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RoHS測試▩•↟:無鉛並非無麻煩

釋出時間▩•↟:2019-06-26   點選次數▩•↟:1095次

歐盟RoHS條例早已生效◕✘·▩₪,電子產業爭相達到這項法例的要求↟◕·。隨著中國▩•▩✘•、美國加利福尼亞州和其他二十一個州以及加拿大各省審議頒佈類似的法規◕✘·▩₪,這個問題是性的(見圖1)↟◕·。RoHS條例的出現已經引起了許多混亂◕✘·▩₪,人們還沒有搞清楚它究竟對這個產業提出了什麼樣的要求↟◕·。本文詳細介紹七個問題◕✘·▩₪,這是人們在建立一個RoHS測試辦法時應該知道的問題↟◕·。

不僅僅是鉛的問題
參觀展覽會或者在雜誌上的文章中◕✘·▩₪,可以看到◕✘·▩₪,人人都說自己的電路板是無鉛設計的↟◕·。問題是焊點↟◕·。傳統的焊點是錫鉛焊點↟◕·。近幾年◕✘·▩₪,人們作了大量的工作◕✘·▩₪,在保持電路效能和電路板使用壽命的情況下◕✘·▩₪,用錫銀銅(SAC)焊料取代了錫鉛焊料↟◕·。然而◕✘·▩₪,設計師們在去除鉛方面取得成功◕✘·▩₪,卻忽略了電路板設計中另一個同樣重要的問題↟◕·。電路板的大部分增強材料都含有溴化阻燃劑(PBB 和PBDE)↟◕·。因此◕✘·▩₪,即便電路板無鉛◕✘·▩₪,但因為含有PBB 和PBDE◕✘·▩₪,可能仍然是不合格的↟◕·。
測試的是材料◕✘·▩₪,不是電路
印刷電路板設計師們熟悉使用電子測試方法檢驗電路的完整性↟◕·。然而◕✘·▩₪,RoHS測試全都是關於材料↟◕·。結果是大多數電子元件製造商都沒有配備能夠檢測材料▩•▩✘•、發現禁用物質的必要的裝置↟◕·。只有可靠的材料測試實驗室才能做這種檢測↟◕·。如果電路測試通過了◕✘·▩₪,但是不能透過材料測試◕✘·▩₪,於是電路板不合格◕✘·▩₪,對供應商沒有什麼用↟◕·。

X射線只能做表面檢測
臺式和手持X射線熒光光譜儀 (XRF)裝置的製造商到處宣傳◕✘·▩₪,他們的系統可以用非破壞性測試◕✘·▩₪,來觳獬魷抻夢鎦省K淙籜RF能夠擔負起RoHS有害物質檢測的重要角色◕✘·▩₪,但是◕✘·▩₪,它的主要作用只是作為一個篩檢工具◕✘·▩₪,鑑別有害物質是否明顯高於RoHS法例的限制↟◕·。XRF可以迅速鑑別一些地方是否存在特殊物質◕✘·▩₪,但是◕✘·▩₪,它不能提供物質含量的資訊↟◕·。
在XRF系統給出數值的性很重要的情況下◕✘·▩₪,我們必須謹慎↟◕·。使用XRF系統時◕✘·▩₪,測量誤差常常達到±30%甚至高達±50%↟◕·。這麼大的誤差◕✘·▩₪,部分是由於穿透的深度▩•▩✘•、光束大小▩•▩✘•、光譜干擾▩•▩✘•、交叉干擾▩•▩✘•、缺乏可比的標準▩•▩✘•、均勻的表面面積不夠大↟◕·。需要作的測定時必須改變測試方法(圖2)↟◕·。表1列出了評估限制物質含量可以使用的幾種測試方法↟◕·。
測試結果的含義是什麼•╃▩?
RoHS條例限制使用下列有害物質▩•↟:鉛▩•▩✘•、鎘▩•▩✘•、六價鉻▩•▩✘•、汞▩•▩✘•、多溴聯苯(PBD)和多溴二苯醚(PBDE)↟◕·。各種各樣的元件裡都含有這些物質↟◕·。例如◕✘·▩₪,用鉛來降低焊料熔點◕✘·▩₪,提高可加工性↟◕·。鉛還可以用作纜線中乙烯基絕緣材料的熱穩定劑◕✘·▩₪,鎘也有同樣作用↟◕·。六價鉻通常用於防腐蝕的可復原鍍覆↟◕·。鉻也常常用作顏料著色劑◕✘·▩₪,而溴化物一般是用作電子器材複合阻燃劑↟◕·。
XRF這樣的篩檢技術不能評定是否真正符合RoHS條例↟◕·。能夠正確判斷出鉻和溴含量高於極限值◕✘·▩₪,並不代表產品不符合RoHS條例↟◕·。但是◕✘·▩₪,我們應該瞭解這些物質的構成◕✘·▩₪,並且◕✘·▩₪,藉助經驗豐富的分析技術作出正確的評估↟◕·。
RoHS條例還包含了許多豁免◕✘·▩₪,包括允許玻璃製品含鉛▩•▩✘•、銅合金中可含有高達4%的鉛◕✘·▩₪,鋼鐵和十溴化物阻燃劑中可以含有高達0.35%的鉛↟◕·。瞭解這些豁免並確定和它們相關的材料◕✘·▩₪,對於確定產品是否真正達到RoHS的要求◕✘·▩₪,十分重要↟◕·。這些問題了解不清楚◕✘·▩₪,可能導致許多不必要的開支↟◕·。

