RoHS測試：無鉛并非無麻煩

歐盟RoHS條例在今年七月生效，電子產(chǎn)業(yè)爭相達(dá)到這項(xiàng)法例的要求。隨著中國、美國加利福尼亞州和其他二十一個(gè)州以及加拿大各省審議頒布類似的法規(guī)，這個(gè)問題是全球性的（見圖1）。RoHS條例的出現(xiàn)已經(jīng)引起了許多混亂，人們還沒有搞清楚它究竟對這個(gè)產(chǎn)業(yè)提出了什么樣的要求。本文詳細(xì)介紹七個(gè)問題，這是人們在建立一個(gè)RoHS測試辦法時(shí)應(yīng)該知道的問題。

不僅僅是鉛的問題
參觀展覽會(huì)或者在雜志上的文章中，可以看到，人人都說自己的電路板是無鉛設(shè)計(jì)的。問題是焊點(diǎn)。傳統(tǒng)的焊點(diǎn)是錫鉛焊點(diǎn)。最近幾年，人們作了大量的工作，在保持電路性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(shè)計(jì)師們在去除鉛方面取得成功，卻忽略了電路板設(shè)計(jì)中另一個(gè)同樣重要的問題。電路板的大部分增強(qiáng)材料都含有溴化阻燃劑（PBB 和PBDE）。因此，即便電路板無鉛，但因?yàn)楹蠵BB 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(shè)計(jì)師們熟悉使用電子測試方法檢驗(yàn)電路的完整性。然而，RoHS測試全都是關(guān)于材料。結(jié)果是大多數(shù)電子元件制造商都沒有配備能夠檢測材料、發(fā)現(xiàn)禁用物質(zhì)的必要的設(shè)備。只有可靠的材料測試實(shí)驗(yàn)室才能做這種檢測。如果電路測試通過了，但是不能通過材料測試，于是電路板不合格，對供應(yīng)商沒有什么用。

X射線只能做表面檢測
臺(tái)式和手持X射線熒光光譜儀 (XRF)設(shè)備的制造商到處宣傳，他們的系統(tǒng)可以用非破壞性測試，來觳獬魷抻夢鎦?。虽然XRF能夠擔(dān)負(fù)起RoHS有害物質(zhì)檢測的重要角色，但是，它的主要作用只是作為一個(gè)篩檢工具，鑒別有害物質(zhì)是否明顯高于RoHS法例的限制。XRF可以迅速鑒別一些地方是否存在特殊物質(zhì)，但是，它不能提供物質(zhì)含量的精確信息。
在XRF系統(tǒng)給出數(shù)值的精確性很重要的情況下，我們必須謹(jǐn)慎。使用XRF系統(tǒng)時(shí)，測量誤差常常達(dá)到±30%甚至高達(dá)±50%。這么大的誤差，部分是由于穿透的深度、光束大小、光譜干擾、交叉干擾、缺乏可比的標(biāo)準(zhǔn)、均勻的表面面積不夠大。需要作精確的測定時(shí)必須改變測試方法（圖2）。表1列出了評(píng)估限制物質(zhì)含量可以使用的幾種測試方法。
測試結(jié)果的含義是什么？
RoHS條例限制使用下列有害物質(zhì)：鉛、鎘、六價(jià)鉻、汞、多溴聯(lián)苯（PBD）和多溴二苯醚（PBDE）。各種各樣的元件里都含有這些物質(zhì)。例如，用鉛來降低焊料熔點(diǎn)，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(wěn)定劑，鎘也有同樣作用。六價(jià)鉻通常用于防腐蝕的可復(fù)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復(fù)合阻燃劑。
XRF這樣的篩檢技術(shù)不能評(píng)定是否真正符合RoHS條例。能夠正確判斷出鉻和溴含量高于極限值，并不代表產(chǎn)品不符合RoHS條例。但是，我們應(yīng)該了解這些物質(zhì)的構(gòu)成，并且，借助經(jīng)驗(yàn)豐富的分析技術(shù)作出正確的評(píng)估。
RoHS條例還包含了許多豁免，包括允許玻璃制品含鉛、銅合金中可含有高達(dá)4％的鉛，鋼鐵和十溴化物阻燃劑中可以含有高達(dá)0.35％的鉛。了解這些豁免并確定和它們相關(guān)的材料，對于確定產(chǎn)品是否真正達(dá)到RoHS的要求，十分重要。這些問題了解不清楚，可能導(dǎo)致許多不必要的開支。

提取的效率
PBB和PBDE阻燃劑的精確定量，不僅僅要依靠正確的工具，還要仰仗測試時(shí)從組件中提取原料的效率。為了分析測試選擇合適的溶劑，對于確保徹底去除所有PBB和PBDE至關(guān)重要。

