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RoHS测试:无铅并非无麻烦

点击次数:513 发布时间:2018-05-29

  RoHS测试:无铅并非无麻烦
  随着中国、美国加利福尼亚州和其他二十一个州以及加拿大各省审议颁布类似的法规,这个问题是全球性的(见图1)。RoHS条例的出现已经引起了许多混乱,人们还没有搞清楚它究竟对这个产业提出了什么样的要求。本文详细介绍七个问题,这是人们在建立一个RoHS测试办法时应该知道的问题。
  不仅仅是铅的问题
  参观展览会或者在杂志上的文章中,可以看到,人人都说自己的电路板是无铅设计的。问题是焊点。传统的焊点是锡铅焊点。zui近几年,人们作了大量的工作,在保持电路性能和电路板使用寿命的情况下,用锡银铜(SAC)焊料取代了锡铅焊料。然而,设计师们在去除铅方面取得成功,却忽略了电路板设计中另一个同样重要的问题。电路板的大部分增强材料都含有溴化阻燃剂(PBB 和PBDE)。因此,即便电路板无铅,但因为含有PBB 和PBDE,可能仍然是不合格的。
  测试的是材料,不是电路
  印刷电路板设计师们熟悉使用电子测试方法检验电路的完整性。然而,RoHS测试全都是关于材料。结果是大多数电子元件制造商都没有配备能够检测材料、发现禁用物质的必要的设备。只有可靠的材料测试实验室才能做这种检测。如果电路测试通过了,但是不能通过材料测试,于是电路板不合格,对供应商没有什么用。
  X射线只能做表面检测
  台式和手持X射线荧光光谱仪 (XRF)设备的制造商到处宣传,他们的系统可以用非破坏性测试,能够担负起RoHS有害物质检测的重要角色,但是,它的主要作用只是作为一个筛检工具,鉴别有害物质是否明显高于RoHS法例的限制。XRF可以迅速鉴别一些地方是否存在特殊物质,但是,它不能提供物质含量的精确信息。
  在XRF系统给出数值的精确性很重要的情况下,我们必须谨慎。使用XRF系统时,测量误差常常达到±30%甚至高达±50%。这么大的误差,部分是由于穿透的深度、光束大小、光谱干扰、交叉干扰、缺乏可比的标准、均匀的表面面积不够大。需要作精确的测定时必须改变测试方法(图2)。表1列出了评估限制物质含量可以使用的几种测试方法。
  测试结果的含义是什么?
  RoHS条例限制使用下列有害物质:铅、镉、六价铬、汞、多溴联苯(PBD)和多溴二苯醚(PBDE)。各种各样的元件里都含有这些物质。例如,用铅来降低焊料熔点,提高可加工性。铅还可以用作缆线中乙烯基绝缘材料的热稳定剂,镉也有同样作用。六价铬通常用于防腐蚀的可复原镀覆。铬也常常用作颜料着色剂,而溴化物一般是用作电子器材复合阻燃剂。
  XRF这样的筛检技术不能评定是否真正符合RoHS条例。能够正确判断出铬和溴含量高于极限值,并不代表产品不符合RoHS条例。但是,我们应该了解这些物质的构成,并且,借助经验丰富的分析技术作出正确的评估。
  RoHS条例还包含了许多豁免,包括允许玻璃制品含铅、铜合金中可含有高达4%的铅,钢铁和十溴化物阻燃剂中可以含有高达0.35%的铅。了解这些豁免并确定和它们相关的材料,对于确定产品是否真正达到RoHS的要求,十分重要。这些问题了解不清楚,可能导致许多不必要的开支。
  提取的效率
  PBB和PBDE阻燃剂的精确定量,不仅仅要依靠正确的工具,还要仰仗测试时从组件中提取原料的效率。为了分析测试选择合适的溶剂,对于确保彻底去除所有PBB和PBDE至关重要。
  正确的程序和审核
  一个可靠的材料测试实验室,是正确分析电子元件的关键。在理想的情况下,要保证产品符合RoHS的要求,测试实验室zui好使用与进口国相同的程序。如有可能,还应定期进行审核,以确保所使用实验室仍然与通行惯例是一致的。