提取的效率
PBB和PBDE阻燃劑的定量◕✘·▩₪,不僅僅要依靠正確的工具◕✘·▩₪,還要仰仗測試時從元件中提取原料的效率↟◕·。為了分析測試選擇合適的溶劑◕✘·▩₪,對於確保*去除所有PBB和PBDE至關重要↟◕·。

正確的程式和稽核
一個可靠的材料測試實驗室◕✘·▩₪,是正確分析電子元件的關鍵↟◕·。在理想的情況下◕✘·▩₪,要保證產品符合RoHS的要求◕✘·▩₪,測試實驗室使用與進口國相同的程式↟◕·。如有可能◕✘·▩₪,還應定期進行稽核◕✘·▩₪,以確保所使用實驗室仍然與通行慣例是一致的↟◕·。
在美國◕✘·▩₪,各政府機構◕✘·▩₪,都有意設計一種合理的RoHS測試方法◕✘·▩₪,規定測試應該如何進行↟◕·。這種方法將包括工廠內的工藝過程檢查▩•▩✘•、材料認證和常規驗證分析測試↟◕·。為了保證產品符合RoHS的要求◕✘·▩₪,測試實驗室應該提供完整的測試結果 和確認書↟◕·。這些都是將為產品遵守RoHS必須提供的證明檔案↟◕·。
英國貿易與工業部(DTI)已經制定了產品遵守RoHS條例的建議↟◕·。根據這個建議◕✘·▩₪,生產商將自行證明他們的產品符合RoHS條例↟◕·。但是◕✘·▩₪,這份證明應該得到正確測試資料的支援◕✘·▩₪,便於按稽核的標準格式進行申報↟◕·。DTI鼓勵生產商進行定期分析◕✘·▩₪,核對測試資料的正確性↟◕·。為了保證產品的生產過程可追蹤◕✘·▩₪,廠商應該保留清楚▩•▩✘•、詳細的記錄↟◕·。總之◕✘·▩₪,應該採取一切合適的步驟◕✘·▩₪,確保產品符合RoHS的要求◕✘·▩₪,並能夠說明這些步驟↟◕·。
要保證產品符合RoHS規定和降低產品成本◕✘·▩₪,明確要求有一個的材料申報標準↟◕·。為了統一標準◕✘·▩₪,DTI建議使用IPC-1752◕✘·▩₪,該標準推薦下列級別的申報▩•↟:
1類——RoHS報告要說明材料“是/否”均質;
2類——RoHS報告要說明材料“是/否”均質◕✘·▩₪,加上製造資訊;
3類——RoHS報告要說明材料“是/否”均質◕✘·▩₪,報告元件達到聯合工業指南(JIG)的A和B級◕✘·▩₪,以及元件中含有使用者規定的其他物質;
4類——與3類相同◕✘·▩₪,加上製造資訊;
5類——RoHS報告要說明材料“是/否”均質◕✘·▩₪,按聯合工業指南(JIG)說明均質材料達到A和B級◕✘·▩₪,以及使用者規定的其他物質的均質級別;
6類——與5類相同◕✘·▩₪,加上製造資訊↟◕·。
IPC-1752提出了一個有標準資料輸入表格的電子資料報告格式↟◕·。該標準也建議使用XML圖表◕✘·▩₪,以便自動提取和轉換資料↟◕·。美國已經發布了TC 111◕✘·▩₪,以及下列材料申報標準的建議等級▩•↟:
IEC 3/750/DPAS(草案)——規定材料申報的要求↟◕·。
JIG具體規定必須報告什麼◕✘·▩₪,例如◕✘·▩₪,為值得報告的物質建立標準◕✘·▩₪,以及為值得報告的物質和極限值列出清單↟◕·。
IPC-1751/1752 (草案)↟◕·。
許多其它制定標準的組織◕✘·▩₪,正在努力使材料含量資料報告標準化◕✘·▩₪,其中包括絡世達網(Rosetta Net)▩•▩✘•、2A10 和2A13 PIP▩•▩✘•、電子製造業協會(iNEMI)的材料申報專案和材料成分資料交換專案▩•▩✘•、義大利VEI▩•▩✘•、美國全國電子代理商協會(NEDA)和日本電子資訊科技產業協會(JEITA)↟◕·。

