Директива об ограничении использования опасных веществ 2002/95/EC ( RoHS 1 ), сокращенно Директива об ограничении использования определенных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании , была принята Европейским Союзом в феврале 2003 года . [2]
Целью инициативы было ограничение количества опасных химических веществ в электронике.
Директива RoHS 1 вступила в силу 1 июля 2006 года и должна быть реализована и стала законом в каждом государстве-члене. [3] Эта директива ограничивает (с исключениями) использование десяти опасных материалов при производстве различных типов электронного и электрического оборудования. В дополнение к исключениям существуют исключения для таких продуктов, как солнечные панели. Она тесно связана с Директивой об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE) 2002/96/EC (теперь замененной [4] ), которая устанавливает цели сбора, переработки и восстановления для электротоваров и является частью законодательной инициативы по решению проблемы огромных объемов токсичных электронных отходов . В речи RoHS часто пишется или произносится [ необходима цитата ] / rɒ s / , / rɒ ʃ / , / r oʊ z / или / ˈ r oʊ h ɒ z / и относится к стандарту ЕС, если не указано иное.
Каждое государство-член Европейского Союза примет собственную политику правоприменения и реализации, используя данную директиву в качестве руководства.
RoHS часто называют «директивой о запрете использования свинца», но она ограничивает использование следующих десяти веществ:
Максимально допустимая концентрация: 0,1% [5]
Макс. для кадмия: 0,01% [5]
DEHP, BBP, DBP и DIBP были добавлены как часть ДИРЕКТИВЫ (ЕС) 2015/863, опубликованной 31 марта 2015 года. [5]
PBB и PBDE — это антипирены, используемые в нескольких пластиках. Шестивалентный хром используется в хромировании , хроматных покрытиях и грунтовках , а также в хромовой кислоте .
Максимально допустимые концентрации в не освобожденных продуктах составляют 0,1% или 1000 ppm (за исключением кадмия , который ограничен 0,01% или 100 ppm) по весу. Ограничения накладываются на каждый однородный материал в продукте, что означает, что ограничения не применяются к весу готового продукта или даже к компоненту, а к любому отдельному материалу, который может (теоретически) быть разделен механически – например, оболочка на кабеле или лужение на выводе компонента.
Например, радиоприемник состоит из корпуса, винтов , шайб , печатной платы, динамиков и т. д. Винты, шайбы и корпус могут быть изготовлены из однородных материалов, но другие компоненты состоят из множества подкомпонентов из множества различных типов материалов. Например, печатная плата состоит из голой печатной платы (PCB), интегральных схем (IC), резисторов , конденсаторов , переключателей и т. д. Переключатель состоит из корпуса, рычага, пружины, контактов, штифтов и т. д., каждый из которых может быть изготовлен из разных материалов. Контакт может состоять из медной полосы с поверхностным покрытием. Громкоговоритель состоит из постоянного магнита, медной проволоки, бумаги и т. д.
Все, что может быть идентифицировано как однородный материал, должно соответствовать пределу. Так что если окажется, что корпус был сделан из пластика с 2300 ppm (0,23%) PBB, используемого в качестве антипирена, то все радио не будет соответствовать требованиям директивы.
В попытке закрыть лазейки RoHS 1 в мае 2006 года Европейской комиссии было предложено пересмотреть две в настоящее время исключенные категории продуктов (оборудование для мониторинга и контроля, а также медицинские приборы) для будущего включения в продукты, которые должны соответствовать RoHS. [6] Кроме того, комиссия рассматривает запросы на продление сроков или на исключения по категориям веществ, местоположению вещества или весу. [7] Новое законодательство было опубликовано в официальном журнале в июле 2011 года, которое заменяет это исключение.
