RoHS и WEEE
Сегодня мировая электроника переживает процесс революционных технологических изменений, вызванный строгими требованиями новых директив Европейского Союза: RoHS и WEEE. В статье рассматривается директива RoHS, которая находится в центре внимания ведущих мировых производителей электронных изделий, изготовителей и поставщиков электронных компонентов, а также многих компаний и организаций, вовлеченных тем или иным образом в производство, маркетинг и продажу изделий электроники в Европе и ряде других стран мира. Введение новых технологий вызовет серьезные изменения в производственном процессе, готовиться к которым необходимо было начинать уже вчера.

Директива RoHS (в англоязычной литературе - Restriction of Hazardous Substances (Ограничение опасных веществ)) касается электронных и электрических изделий, рабочее напряжение которых не превышает 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Директива устанавливает ограничения в части применения в изделиях следующих опасных материалов:
- свинец (Pb);
- ртуть (Hg);
- кадмий (Cd);
- хром 6-валентный (Cr VI);
- полибромин бифенил (PBB);
- полибромин дифенил этер (PBDE).

1. Температура плавления стандартных припоев, применяемых в настоящее время, например 63Sn37Pb, составляет 183°С, а у большинства бессвинцовых припоев - не менее 217°С. И хотя существует несколько типов бессвинцовых припоев, имеющих более низкую температуру плавления, приближающуюся к температуре плавления припоя 63Sn37Pb, однако они включают в себя или редкие и дорогие элементы, как индий (In), или/и имеют ухудшенные механические и химические свойства по сравнению с припоем олово-свинец. В итоге наиболее распространенным припоем для бессвинцового монтажа является трехкомпонентный сплав олова, серебра и меди (SAC - Sn, Ag, Cu) в составе 95-96% олова, 3-4% серебра и 0,5-1% меди.

2. В связи с более высокой температурой плавления припоя все компоненты и печатные платы должны выдерживать более высокие температуры в процессе пайки, доходящие до 260°С, а паяльное оборудование должно обеспечить указанные температуры. При этом некоторые электронные компоненты, которые успешно использовались в течение многих лет (например, алюминиевые электролитические конденсаторы), с трудом выдерживают указанные температуры. Аналогичная ситуация и с рядом соединителей, корпуса которых требуют доработки, испытаний и последующей сертификации для монтажа при повышенных температурах.

3. Металлические покрытия контактов электронных компонентов и проводников в печатных платах не должны содержать свинца.

4. Флюсы, используемые в процессе пайки, должны сохранять свои функциональные свойства при температурах до 260°С.

5. Корпуса многих компонентов изготовлены из пластмассы - материала, которому свойственно абсорбировать влагу из окружающей среды, и поэтому чувствительного к высоким температурам пайки. Отсюда и повышенные требования к этим изделиям и в процессе монтажа, и при хранении. Следовательно, значительное количество интегральных микросхем (особенно больших размеров) будет поставляться в вакуумных упаковках с ограничением времени возможного использования микросхем после вскрытия упаковки.

6. Бессвинцовые соединения на печатных платах отличаются от привычных, использующих припой олово-свинец. Поэтому критерии, применяемые при визуальном контроле качества пайки, будут изменены, а персонал служб качества должен пройти переподготовку.

7. Новая технология, особенно на начальной стадии внедрения, приведет к большому количеству дефектов пайки. Скорее всего, потребуется проведение дополнительных испытаний на надежность изделий, изготовленных по бессвинцо- вым технологиям.

8. Сегодня производители электронных комплектующих начинают переводить выпуск уже существующих компонентов на новые технологии, отвечающие требованиям RoHS. При этом, скорее всего, прекратится выпуск устаревших компонентов и компонентов, не пользующихся спросом. Следовательно, потребуется вносить изменения в существующие проекты.

