《電子技術(shù)應(yīng)用》
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歐盟RoHS指令實(shí)施一年多來(lái)對(duì)電子設(shè)計(jì)的最新影響和思考

2007-12-21
作者:Gary Nevison

本文作者Gary Nevison先生是派睿電子" title="派睿電子">派睿電子RoHS工作組資深顧問(wèn)。他不僅關(guān)注歐盟RoHS,對(duì)中國(guó)的RoHS及全球其他地區(qū)有關(guān)RoHS法規(guī)都保持密切關(guān)注和深入研究。在歐洲,Nevision先生及他的團(tuán)隊(duì)已成功地指導(dǎo)了歐洲成千上萬(wàn)名電子設(shè)計(jì)工程師" title="設(shè)計(jì)工程師">設(shè)計(jì)工程師的研發(fā)產(chǎn)品順利通過(guò)了歐盟RoHS指令。在中國(guó),派睿電子(Premier Electronics)從新業(yè)務(wù)發(fā)布之初,就以倡導(dǎo)“綠色設(shè)計(jì)”為己任,率先在上海庫(kù)存20,000種全部符合中國(guó) RoHS的電子元器件,并提供最快翌日到貨的高品質(zhì)服務(wù)。隨著派睿電子在中國(guó)業(yè)務(wù)的不斷成長(zhǎng),Nevison先生非常高興能與中國(guó)的廣大電子工程師進(jìn)行更深入的交流,為大家?guī)?lái)關(guān)于歐盟RoHS 指令的最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)也為派睿電子的環(huán)保理念在中國(guó)得以推廣給予更多法規(guī)和技術(shù)上的幫助。?

歐盟 – RoHS 指令?

限制使用某些危險(xiǎn)物質(zhì)的指令(歐盟RoHS 指令2002/95/EC),已于2006年7月1日起生效。這對(duì)涉及歐盟RoHS范圍內(nèi)的歐盟WEEE指令中8類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)產(chǎn)生了影響。目前,歐盟RoHS正在接受審核,其范圍可能會(huì)擴(kuò)大,以涵蓋醫(yī)療設(shè)備以及監(jiān)控和控制器具。這一指令的更改已經(jīng)影響了超出其范圍的電子行業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域,汽車、甚至航空領(lǐng)域都出現(xiàn)了消除歐盟RoHS物質(zhì)的趨勢(shì)。?

歐盟RoHS最重大的影響是限制焊料內(nèi)含有鉛。這已經(jīng)導(dǎo)致電氣設(shè)備設(shè)計(jì)的變化,主要是因?yàn)闆](méi)有錫鉛焊料的無(wú)鉛" title="無(wú)鉛">無(wú)鉛式“混入”替代品。無(wú)鉛焊料的使用本身不要求更改設(shè)計(jì),但歐盟RoHS要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改,原因有多種,例如:?

  • 許多元器件已經(jīng)廢棄,尤其是年限較長(zhǎng)的微處理器和存儲(chǔ)芯片。?
  • 使用無(wú)鉛焊料要求更高的回流溫度,可能損害許多種類的元器件,尤其是較大的電解電容器和一些連接器。如果元器件所規(guī)定的最高回流溫度低于使用的溫度,則需要一種替代方案。有時(shí),可能要使用通孔元件或手工焊接方法,以最大" title="最大">最大限度降低熱損傷,但有時(shí)完全重新設(shè)計(jì)也在所難免。?
  • 更高溫度導(dǎo)致對(duì)元器件和絕緣板的損害,最好能盡量降低這一損害。板布局可以提供幫助,并避免同時(shí)焊接極大的元器件和小的熱敏感元器件。更高Tg絕緣板可幫助避免在更高焊接溫度時(shí)的變形和脫層問(wèn)題。?
  • 無(wú)鉛可焊鍍層一般是純錫,但也可使用錫鉍和錫銅。所有這些材料都容易受到可能導(dǎo)致短路的錫須所帶來(lái)的影響。盡管錫須引起的故障很少出現(xiàn),但依然有許多已經(jīng)公布的方法用來(lái)最大限度降低這一風(fēng)險(xiǎn),其中一個(gè)最廣泛采用的策略由iNEMI提出。設(shè)計(jì)可幫助實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化;例如,如果不是不可避免的話,盡量不要使用定制的鍍錫器件,同時(shí)也應(yīng)避免細(xì)密器件端接。?
  • 由于缺乏實(shí)驗(yàn)證明的數(shù)據(jù),無(wú)鉛焊接電子器件的長(zhǎng)期可靠性無(wú)法確定――因?yàn)闊o(wú)鉛焊料太新了。有研究指出,當(dāng)焊點(diǎn)" title="焊點(diǎn)">焊點(diǎn)遇到較高張力時(shí),無(wú)鉛焊料比錫鉛焊料更容易受到熱疲勞(一般是因?yàn)橹芷跍囟茸兓穑┑挠绊?。在低張力的情況下,無(wú)鉛焊料似乎表現(xiàn)更優(yōu)秀。設(shè)備的設(shè)計(jì)可最大限度降低焊點(diǎn)的張力,例如,通過(guò)避免使用大型芯片元件、無(wú)鉛陶瓷器件和帶有合金42鉛框的J引腳IC。帶有靈活“鷗翼型”端接的器件和小型芯片電阻器等可以帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)較低。?