Обратите внимание, что батареи не включены в сферу действия RoHS. Однако в Европе батареи подпадают под Директиву Европейской комиссии о батареях 1991 года (91/157/EEC [8] ), которая недавно [ когда? ] была расширена в сфере действия и утверждена в форме новой директивы о батареях , версии 2003/0282 COD, [9] которая станет официальной после подачи и публикации в Официальном журнале ЕС. В то время как первая Директива о батареях рассматривала возможные проблемы торговых барьеров, вызванные разрозненной реализацией ее государствами-членами Европы, новая директива более четко подчеркивает улучшение и защиту окружающей среды от негативного воздействия отходов, содержащихся в батареях. Она также содержит программу более амбициозной переработки промышленных, автомобильных и потребительских батарей, постепенно увеличивая долю предоставляемых производителями пунктов сбора до 45% к 2016 году. Она также устанавливает ограничения в 5 ppm ртути и 20 ppm кадмия для батарей, за исключением тех, которые используются в медицинских, аварийных или портативных электроинструментах. [10] Хотя в нем не устанавливаются количественные ограничения на количество свинца, свинцово-кислотных, никелевых и никель-кадмиевых батарей, в нем указывается на необходимость ограничения этих веществ и обеспечения переработки до 75% батарей с этими веществами. Также существуют положения о маркировке батарей символами в отношении содержания металла и информации о сборе для переработки.
Директива применяется к оборудованию, как определено в разделе директивы WEEE. Применяются следующие числовые категории:
Он не применяется к стационарным промышленным установкам и инструментам. Соответствие является обязанностью компании, которая выводит продукт на рынок, как определено в Директиве; компоненты и подузлы не несут ответственности за соответствие продукта. Конечно, учитывая тот факт, что регламент применяется на уровне однородного материала, данные о концентрациях веществ должны передаваться по цепочке поставок конечному производителю. Недавно был разработан и опубликован стандарт IPC для облегчения этого обмена данными, IPC-1752. [11] Он включен через две формы PDF, которые можно использовать бесплатно.
RoHS применяется к этим продуктам в ЕС, независимо от того, произведены ли они в ЕС или импортированы. Действуют определенные исключения, и они время от времени обновляются ЕС.
Вещества, ограниченные RoHS, использовались в широком спектре потребительской электроники. Примеры компонентов, содержащих свинец, включают:
Кадмий содержится во многих компонентах, перечисленных выше; примеры включают пластиковую пигментацию, никель-кадмиевые (NiCd) батареи и фотоэлементы CdS (используемые в ночных светильниках). Ртуть используется в осветительных приборах и автомобильных переключателях; примеры включают люминесцентные лампы и ртутные переключатели наклона (они редко используются в настоящее время). Шестивалентный хром используется для металлических покрытий для предотвращения коррозии. Полибромированные бифенилы и дифениловые эфиры/оксиды используются в основном в качестве антипиренов. [12]
RoHS и другие усилия по сокращению опасных материалов в электронике мотивированы отчасти решением глобальной проблемы отходов потребительской электроники. Поскольку новые технологии появляются все быстрее, потребители выбрасывают свои устаревшие продукты раньше, чем когда-либо. Эти отходы оказываются на свалках и в таких странах, как Китай, где их «перерабатывают». [13]
На модном рынке мобильных телефонов 98 миллионов американских сотовых телефонов сделали свой последний звонок в 2005 году. В общей сложности, по оценкам Агентства по охране окружающей среды, в США в тот год было выброшено от 1,5 до 1,9 миллионов тонн компьютеров, телевизоров, видеомагнитофонов, мониторов, сотовых телефонов и другого оборудования. Если подсчитать все источники электронных отходов, то, по данным Программы ООН по окружающей среде, их может быть 50 миллионов тонн в год по всему миру. [14]
Американская электроника, отправляемая за границу в такие страны, как Гана в Западной Африке, под видом переработки, может принести больше вреда, чем пользы. Мало того, что взрослые и дети, работающие на этих работах, отравляются тяжелыми металлами, так эти металлы еще и возвращаются в США. «США сейчас отправляют большие объемы свинцовых материалов в Китай, а Китай является крупнейшим в мире производственным центром», — говорит доктор Джеффри Вайденхамер , профессор химии в Университете Эшленда в Огайо. «Неудивительно, что все возвращается на круги своя, и теперь мы получаем обратно загрязненную продукцию». [13]
В дополнение к проблеме высокотехнологичных отходов, RoHS отражает современные исследования за последние 50 лет в области биологической токсикологии, которые признают долгосрочные эффекты воздействия химических веществ низкого уровня на население. Новые испытания способны обнаруживать гораздо меньшие концентрации токсикантов окружающей среды. Исследователи связывают эти воздействия с неврологическими, развивающими и репродуктивными изменениями.