9. Для компонентов, выпускаемых по новым технологиям, потребуется маркировка, обеспечивающая их надежную визуальную идентификацию для исключения смешивания новых и старых изделий как в процессе монтажа, так и при хранении на складе.

10. Неизбежны проблемы переходного периода, когда подготовка к производству по новым технологиям "сосуществует" с еще продолжающейся деятельностью по выпуску продукции на основе устаревших компонентов. Наиболее ярко эти проблемы проявятся в логистике и при технологическом обеспечении производства.

Введение новой технологии и выпуск изделий, соответствующих требованиям RoHS, потребуют значительных дополнительных затрат со стороны изготовителей. В числе основных факторов, влияющих на повышение стоимости производства, важно упомянуть следующие:
- изготовители электронных компонентов и печатных плат не гарантируют сохранение цен на прежнем уровне, и уже наблюдается тенденция их повышения, которая наверняка сохранится до тех пор, пока объем выпуска новых компонентов не достигнет уровня производства их аналогов, изготавливаемых в настоящее время;
- входной контроль для компонентов с проверкой на соответствие RoHS более сложен и потребует дополнительного обучения персонала;
- необходимость в дополнительных затратах на соблюдение требований по хранению бессвинцовых компонентов и обращению с ними;
- поскольку свинец является наиболее дешевым материалом, входящим в состав припоя, то его замена другими материалами приведет к повышению стоимости припоя;
- повышение температуры монтажа до 260°С вызывает увеличение потребления электроэнергии;
- увеличение производственных затрат из-за снижения уровня выпуска исправных изделий при внедрении новой технологии и необходимости до- полнительных исправлений;
- затраты на обучение и переподготовку инженерно-технического персонала.

Необходимо также упомянуть о технических стандартах, имеющих значение для успешного внедрения новой технологии и обеспечения соответствия электронных изделий требованиям RoHS. К сожалению, не все аспекты, связанные с разработкой изделий, отвечающих требованиям RoHS, а также с их маркетингом и продажей на рынках европейских стран, подкреплены стандартами и административными указаниями. Так, до сих пор еще окончательно не узаконены порядок поставок в Европу изделий после срока введения RoHS в действие, а также процедура контроля их соответствия директиве.

Однако за последние год-полтора введены в действие следующие стандарты, связанные с требованиями RoHS и бессвинцовой технологией:

1. IPC/JEDEC J-STD-020C (июль 2004 г.) - Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices (Классификация твердотельных, негерметичных устройств поверхностного монтажа по чувствительности к влажности, влагоабсорбции) - новая версия стандарта вместо существующей ранее <020B>, в которую включены температурные требования к корпусам интегральных схем, изготавливаемых для монтажа по бессвинцовой технологии.

2. JEDEC STANDARD JESD97 (май 2004 г.) - Marking, Symbols and Labels for Identification of Lead (Pb) Free Assemblies, Components and Devices (Маркировка, символы, и обозначения для идентификации отсутствия содержания свинца в компонентах и устройствах).

3. JEDEC STANDARD JESD22-B106C (февраль 2005 г.) - Resistance to Soldering Temperature for Through-Hole Mounted Devices (Устойчивость к температуре пайки через скозные отверстия монтируемых устройств).

4. JOINT INDUSTRY GUIDE JIG-101 (апрель 2005 г.) - Material Composition Declaration for Electronic Products.

5. IPC/JEDEC J-STD-033B (октябрь 2005 г.) - Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices (Обработка, упаковка и пересылка влагочувствительных монтируемых устройств).

За последние годы российская электроника развивалась с ориентацией на значительное потребление импортных электронных компонентов. Поэтому в самое ближайшее время разработчики и изготовители электронной продукции, а также дистрибьюторы, обеспечивающие их необходимыми импортными компонентами, будут вынуждены считаться с происходящими технологическими изменениями. Электроника в России вряд ли сможет остаться в стороне от внедрения директивы RoHS, и чем раньше начнется этот процесс, тем менее болезненным и более успешным он окажется.