Ограничение использования опасных веществ RoHS (Restriction of Hazardous Substances)

Ограничение использования опасных веществ RoHS (Restriction of Hazardous Substances)

Производство печатных блоков в электронной промышленности не ограничивается директивой об отходах электрического и электронного производства (WEEE — Waste Electrical and Electronic Equipment), в дополнение к ней была разработана директива на ограничение в использовании опасных веществ Restriction of Hazardous Substances (RoHS). Основополагающим данного документа является запрет ввоза в страны Евросоюза электронного оборудования  в состав которого входят печатные узлы и блоки, содержащие в своем составе запрещенные директивой  RoHS материалы.
Директива ограничения использования опасных веществ (RoHS) вступила в действие 1 июля 2006 г. Область распространения и использование данных ограничений применимы ко всему электрическому и электронному оборудованию, кроме случаев, особо отмеченных в основном законодательном органе и различного рода исключений.

1. Ограничение использования материалов RoHS

Директива RoHS регламентирует запрет шести широко используемых материалов (табл. 1).

Таблица 1 — Материалы, затронутые законодательством RoHS — Restriction of Hazardous Substances «Ограничение использования опасных веществ»

Вещество Символ или аббревиатура Максимальная допустимая величина (%) Использование в электронике
Шестивалентный хром Cr(+6) 0,1 Покрытия, особенно для пассивации поверхности нестабильных к воздействию окружающей среды металлов, пигменты и пластики; красящие вещества, такие как хромовокислый свинец; шестивалентное хромовокислое покрытие для металлизированных оболочек, клеммы, зажимы и винты
Кадмий Cd 0,01 Покрытия, пигменты чернил, пигменты красителей, батарейки, детекторы и схемы на толстых пленках
Ртуть Hg 0,1 Пигменты, катализаторы отвердевания для пластмасс и пен, переключающие контакты, батарейки, стабилизаторы PVC и красящее вещество
Свинец Pb 0,1 Поверхностное покрытие для припоя PWB; контакты компонентов; поверхностные покрытия; стабилизаторы PVC и красители; пластмассовые красители, такие как хромовокислый свинец; кабели и электропроводка; нанесение покрытий на металлические листы (для уменьшения риска образования Zn усов); катализатор сплавов стали, меди, алюминия и т.п.
Полиброминированный бифенил PBB 0,1 Ингибитор горения монтажной платы и других электрических изоляторов
Полиброминированный дифениловый эфир PBDE 0,1 Ингибитор горения монтажной платы и других электрических изоляторов, а также для пластмасс

 2. Анализ соответствия RoHS

Директива Restriction of Hazardous Substances делает акцент на мельчайшей однородной части или материале, который может быть отделен из массы компонентов или их сборки. В качестве примера можно рассмотреть интегральную микросхему в пластмассовом корпусе с медной выводной рамкой, покрытой некоторым веществом для возможности выполнения пайки. Поверхностное покрытие рамки будет оцениваться на соответствие требованиям RoHS отдельно от корпуса в целом или даже от веса самой выводной рамки. Вместо этого весовая доля Pb поверхностного слоя покрытия будет оценена по отношению веса любого Pb к весу поверхностного слоя покрытия поверх рамки выводов. Аналогичным образом любой Pb, находящийся в сплаве с Cu выводной рамки, будет оцениваться на основании общего веса анализируемого Pb к общему весу Cu рамки выводов.

3. Методы анализа на соответствие требованиям RoHS (Restriction of Hazardous Substances)

Директива Restriction of Hazardous Substances (RoHS) не регламентирует способы проведения анализа на соответствие выдвигаемым требованиям. Существуют тесты, позволяющие с высокой степенью точности провести качественный анализ выборочной проверки на наличие или отсутствие таких вредных веществ, как Cr(+6), Hg, Cd и Pb. К таким тестам относят атомную абсорбционную спектрофотометрию (AAS), рентгеновский флуоресцентный анализ (XRF), спектроскопию энергетической дисперсии (EDS или EDAX), инфракрасную (ИК) или ультрафиолетовую (УФ) спектрофотометрию, а также хромато-газ-спектрометрию (GC-MS, которая эффективна для РВВ или PBDE). Данные способы приведены в качестве примера, как одни из возможных, существуют и другие методы определения концентрации вредных веществ, однако следует учитывать, что все эти способы являются сложными и дорогостоящими, требуют прецизионного оборудования и высококвалифицированного персонала, а следовательно и капитальные затраты при их проведении будут достаточно высоки.

4. Исключения и запрещения

Директива RoHS ограничения использования вредных веществ имеет не только ограничения в области использования вредных веществ и производства электронных блоков, но и свои исключения из общих правил. Что самое интересное, данный документ наоборот разрешает использование в ряде случает вредных веществ на которые она обязана налагать свои запреты. В частности директива разрешает применение свинца  Pb для межсоединений, содержание в которых данного элемента превышает 85 %. Остальные исключения директивы RoHS приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Исключения в области RoHS согласно второй поправке законодательства в области

Свинец в припоях с высокой температурой плавления (т.е. сплавы на основе свинца с 85% или более высоким содержанием свинца)
Свинец в припоях для серверов; системах хранения или системах массивов хранения, оборудовании сетевой инфраструктуры для коммутаций, сигнализации и передачи а также сетевого управления для телекоммуникаций
Свинец в керамических частях электроники (например, пьезоэпектронные устройства)
Свинец в качестве материала покрытия для теплопроводного модуля в виде полукруглого кольца
Свинец в припоях, содержащих более двух элементов для соединения между штекерами и корпусом микропроцессора с содержанием свинца свыше 80% и менее 85% по весу
Свинец в припоях для выполнения жизнеспособного электрического соединения между полу-проводниковым кристаллом и носителем внутри интегральной схемы с корпусами, монтаж которых выполнен по технологии перевернутого кристалла
Кадмий и его соединения в электрических контактах и покрытиях кадмием, за исключением приложений, запрещенных Директивой 91-338-EEC

 Интересно, что законодательство в области ограничения на использование опасных и вредных веществ в электронной промышленности обращает внимание даже на припои, хотя некоторые из них используют свинец (РЬ) в незначительных количествах (менее 10% мирового использования свинца). И наоборот в противоположность этому, делает исключение, разрешая использование свинца в свинцово-кислых аккумуляторных батареях, являющихся крупным потребителем Рb, использующих более 85% от мирового потребления свинца.

Исключение директивы RoHS для свинцово-кислых АКБ
В августе 2006 г. в директиве RoHS было принято решение о разрешении использования свинца для создания межсоединений, там где применение Pb позволило бы устранить появление оловянных усов, как причин способствующих понижению надежности из-за короткого замыкания межды противоположно заряженными проводниками. С этой целью RoHS разрешает использование свинца для любых элементов с шагом между выводами менее 0,65 мм.