歐盟RoHS也對(duì)其它材料產(chǎn)生著影響。EMC性能要求面板之間有良好的傳導(dǎo)性,這通過(guò)傳統(tǒng)上基于六價(jià)鉻的鈍化涂層而實(shí)現(xiàn)。這些已經(jīng)不再使用,但對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,還是有替代品的。然而,這些可能不足以滿足在更苛刻環(huán)境中使用的設(shè)備的要求,因此,可能需要能夠保證EMC性能的替代設(shè)計(jì)。?

設(shè)計(jì)工程師不能僅考慮計(jì)劃使用的器件的技術(shù)性能,而且還需要保證這些器件符合歐盟RoHS等規(guī)范,并能夠承受回流溫度。歐盟RoHS物質(zhì)可能用在意想不到的地方。黃牌立頓紅茶可能含有作為色素的六價(jià)鉻,而且器件上的墨水可能含有作為干燥劑的鉛。然而,僅憑對(duì)遵從法規(guī)的供應(yīng)商的信心還不夠,供應(yīng)商的可靠性必須首先得到保證。如果有疑問(wèn),則需要進(jìn)一步的檢查。像派睿電子這樣的供應(yīng)商已經(jīng)制訂了全面的措施,用于保證如果聲稱某個(gè)部件符合歐盟RoHS要求,則一定會(huì)符合要求,但并非所有供應(yīng)商都有這種嚴(yán)格的程序。?

對(duì)設(shè)計(jì)工程師的影響:

  • 必須避免歐盟RoHS物質(zhì)?
  • 無(wú)鉛焊料溫度更高,因此,需要考慮元器件的最高溫度及其對(duì)歐盟RoHS指令的遵從。?
  • PCB設(shè)計(jì)不需要做出顯著的更改,但如果一個(gè)器件不能符合歐盟RoHS指令要求,則需要重新設(shè)計(jì)。?
  • 現(xiàn)在,利用符合歐盟RoHS規(guī)范的器件可以更容易地設(shè)計(jì)新產(chǎn)品,即使這些產(chǎn)品不屬于歐盟RoHS的范圍。要考慮設(shè)計(jì)如何影響長(zhǎng)期可靠性的問(wèn)題。?

歐盟-RoHS的審核 ?

歐盟目前正在復(fù)核歐盟RoHS指令。這項(xiàng)檢查將涵蓋所有方面,包括范圍 – 是否應(yīng)包含第8類別和第9類別?是否應(yīng)增加更多危險(xiǎn)物質(zhì)?現(xiàn)有的所有豁免條款都要被復(fù)核,而且定義和執(zhí)行條件也要檢驗(yàn)。?

第8類別和第9類別很可能也要包含進(jìn)來(lái)(2012年),而且對(duì)歐盟WEEE指令范圍的更改也可能影響歐盟RoHS。我們很難看到如何限制其它物質(zhì)。許多劇毒化學(xué)品都用在了生產(chǎn)工藝中(溶劑、密封器件等),但大部分在最終成品中并不含有這些物質(zhì)。最終成品中含有的少數(shù)毒性物質(zhì)(例如砷和鈹)之所以使用,是因?yàn)槠渌陬I(lǐng)域中尚無(wú)替代品。然而,需要一個(gè)全面的研究才能確定是否要將這些物質(zhì)加入進(jìn)來(lái)。希望尚不明確的許多領(lǐng)域(固定裝置、上市產(chǎn)品、備件等)都能得到澄清。?

對(duì)選擇符合歐盟RoHS指令元器件的一些小提示?

在現(xiàn)階段,中國(guó)的工程師們需要特別留意那些滿足歐盟RoHS“豁免條款”的產(chǎn)品,因?yàn)檫@并不意味著它們就能符合現(xiàn)行的中國(guó)RoHS標(biāo)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō),基于對(duì)含鉛陶瓷和玻璃所做出的豁免,很多被動(dòng)元器件(如電阻)都是符合指令的,而這些都將需要符合中國(guó)RoHS的橙色標(biāo)識(shí)及詳細(xì)的物料清單等等。正如上述例子所說(shuō),中國(guó)的條款不僅要求貼有綠色標(biāo)識(shí)的歐盟RoHS協(xié)從,且還需有橙色的標(biāo)識(shí),就算有歐盟的豁免也不能例外。
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