RoHS и другие законы об охране окружающей среды противоречат историческому и современному законодательству, которое направлено только на решение проблем острой токсикологии, то есть прямого воздействия больших количеств токсичных веществ, вызывающего серьезные травмы или смерть. [15]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало оценку жизненного цикла (LCA) воздействия на окружающую среду бессвинцового и оловянно-свинцового припоя , используемого в электронных продуктах. [16] Для прутковых припоев, когда рассматривались только бессвинцовые припои, альтернатива олово/медь имела самые низкие (лучшие) баллы. Для пастообразных припоев висмут / олово /серебро имели самые низкие баллы воздействия среди бессвинцовых альтернатив во всех категориях, за исключением потребления невозобновляемых ресурсов . Как для пастообразных, так и для прутковых припоев все альтернативы бессвинцового припоя имели более низкий (лучший) балл LCA в категориях токсичности, чем оловянно-свинцовый припой. Это в первую очередь связано с токсичностью свинца и количеством свинца, которое выщелачивается из печатных плат, как определено исследованием выщелачивания, проведенным партнерством. Результаты исследования предоставляют отрасли объективный анализ воздействия на окружающую среду в течение жизненного цикла ведущих кандидатов на альтернативные бессвинцовые припои, позволяя отрасли учитывать экологические проблемы наряду с традиционно оцениваемыми параметрами стоимости и производительности. Эта оценка также позволяет промышленности перенаправить усилия на продукты и процессы, которые снижают воздействие припоев на окружающую среду, включая потребление энергии, выбросы токсичных химикатов и потенциальные риски для здоровья человека и окружающей среды. Другая оценка жизненного цикла, проведенная IKP, Университетом Штутгарта, показывает результаты, схожие с результатами исследования EPA. [17]
Запрет на концентрацию бромированных антипиренов (BFR) выше 0,1% в пластике повлиял на переработку пластика. Поскольку все больше и больше продуктов включают переработанный пластик, стало критически важно знать концентрацию BFR в этом пластике, либо отслеживая происхождение переработанного пластика для установления концентрации BFR, либо измеряя концентрацию BFR в образцах. Пластик с высокой концентрацией BFR дорог в обращении или утилизации, тогда как пластик с уровнем ниже 0,1% имеет ценность как перерабатываемый материал.
Существует ряд аналитических методов для быстрого измерения концентрации BFR. Рентгеновская флуоресцентная спектроскопия может подтвердить наличие брома (Br), но она не указывает концентрацию BFR или конкретную молекулу. Масс-спектрометрия с ионным присоединением (IAMS) может использоваться для измерения концентрации BFR в пластике. Запрет BFR существенно повлиял как на верхний (выбор пластикового материала), так и на нижний (переработка пластикового материала) этапы. [ необходима цитата ]
Директива RoHS 2 (2011/65/EU) является развитием исходной директивы и стала законом 21 июля 2011 года и вступила в силу 2 января 2013 года. Она касается тех же веществ, что и исходная директива, при этом улучшая нормативные условия и юридическую ясность. Она требует периодических переоценок, которые способствуют постепенному расширению ее требований для охвата дополнительного электронного и электрического оборудования, кабелей и запасных частей. [18] Логотип CE теперь указывает на соответствие, а декларация соответствия RoHS 2 теперь детализирована (см. ниже). [ необходима цитата ]
В 2012 году окончательный отчет Европейской комиссии показал, что некоторые государства-члены ЕС рассматривали все игрушки в рамках основной Директивы RoHS 1 2002/95/EC, независимо от того, были ли их основные или вторичные функции использованием электрических токов или электромагнитных полей. С момента внедрения Директивы RoHS 2 или RoHS Recast 2011/65/EU все заинтересованные государства-члены должны будут соблюдать новый регламент.
Ключевое отличие в новой редакции заключается в том, что теперь необходимо демонстрировать соответствие аналогично директивам LVD и EMC. Неспособность продемонстрировать соответствие в достаточно подробных файлах и необеспечение его внедрения в производство теперь является уголовным преступлением. Как и другие директивы маркировки CE, она требует контроля производства и прослеживаемости к техническим файлам. Она описывает два метода достижения презумпции соответствия (Директива 2011/65/EU, статья 16.2): либо технические файлы должны включать данные испытаний для всех материалов, либо используется стандарт, принятый в официальном журнале для директивы. В настоящее время единственным стандартом является EN IEC 63000:2018 (основанный на IEC 63000:2016, замененном EN 50581:2012), метод, основанный на риске, для сокращения объема требуемых данных испытаний (список гармонизированных стандартов для RoHS2, OJEU C363/6).