像牛奶一樣均勻
RoHS條例規定了每一種勻質材料中限制物質的大含量↟◕·。RoHS條例以及相關的報廢電子電氣回收條例WEEE◕✘·▩₪,甚至是通常稱做藍皮書的“按新方法及全域性性方法執行RoHS和WEEE條例的指導綱要”◕✘·▩₪,都沒有對均質這個術語下定義↟◕·。這個術語◕✘·▩₪,出現是在2003年十二月的一個委員會檔案裡◕✘·▩₪,該檔案說“均質材料是指不能機械地拆分成幾個單質的材料↟◕·。” 一塊均質材料可以理解為◕✘·▩₪,全部是單一成分的材料(圖3)↟◕·。圖3是一個包括了*型別的塑膠▩•▩✘•、陶瓷▩•▩✘•、玻璃▩•▩✘•、金屬▩•▩✘•、合金▩•▩✘•、紙板▩•▩✘•、樹脂和塗層的例子↟◕·。‘機械拆分’這個術語指◕✘·▩₪,材料原則上能夠透過擰▩•▩✘•、切割▩•▩✘•、壓▩•▩✘•、碾或者磨進行機械分離↟◕·。
一些測試機構沒有理解這個規定的含義◕✘·▩₪,而誤以為電路板和元件是均質的↟◕·。換句話說◕✘·▩₪,他們把電路板和元件當作了均質材料◕✘·▩₪,而不是當作一個可以進行機械分離的元件↟◕·。這種做法對可能稀釋了RoHS限制材料的數量◕✘·▩₪,它使報告的有害物質含量資料低於實際水平◕✘·▩₪,可能被進口國檢測為不合格產品↟◕·。

結論
RoHS法例要求對元件的每個組成部分◕✘·▩₪,包括塗層▩•▩✘•、電鍍▩•▩✘•、焊料和絕緣材料◕✘·▩₪,都要分別進行測試↟◕·。把元件分離成單個組成部分並逐一測試◕✘·▩₪,這可能是一個單調乏味而且耗費時間的工作↟◕·。但是◕✘·▩₪,它能夠保證產品順利出口◕✘·▩₪,所以是值得的↟◕·。

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