的表现，并指出谁是某日表现最好的。工程师们也需要计分板帮助比较不同类型的清洗系统。在电子装配中主要有四种类型的清洗系统：水基清洗、半水基清洗、碳氢溶剂清洗和气象清洗。这些在清洗规模、性能、运行成本、人力成本等各方面都有很大的不同。通过使用“清洗计分板”，可以帮助工程师们理顺这些复杂之处，像比较苹果和苹果的差异一样来比较这些差异非常大设备。 零部件篮 每个清洗计分板都需要进行调整以适应所处理的任务。例如，清洗大型仅是简单形状的金属器件是一个比较简单的应用，可以使用水基或碳氢溶剂清洗就能很好的完成。相反，对于更小形状更复杂的产品，气相清洗更具优势。 气相清洗实验室 印刷电路板为各清洗系统带来更大的挑战。一般而言，板面积更小，走线更密集，此外板上还有各种不同类型的污染，包括助焊剂、胶水、油墨、环氧树脂、指纹油脂和覆形涂层残留等。通常清洗标准要求更高，也使得分析更为困难。 最小的气相清洗系统 清洗系统有着规模、功能和价格分布范围很广，但在同样产能情况下，气相清洗系统往往比水基清洗系统更小。此图描绘了一个最小的气相清洗系统，可应用于实验室原型生产、研发或预生产。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/14/2014)