Одним из последствий требования продемонстрировать соответствие является требование знать об использовании исключений для каждого компонента, в противном случае невозможно узнать о соответствии, когда продукт размещается на рынке, единственный момент времени, когда продукт должен быть «соответствующим». Многие не понимают, что «соответствие» варьируется в зависимости от того, какие исключения действуют, и вполне возможно изготовить несоответствующий продукт с «соответствующими» компонентами. Соответствие должно рассчитываться в день размещения на рынке. На самом деле это означает знание статуса исключения всех компонентов и использование запаса деталей со старым статусом до истечения срока действия исключений (Директива 2011/65/EU, статья 7.b, ссылающаяся на Решение 768/2008/EC, модуль A, внутренний контроль производства). Отсутствие системы для управления этим может рассматриваться как отсутствие осмотрительности, и может возникнуть уголовное преследование (UK Instrument 2012 N. 3032, раздел 39 Штрафы).
RoHS 2 также имеет более динамичный подход к исключениям, создавая автоматическое истечение срока действия, если исключения не возобновляются по запросам от промышленности. Кроме того, в контролируемый список могут быть добавлены новые вещества, и ожидается, что к 2019 году будут контролироваться 4 новых вещества. Все это означает, что требуются более строгие системы контроля и обновления информации. [ необходима цитата ]
Другие отличия включают новые обязанности для импортеров и дистрибьюторов и маркировки для улучшения прослеживаемости к техническим файлам. Они являются частью NLF для директив и делают цепочку поставок более активной частью полицейской деятельности (Директива 2011/65/EU, статьи 7, 9, 10).
Недавно была внесена дополнительная поправка 2017/2102 в закон 2011/65.
Директива RoHS 2 (2011/65/EU) содержит разрешение на добавление новых материалов, и в оригинальной версии 4 материала выделены для этого внимания, поправка 2015/863 добавляет четыре дополнительных вещества в Приложение II 2011/65/EU (3/4 новых ограничений рекомендованы для исследования в оригинальной директиве, см. пункт 10 преамбулы). Это еще одна причина, по которой простые заявления о соответствии компонентам RoHS неприемлемы, поскольку требования соответствия различаются в зависимости от даты размещения продукта на рынке (см. IEC 63000:2016). Дополнительные четыре требования к ограничению и доказательствам для веществ должны применяться к продуктам, размещенным на рынке 22 июля 2019 года или после этой даты, за исключением случаев, когда исключения разрешены, как указано в Приложении III. [5], хотя на момент написания статьи никаких исключений не существует или не было применено для этих материалов. Четыре дополнительных вещества
Максимально допустимая концентрация в не освобожденных от ограничений продуктах составляет 0,1%.
Новые вещества также включены в список кандидатов REACH, а DEHP не разрешен для производства (использования в качестве вещества) в ЕС в соответствии с Приложением XIV REACH. [19]
С переработкой первоначальной Директивы RoHS (I) (2002/95/EC) область действия директивы была отделена от области действия Директивы WEEE и была введена открытая область действия. Директива RoHS (II) (2011/65/EU) применялась ко всему электрическому и электронному оборудованию. Ограничения и исключения области действия были специально введены в Статье 2(4) a) – j) переработанной Директивы. Все остальное EEE подпадало под область действия Директивы, если только конкретные исключения не были предоставлены посредством делегированных актов Комиссии (см. следующий параграф).