  在美国,各政府机构和企业领导人,都有意设计一种合理的RoHS测试方法,规定测试应该如何进行。这种方法将包括工厂内的工艺过程检查、材料认证和常规验证分析测试。为了保证产品符合RoHS的要求,测试实验室应该提供完整的测试结果 和确认书。这些都是将为产品遵守RoHS必须提供的证明文件。
  英国贸易与工业部(DTI)已经制定了产品遵守RoHS条例的建议。根据这个建议,生产商将自行证明他们的产品符合RoHS条例。但是,这份证明应该得到正确测试数据的支持,便于按审核的标准格式进行申报。DTI鼓励生产商进行定期分析,核对测试数据的正确性。为了保证产品的生产过程可追踪,厂商应该保留清楚、详细的记录。总之,应该采取一切合适的步骤,确保产品符合RoHS的要求,并能够说明这些步骤。
  要保证产品符合RoHS规定和降低产品成本,明确要求有一个的材料申报标准。为了统一标准,DTI建议使用IPC-1752,该标准推荐下列级别的申报:
  l1类——RoHS报告要说明材料“是/否”均质;
  l2类——RoHS报告要说明材料“是/否”均质,加上制造信息;
  l3类——RoHS报告要说明材料“是/否”均质,报告元件达到联合工业指南(JIG)的A和B级,以及组件中含有用户规定的其他物质;
  4类——与3类相同,加上制造信息;
  l5类——RoHS报告要说明材料“是/否”均质,按联合工业指南(JIG)说明均质材料达到A和B级,以及用户规定的其他物质的均质级别;
  l6类——与5类相同,加上制造信息。
  IPC-1752提出了一个有标准数据输入表格的电子数据报告格式。该标准也建议使用XML图表,以便自动提取和转换数据。美国已经发布了TC 111,以及下列材料申报标准的建议等级:
  lIEC 3/750/DPAS(草案)——规定材料申报的高级要求。
  lJIG具体规定必须报告什么,例如,为值得报告的物质建立标准,以及为值得报告的物质和极限值列出清单。
  lIPC-1751/1752 (草案)。
  许多其它制定标准的组织,正在努力使材料含量数据报告标准化,其中包括络世达网(Rosetta Net)、2A10 和2A13 PIP、国际电子制造业协会(iNEMI)的材料申报项目和材料成分数据交换项目、意大利VEI、美国全国电子代理商协会(NEDA)和日本电子信息技术产业协会(JEITA)。
  像牛奶一样均匀
  RoHS条例规定了每一种匀质材料中限制物质的zui大含量。RoHS条例以及相关的报废电子电气回收条例WEEE,甚至是通常称做蓝皮书的“按新方法及全局性方法执行RoHS和WEEE条例的指导纲要”,都没有对均质这个术语下定义。这个术语,首次出现是在2003年十二月的一个委员会文件里,该文件说“均质材料是指不能机械地拆分成几个单质的材料。” 一块均质材料可以理解为,全部是单一成分的材料(图3)。图3是一个包括了独特类型的塑料、陶瓷、玻璃、金属、合金、纸板、树脂和涂层的例子。‘机械拆分’这个术语指,材料原则上能够通过拧、切割、压、碾或者磨进行机械分离。
  一些测试机构没有理解这个规定的含义,而误以为电路板和组件是均质的。换句话说,他们把电路板和组件当作了均质材料,而不是当作一个可以进行机械分离的组件。这种做法对可能稀释了RoHS限制材料的数量,它使报告的有害物质含量数据低于实际水平,可能被进口国检测为不合格产品。
  结论
  RoHS法例要求对组件的每个组成部分,包括涂层、电镀、焊料和绝缘材料,都要分别进行测试。把组件分离成单个组成部分并逐一测试,这可能是一个单调乏味而且耗费时间的工作。但是,它能够保证产品顺利出口,所以是值得的。

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