RoHS測試：無(wú)鉛并非無(wú)麻煩

歐盟RoHS條例在今年七月生效，電子產(chǎn)業(yè)爭相達到這項法例的要求。隨著(zhù)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(lèi)似的法規，這個(gè)問(wèn)題是性的（見(jiàn)圖1）。RoHS條例的出現已經(jīng)引起了許多混亂，人們還沒(méi)有搞清楚它究竟對這個(gè)產(chǎn)業(yè)提出了什么樣的要求。本文詳細介紹七個(gè)問(wèn)題，這是人們在建立一個(gè)RoHS測試辦法時(shí)應該知道的問(wèn)題。

不僅僅是鉛的問(wèn)題
參觀(guān)展覽會(huì )或者在雜志上的文章中，可以看到，人人都說(shuō)自己的電路板是無(wú)鉛設計的。問(wèn)題是焊點(diǎn)。傳統的焊點(diǎn)是錫鉛焊點(diǎn)。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(gè)同樣重要的問(wèn)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(wú)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(guān)于材料。結果是大多數電子元件制造商都沒(méi)有配備能夠檢測材料、發(fā)現禁用物質(zhì)的必要的設備。只有可靠的材料測試實(shí)驗室才能做這種檢測。如果電路測試通過(guò)了，但是不能通過(guò)材料測試，于是電路板不合格，對供應商沒(méi)有什么用。

X射線(xiàn)只能做表面檢測
臺式和手持X射線(xiàn)熒光光譜儀 (XRF)設備的制造商到處宣傳，他們的系統可以用非破壞性測試，來(lái)觳獬魷抻夢(mèng)鎦?。虽然XRF能夠擔負起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)含量的信息。
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(shí)，測量誤差常常達到±30%甚高達±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、缺乏可比的標準、均勻的表面面積不夠大。需要作的測定時(shí)必須改變測試方法（圖2）。表1列出了評估限制物質(zhì)含量可以使用的幾種測試方法。
測試結果的含義是什么？
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(lái)降低焊料熔點(diǎn)，提高可加工性。鉛還可以用作纜線(xiàn)中乙烯基絕緣材料的熱穩定劑，鎘也有同樣作用。六價(jià)鉻通常用于防腐蝕的可復原鍍覆。鉻也常常用作顏料著(zhù)色劑，而溴化物一般是用作電子器材復合阻燃劑。
XRF這樣的篩檢技術(shù)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于極限值，并不代表產(chǎn)品不符合RoHS條例。但是，我們應該了解這些物質(zhì)的構成，并且，借助經(jīng)驗豐富的分析技術(shù)作出正確的評估。
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4％的鉛，鋼鐵和十溴化物阻燃劑中可以含有高達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)品是否真正達到RoHS的要求，十分重要。這些問(wèn)題了解不清楚，可能導致許多不必要的開(kāi)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(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*去除所有PBB和PBDE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)驗室建議使用與進(jìn)口國相同的程序。如有可能，還應定期進(jìn)行審核，以確保所使用實(shí)驗室仍然與通行慣例是一致的。
在美國，各政府機構和企業(yè)人，都有意設計一種合理的RoHS測試方法，規定測試應該如何進(jìn)行。這種方法將包括工廠(chǎng)內的工藝過(guò)程檢查、材料認證和常規驗證分析測試。為了保證產(chǎn)品符合RoHS的要求，測試實(shí)驗室應該提供完整的測試結果 和確認書(shū)。這些都是將為產(chǎn)品遵守RoHS必須提供的證明文件。
英國貿易與工業(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，這份證明應該得到正確測試數據的支持，便于按審核的標準格式進(jìn)行申報。DTI鼓勵生產(chǎn)商進(jìn)行定期分析，核對測試數據的正確性。為了保證產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程可追蹤，廠(chǎng)商應該保留清楚、詳細的記錄?？傊?，應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(shuō)明這些步驟。
要保證產(chǎn)品符合RoHS規定和降低產(chǎn)品成本，明確要求有一個(gè)的材料申報標準。為了統一標準，DTI建議使用IPC-1752，該標準推薦下列的申報：
?1類(lèi)——RoHS報告要說(shuō)明材料“是/否”均質(zhì)；
?2類(lèi)——RoHS報告要說(shuō)明材料“是/否”均質(zhì)，加上制造信息；
?3類(lèi)——RoHS報告要說(shuō)明材料“是/否”均質(zhì)，報告元件達到聯(lián)合工業(yè)指南（JIG）的A和B級，以及組件中含有用戶(hù)規定的其他物質(zhì)；
4類(lèi)——與3類(lèi)相同，加上制造信息；
?5類(lèi)——RoHS報告要說(shuō)明材料“是/否”均質(zhì)，按聯(lián)合工業(yè)指南（JIG）說(shuō)明均質(zhì)材料達到A和B級，以及用戶(hù)規定的其他物質(zhì)的均質(zhì)；
?6類(lèi)——與5類(lèi)相同，加上制造信息。
IPC-1752提出了一個(gè)有標準數據輸入表格的電子數據報告格式。該標準也建議使用XML圖表，以便自動(dòng)提取和轉換數據。美國已經(jīng)發(fā)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么，例如，為值得報告的物質(zhì)建立標準，以及為值得報告的物質(zhì)和極限值列出清單。
?IPC-1751/1752 （草案）。
許多其它制定標準的組織，正在努力使材料含量數據報告標準化，其中包括絡(luò )世達網(wǎng)（Rosetta Net）、2A10 和2A13 PIP、電子制造業(yè)協(xié)會(huì )（iNEMI）的材料申報項目和材料成分數據交換項目、意大利VEI、美國電子代理商協(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條例規定了每一種勻質(zhì)材料中限制物質(zhì)的大含量。RoHS條例以及相關(guān)的報廢電子電氣回收條例WEEE，甚是通常稱(chēng)做藍皮書(shū)的“按新方法及全局性方法執行RoHS和WEEE條例的指導綱要”，都沒(méi)有對均質(zhì)這個(gè)術(shù)語(yǔ)下定義。這個(gè)術(shù)語(yǔ)，出現是在2003年十二月的一個(gè)委員會(huì )文件里，該文件說(shuō)“均質(zhì)材料是指不能機械地拆分成幾個(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*類(lèi)型的塑料、陶瓷、玻璃、金屬、合金、紙板、樹(shù)脂和涂層的例子。‘機械拆分’這個(gè)術(shù)語(yǔ)指，材料原則上能夠通過(guò)擰、切割、壓、碾或者磨進(jìn)行機械分離。
一些測試機構沒(méi)有理解這個(gè)規定的含義，而誤以為電路板和組件是均質(zhì)的。換句話(huà)說(shuō)，他們把電路板和組件當作了均質(zhì)材料，而不是當作一個(gè)可以進(jìn)行機械分離的組件。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(zhì)含量數據低于實(shí)際水平，可能被進(jìn)口國檢測為不合格產(chǎn)品。

結論
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)單調乏味而且耗費時(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。