Исключения из области действия перечислены ниже [20]
Настоящая Директива не распространяется на:
Существует более 80 исключений, некоторые из которых довольно обширны. Исключения автоматически истекают через 5 или 7 лет, если их не продлить. [18] [21]
По данным Hewlett-Packard : «Европейский союз постепенно сужает сферу действия и прекращает действие многих из текущих исключений RoHS. Кроме того, вполне вероятно, что в ближайшие несколько лет будут введены новые ограничения на вещества». [18]
Некоторые исключения: [22]
Медицинские устройства были исключены в первоначальной директиве. [24] RoHS 2 сузила область исключения только до активных имплантируемых медицинских устройств (категория 4h). Теперь включены устройства для диагностики in vitro (IVDD) и другие медицинские устройства. [25]
Автомобили освобождены (категория 4f). Транспортные средства вместо этого рассматриваются в Директиве о транспортных средствах с истекшим сроком службы (Директива 2000/53/EC). [26]
Продукты, подпадающие под действие директивы RoHS 2, должны иметь маркировку CE , название и адрес производителя, а также серийный номер или номер партии. Стороны, которым требуется более подробная информация о соответствии, могут найти ее в Декларации о соответствии ЕС для продукта, созданной производителем (владельцем бренда), ответственным за дизайн, или представителем ЕС. Регламент также требует, чтобы большинство участников цепочки поставок продукта (импортер и дистрибьюторы) хранили и проверяли этот документ, а также обеспечивали соблюдение процесса соответствия и предоставление правильного языкового перевода инструкций. Производитель должен хранить определенную документацию для подтверждения соответствия, известную как технический файл или технические записи. Директива требует, чтобы производитель демонстрировал соответствие, используя данные испытаний для всех материалов или следуя гармонизированному стандарту (на момент написания статьи единственным стандартом является IEC 63000:2016). Регуляторы могут запросить этот файл или, что более вероятно, конкретные данные из него, поскольку он, скорее всего, будет очень большим. [27] [ необходима цитата ]
RoHS не требует какой-либо конкретной маркировки продукта, но многие производители приняли свои собственные знаки соответствия, чтобы уменьшить путаницу. Визуальные индикаторы включают явные надписи «RoHS-совместимый», зеленые листья, галочки и маркировку «PB-Free». Китайские этикетки RoHS, строчная буква «e» в круге со стрелками, также могут подразумевать соответствие.
RoHS 2 пытается решить эту проблему, требуя вышеупомянутую маркировку CE, использование которой контролируется агентством по обеспечению соблюдения торговых стандартов. [28] В ней говорится, что единственным разрешенным указанием на соответствие RoHS является маркировка CE. [29] Тесно связанная с ней Директива WEEE ( Директива об отходах электрического и электронного оборудования ), которая вступила в силу одновременно с RoHS, изображает логотип мусорного бака, перечеркнутый знаком «X», и часто сопровождает маркировку CE.
Введение новых ограничений на вещества, которые рассматриваются в ближайшие несколько лет, включает фталаты, бромированные антипирены (BFR), хлорированные антипирены (CFR) и ПВХ. [18]
В 1972 году был принят Закон о безопасности потребительских товаров, а в 2008 году — Закон о повышении безопасности потребительских товаров .
Калифорния приняла Закон о переработке электронных отходов 2003 года (EWRA). Этот закон запрещает продажу электронных устройств после 1 января 2007 года, продажа которых запрещена директивой ЕС RoHS, но в гораздо более узком масштабе, которая включает ЖК-дисплеи, ЭЛТ-телевизоры и т. п. и охватывает только четыре тяжелых металла, ограниченных RoHS. EWRA также имеет ограниченное требование о раскрытии материалов.
С 1 января 2010 года Закон Калифорнии об эффективности освещения и снижении токсичности применяет RoHS к светильникам общего назначения, то есть «лампам, лампочкам, трубкам или другим электрическим устройствам, которые обеспечивают функциональное освещение для использования в жилых помещениях, коммерческих помещениях и на открытом воздухе». [34]
Другие штаты и города США обсуждают возможность принятия аналогичных законов, а в нескольких штатах уже действуют запреты на ртуть и ПБДЭ. [ необходима цитата ]
31 января 2020 года Соединенное Королевство завершило выход из Европейского союза и впоследствии вступило в переходную фазу, охватывающую период с 1 февраля по 31 декабря 2020 года. Это событие обычно называют Brexit. В течение этого переходного периода Соединенное Королевство провело комплексную оценку различных правил, включая RoHS. UK RoHS остается в хорошем соответствии с EU RoHS, с аналогичными областями применения, ограниченными веществами, пороговыми значениями и исключениями. [35] [36]
Международные стандарты и сертификация доступны в соответствии со стандартом QC 080000, регулируемым Национальным органом по стандартизации Ирландии , для обеспечения контроля опасных веществ в промышленных применениях.