正確的程序和審核
一個(gè)可靠的材料測試實(shí)驗(yàn)室，是正確分析電子元件的關(guān)鍵。在理想的情況下，要保證產(chǎn)品符合RoHS的要求，測試實(shí)驗(yàn)室建議使用與進(jìn)口國相同的程序。如有可能，還應(yīng)定期進(jìn)行審核，以確保所使用實(shí)驗(yàn)室仍然與通行慣例是一致的。
在美國，各政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)人，都有意設(shè)計(jì)一種合理的RoHS測試方法，規(guī)定測試應(yīng)該如何進(jìn)行。這種方法將包括工廠內(nèi)的工藝過程檢查、材料認(rèn)證和常規(guī)驗(yàn)證分析測試。為了保證產(chǎn)品符合RoHS的要求，測試實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該提供完整的測試結(jié)果 和確認(rèn)書。這些都是將為產(chǎn)品遵守RoHS必須提供的證明文件。
英國貿(mào)易與工業(yè)部（DTI）已經(jīng)制定了產(chǎn)品遵守RoHS條例的建議。根據(jù)這個(gè)建議，生產(chǎn)商將自行證明他們的產(chǎn)品符合RoHS條例。但是，這份證明應(yīng)該得到正確測試數(shù)據(jù)的支持，便于按審核的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行申報(bào)。DTI鼓勵(lì)生產(chǎn)商進(jìn)行定期分析，核對測試數(shù)據(jù)的正確性。為了保證產(chǎn)品的生產(chǎn)過程可追蹤，廠商應(yīng)該保留清楚、詳細(xì)的記錄?？傊瑧?yīng)該采取一切合適的步驟，確保產(chǎn)品符合RoHS的要求，并能夠說明這些步驟。
要保證產(chǎn)品符合RoHS規(guī)定和降低產(chǎn)品成本，明確要求有一個(gè)的材料申報(bào)標(biāo)準(zhǔn)。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，DTI建議使用IPC-1752，該標(biāo)準(zhǔn)推薦下列級(jí)別的申報(bào)：
?1類——RoHS報(bào)告要說明材料“是/否”均質(zhì)；
?2類——RoHS報(bào)告要說明材料“是/否”均質(zhì)，加上制造信息；
?3類——RoHS報(bào)告要說明材料“是/否”均質(zhì)，報(bào)告元件達(dá)到聯(lián)合工業(yè)指南（JIG）的A和B級(jí)，以及組件中含有用戶規(guī)定的其他物質(zhì)；
4類——與3類相同，加上制造信息；
?5類——RoHS報(bào)告要說明材料“是/否”均質(zhì)，按聯(lián)合工業(yè)指南（JIG）說明均質(zhì)材料達(dá)到A和B級(jí)，以及用戶規(guī)定的其他物質(zhì)的均質(zhì)級(jí)別；
?6類——與5類相同，加上制造信息。
IPC-1752提出了一個(gè)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入表格的電子數(shù)據(jù)報(bào)告格式。該標(biāo)準(zhǔn)也建議使用XML圖表，以便自動(dòng)提取和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。美國已經(jīng)發(fā)布了TC 111，以及下列材料申報(bào)標(biāo)準(zhǔn)的建議等級(jí)：
?IEC 3/750/DPAS（草案）——規(guī)定材料申報(bào)的高級(jí)要求。
?JIG具體規(guī)定必須報(bào)告什么，例如，為值得報(bào)告的物質(zhì)建立標(biāo)準(zhǔn)，以及為值得報(bào)告的物質(zhì)和極限值列出清單。
?IPC-1751/1752 （草案）。
許多其它制定標(biāo)準(zhǔn)的組織，正在努力使材料含量數(shù)據(jù)報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化，其中包括絡(luò)世達(dá)網(wǎng)（Rosetta Net）、2A10 和2A13 PIP、國際電子制造業(yè)協(xié)會(huì)（iNEMI）的材料申報(bào)項(xiàng)目和材料成分?jǐn)?shù)據(jù)交換項(xiàng)目、意大利VEI、美國全國電子代理商協(xié)會(huì)（NEDA）和日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA）。

像牛奶一樣均勻
RoHS條例規(guī)定了每一種勻質(zhì)材料中限制物質(zhì)的最大含量。RoHS條例以及相關(guān)的報(bào)廢電子電氣回收條例WEEE，甚至是通常稱做藍(lán)皮書的“按新方法及全局性方法執(zhí)行RoHS和WEEE條例的指導(dǎo)綱要”，都沒有對均質(zhì)這個(gè)術(shù)語下定義。這個(gè)術(shù)語，首次出現(xiàn)是在2003年十二月的一個(gè)委員會(huì)文件里，該文件說“均質(zhì)材料是指不能機(jī)械地拆分成幾個(gè)單質(zhì)的材料。” 一塊均質(zhì)材料可以理解為，全部是單一成分的材料（圖3）。圖3是一個(gè)包括了獨(dú)特類型的塑料、陶瓷、玻璃、金屬、合金、紙板、樹脂和涂層的例子。‘機(jī)械拆分’這個(gè)術(shù)語指，材料原則上能夠通過擰、切割、壓、碾或者磨進(jìn)行機(jī)械分離。
一些測試機(jī)構(gòu)沒有理解這個(gè)規(guī)定的含義，而誤以為電路板和組件是均質(zhì)的。換句話說，他們把電路板和組件當(dāng)作了均質(zhì)材料，而不是當(dāng)作一個(gè)可以進(jìn)行機(jī)械分離的組件。這種做法對可能稀釋了RoHS限制材料的數(shù)量，它使報(bào)告的有害物質(zhì)含量數(shù)據(jù)低于實(shí)際水平，可能被進(jìn)口國檢測為不合格產(chǎn)品。

結(jié)論
RoHS法例要求對組件的每個(gè)組成部分，包括涂層、電鍍、焊料和絕緣材料，都要分別進(jìn)行測試。把組件分離成單個(gè)組成部分并逐一測試，這可能是一個(gè)單調(diào)乏味而且耗費(fèi)時(shí)間的工作。但是，它能夠保證產(chǎn)品順利出口，所以是值得的。