В 2012 году Шведское химическое агентство (Kemi) и Управление по электробезопасности проверили 63 продукта бытовой электроники и обнаружили, что 12 из них не соответствуют требованиям. Kemi утверждает, что это похоже на результаты тестирования за предыдущие годы. «Одиннадцать продуктов содержали запрещенные уровни свинца, а один — антипирены на основе полибромированного дифенилового эфира. Подробная информация о семи компаниях была передана шведским прокурорам. Kemi утверждает, что уровни несоответствия RoHS аналогичны предыдущим годам и остаются слишком высокими». [37]
RoHS — не единственный экологический стандарт, о котором должны знать разработчики электронных продуктов. Производители обнаружат, что дешевле иметь только одну спецификацию материалов для продукта, который распространяется по всему миру, вместо того, чтобы настраивать продукт в соответствии с конкретными экологическими законами каждой страны. Поэтому они разрабатывают собственные стандарты, которые допускают только самые строгие из всех допустимых веществ.
Например, IBM заставляет каждого из своих поставщиков заполнять форму Декларации о содержании продукта [38] , чтобы документировать соответствие их экологическому стандарту «Базовые экологические требования к материалам, деталям и продуктам для аппаратных продуктов с логотипом IBM». [39] Таким образом, IBM запретила DecaBDE , хотя ранее для этого материала существовало исключение RoHS [40] (отмененное Европейским судом в 2008 году). [41]
Аналогично, вот экологический стандарт Hewlett-Packard . [42]
В качестве недостатков директивы приводятся ее отрицательное влияние на качество и надежность продукции, а также высокая стоимость соблюдения требований (особенно для малого бизнеса), а также ранние исследования, указывающие на то, что преимущества жизненного цикла бессвинцового припоя по сравнению с традиционными припойными материалами неоднозначны. [16]
Ранее критика исходила от промышленности, сопротивляющейся изменениям, и от непонимания припоев и процессов пайки. Намеренная дезинформация поддерживалась, чтобы противостоять тому, что воспринималось как «нетарифный барьер, созданный европейскими бюрократами». Многие считают, что отрасль теперь сильнее благодаря этому опыту и лучше понимает задействованные науку и технологии. [43]
Одной из критических замечаний к RoHS является то, что ограничение свинца и кадмия не затрагивает некоторые из их наиболее распространенных применений, при этом для электронной промышленности соблюдение этого требования является дорогостоящим [ требуется ссылка ] . В частности, общий объем свинца, используемого в электронике, составляет всего 2% от мирового потребления свинца, в то время как 90% свинца используется для батарей (охваченных директивой по батареям, как упоминалось выше, которая требует переработки и ограничивает использование ртути и кадмия, но не ограничивает свинец). Другая критика заключается в том, что менее 4% свинца на свалках приходится на электронные компоненты или печатные платы, в то время как примерно 36% приходится на свинцовое стекло в мониторах с электронно-лучевой трубкой и телевизорах, которое может содержать до 2 кг на экран. Это исследование было проведено сразу после технологического бума . [44]
Более распространенные системы бессвинцовых припоев имеют более высокую температуру плавления, например, типичная разница в 30 °C для сплавов олова, серебра и меди, но температуры пайки волной припоя примерно одинаковы и составляют ~255 °C; [43] однако при этой температуре большинство типичных бессвинцовых припоев имеют более длительное время смачивания, чем эвтектический припой Pb/Sn 37:63. [45] Кроме того, сила смачивания обычно ниже, [45] что может быть невыгодно (для заполнения отверстий), но выгодно в других ситуациях (близко расположенные компоненты).
Необходимо проявлять осторожность при выборе припоев RoHS, поскольку некоторые формулы более твердые и менее пластичные, что увеличивает вероятность трещин вместо пластической деформации , что типично для припоев, содержащих свинец. [ требуется ссылка ] Трещины могут возникать из-за термических или механических сил, действующих на компоненты или печатную плату, причем первое чаще встречается во время производства, а второе — в полевых условиях. Припои RoHS демонстрируют преимущества и недостатки в этих отношениях, в зависимости от упаковки и формулы. [46]
Редактор журнала Conformity Magazine в 2005 году задавался вопросом, повлияет ли переход на бессвинцовый припой на долгосрочную надежность электронных устройств и систем, особенно в приложениях, более критически важных, чем в потребительских товарах, ссылаясь на возможные нарушения из-за других факторов окружающей среды, таких как окисление. [47] В издании Farnell/Newark InOne « Законодательство и техническое руководство по ограничению использования опасных веществ » 2005 года [48] упоминаются эти и другие проблемы с «бессвинцовым» припоем, такие как:
Потенциальные проблемы надежности были рассмотрены в пункте приложения № 7 директивы RoHS, предоставляющем некоторые конкретные исключения из регулирования до 2010 года. Эти вопросы были подняты, когда директива была впервые реализована в 2003 году, и влияние на надежность было менее известно. [49]
Другая потенциальная проблема, с которой могут столкнуться некоторые бессвинцовые припои с высоким содержанием олова, — это рост оловянных усов . Эти тонкие нити олова могут расти и соприкасаться с соседней дорожкой, вызывая короткое замыкание . Свинец в припое подавляет рост оловянных усов. Исторически оловянные усы были связаны с несколькими сбоями, включая остановку атомной электростанции и инцидент с кардиостимулятором , где использовалось чистое оловянное покрытие. Однако эти сбои произошли еще до RoHS. Они также не связаны с бытовой электроникой и, следовательно, при желании могут использовать вещества, ограниченные RoHS. Производители электронного оборудования для критически важных аэрокосмических приложений следовали политике осторожности и поэтому сопротивлялись принятию бессвинцовых припоев.
Чтобы помочь смягчить потенциальные проблемы, производители безсвинцовых изделий используют различные подходы, такие как формулы олова и цинка, которые производят непроводящие усы, или формулы, которые уменьшают рост, хотя они не останавливают рост полностью во всех обстоятельствах. [50] К счастью, опыт на сегодняшний день показывает, что развернутые примеры продуктов, соответствующих RoHS, не выходят из строя из-за роста усов. Доктор Рональд Ласки из Дартмутского колледжа сообщает: «RoHS действует уже более 15 месяцев, и было произведено продуктов, соответствующих RoHS, на сумму ~400 млрд долларов. При наличии всех этих продуктов в этой области не было зарегистрировано значительного количества отказов, связанных с оловянными усами». [51] Рост усов происходит медленно с течением времени, непредсказуем и не полностью изучен, поэтому время может быть единственным истинным испытанием этих усилий. Рост усов наблюдается даже для припоев на основе свинца, хотя и в гораздо меньших масштабах.
Некоторые страны исключили из законодательства продукты медицинской и телекоммуникационной инфраструктуры. [52] Однако это может быть спорным вопросом, поскольку производители электронных компонентов переводят свои производственные линии на производство только бессвинцовых деталей, обычные детали с эвтектическим припоем олово-свинец просто не будут доступны, даже для военных, аэрокосмических и промышленных пользователей. В той степени, в которой задействован только припой, это, по крайней мере, частично смягчается совместимостью многих бессвинцовых компонентов с процессами пайки, содержащими свинец. Компоненты на основе свинцовых рамок , такие как Quad Flat Packages (QFP), Small Outline Integrated Circuits (SOIC) и Small Outline Packages (SOP) с выводами типа «крыло чайки», как правило, совместимы, поскольку отделка выводов детали вносит небольшое количество материала в готовое соединение. Однако такие компоненты, как Ball Grid Arrays (BGA), которые поставляются с шариками бессвинцового припоя и бессвинцовыми деталями, часто несовместимы с процессами, содержащими свинец. [53]
Нет исключений de minimis , например, для микробизнеса. Этот экономический эффект был ожидаемым, и были предприняты по крайней мере некоторые попытки смягчить эффект. [54]
Другой формой экономического эффекта является стоимость отказов продукта во время перехода на соответствие RoHS. Например, оловянные усы были ответственны за 5% отказов в некоторых компонентах швейцарских часов Swatch в 2006 году, до июльской реализации RoHS, что, как сообщается, вызвало отзыв на сумму 1 миллиард долларов США. [55] [56] Swatch отреагировала на это, подав заявку на освобождение от соответствия RoHS, но она была отклонена. [57] [58]
RoHS помогает снизить ущерб людям и окружающей среде в странах третьего мира, где в конечном итоге оказывается большая часть сегодняшних «высокотехнологичных отходов». [14] [59] [60] Использование бессвинцовых припоев и компонентов снижает риски для работников электронной промышленности при прототипировании и производстве. Контакт с паяльной пастой больше не представляет той же опасности для здоровья, как раньше. [61]
Вопреки прогнозам о широкомасштабном отказе компонентов и снижении надежности, первая годовщина RoHS (июль 2007 г.) прошла без особой помпы. [62] Большинство современных потребительских электронных устройств соответствуют RoHS. По состоянию на 2013 г. во всем мире используются миллионы соответствующих продуктов.
Многие компании-производители электроники размещают на своих корпоративных сайтах страницы «RoHS status». Например, на сайте AMD указано:
Хотя свинецсодержащий припой не может быть полностью исключен из всех приложений сегодня, инженеры AMD разработали эффективные технические решения для снижения содержания свинца в микропроцессорах и чипсетах, чтобы обеспечить соответствие RoHS, минимизируя затраты и сохраняя характеристики продукта. Нет никаких изменений в подгонке, функциональных, электрических или эксплуатационных характеристиках. Ожидается, что стандарты качества и надежности для продуктов, соответствующих RoHS, будут идентичны по сравнению с текущими пакетами. [63]
Технологии финишной обработки печатных плат RoHS превосходят традиционные формулы по показателям термоудара при изготовлении, пригодности паяльной пасты для печати, контактного сопротивления и производительности соединения алюминиевых проводов и приближаются к ним по другим характеристикам. [64]
Свойства бессвинцового припоя, такие как его устойчивость к высоким температурам, использовались для предотвращения отказов в суровых полевых условиях. Эти условия включают рабочие температуры с циклами испытаний в диапазоне от −40 °C до +150 °C с жесткими требованиями к вибрации и ударам. Производители автомобилей теперь обращаются к решениям RoHS, поскольку электроника перемещается в моторный отсек. [65]
Одним из основных различий между свинцовыми и бессвинцовыми паяльными пастами является «текучесть» припоя в жидком состоянии. Содержащий свинец припой имеет более низкое поверхностное натяжение и имеет тенденцию слегка перемещаться, чтобы прикрепиться к открытым металлическим поверхностям, которые касаются любой части жидкого припоя. Бессвинцовый припой, наоборот, имеет тенденцию оставаться на месте, где он находится в жидком состоянии, и прикрепляется к открытым металлическим поверхностям только там, где жидкий припой касается его.
Такое отсутствие «текучести», которое обычно рассматривается как недостаток, поскольку может привести к снижению качества электрических соединений, может быть использовано для более плотного размещения компонентов, чем раньше, благодаря свойствам припоев, содержащих свинец.
Например, Motorola сообщает, что их новые методы сборки беспроводных устройств RoHS «...позволяют создавать более компактные, тонкие и легкие устройства». Их телефон Motorola Q был бы невозможен без нового припоя. Бессвинцовый припой позволяет использовать более плотные расстояния между контактными площадками. [66]
Исследования новых сплавов и технологий позволяют компаниям выпускать продукцию RoHS, которая в настоящее время освобождена от соответствия, например, компьютерные серверы. [67] IBM объявила о решении RoHS для паяных соединений с высоким содержанием свинца, которые когда-то считались постоянным исключением. Технология упаковки без свинца «...предлагает экономические преимущества по сравнению с традиционными процессами пайки, такими как сокращение отходов припоя, использование сплавов в объеме, более быстрое время выхода продукции на рынок и гораздо более низкий уровень использования химикатов». [68] [69]
Поставщики тестового и измерительного оборудования, такие как National Instruments , также начали производить продукцию, соответствующую директиве RoHS, несмотря на то, что устройства этой категории освобождены от директивы RoHS. [70]
Соответствие RoHS может ввести в заблуждение, поскольку RoHS3 (ЕС) допускает исключения, например, до 85% содержания свинца в высокотемпературных припоях. [5]
Поэтому хорошие компании должны четко определить свой уровень соответствия в основных технических паспортах продукта (DS); в идеале они должны предоставить лист содержания продукта (PCS) с полной декларацией вещества по массе. Аналогичным образом, хорошие разработчики (и пользователи) должны тщательно проверять информацию о продукте, чтобы убедиться, что они получают точную ожидаемую безопасность материала.
Примеры отраслей:
Идеально: соответствует RoHS3 без исключений
Хороший минимальный стандарт: соответствует RoHS3 с исключением содержания свинца только во внутреннем материале (чтобы помочь предотвратить воздействие свинца при прикосновении, утечку свинца в воду)
{{cite web}}
: CS1 maint: unfit URL (link)