RoHS/WEEE专题

 

欧盟于2003年立法以促进电气电子设备废物的回收、处理和循环利用。这项立法被称作“废弃电气电子设备 （WEEE） 法案”，欧洲议会立法编号为2002/96/EC。2003年，欧洲议会又通过了2002/95/EC配套标准，即“限制在电子电气产品中使用有害物质的标准”（RoHS）。从2006年7月1日起，RoHS对电子电气设备中的铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯醚和多溴联苯含量做出了规定。这些化学物质会对人类健康和环境产生威胁。所有欧盟成员国都应以本指令为指导制定出相应的执行和实施政策。

　　欧盟以外的制造商可能会奇怪RoHS对自己有什么影响，毕竟这只是一个欧洲指令。事实上，RoHS标准是国际范畴的。该指令规定：任何产品（无论是中国生产的电缆，美国制造的部件，还是日本生产的PCB）只要在管理范畴之内，在进入欧盟之前都必须符合RoHS标准。如果产品最终销往欧盟，就肯定会受到RoHS的影响。此外，欧盟并非全球唯一对电子产品有毒物质含量采取限制措施的组织。美国加利福尼亚州2003年颁布的“电子废弃物循环利用法案”就与RoHS指令类似，且该法案自2007年1月1日以来已经开始实施。此外，日本、中国和韩国预计也将制定出相应的法律。

　　日本

　　日本内阁制定的“特定化学物质明示条例 （J-MOSS）”于2006年7月1日颁布实施，该工业标准要求电子产品中特定有毒物质含量超过一定水平时必须具备警告标识。

　　韩国

　　韩国于2007年4月2日颁布了“电气电子设备和汽车资源回收利用条例”。

　　中国

　　中国的“电子信息产品污染控制管理办法”（也就是通常所说的中国版RoHS）目的也是建立类似的管理限制机制，不过采取的方法有所区别。与欧盟的RoHS不同，中国RoHS对任何类型的电子产品都有效，产品在该标准下只分为两类，即符合中国RoHS标准与不符合中国RoHS标准。

　　详细信息

　　RoHS通常被称作无铅标准，但实际涉及以下六种物质：

　　1. 铅（Pb）

　　2. 汞（Hg）

　　3. 镉（Cd）

　　4. 六价铬（Cr6+）

　　5. 多溴联苯（PBB）

　　6. 多溴联苯醚（PBDE）

　　PBB和PBDE是某几种塑料中的阻燃剂。

　　以上物质在均质材料条件下允许的最大密度为0.1%，或1000 ppm（镉除外，其限量为0.01%或100 ppm）。这就是说，限量不是针对成品重量或元件重量，而是针对任何能（理论上）机械分离出来的单个物质，例如电缆外皮或元件引脚上的镀锡。

　　为了填补RoHS的漏洞，欧洲委员会于2006年5月被提请评估两种此前未被包括在内的产品类型（监控设备和医疗设备），以考虑是否将这两类产品也纳入RoHS标准的管辖范围。

　　WEEE指令的相关章节对适用范围做出了如下规定，包括：

　　1. 大型家用电器;

　　2. 小型家用电器;

　　3. IT和电信设备（某些国家不包含基础设施设备）;

　　4. 消费类产品;

　　5. 照明设备（包含灯泡）;

　　6. 电子电气工具;

　　7. 玩具、休闲和体育用品;

　　8. 医疗设备（目前不包含）;

　　9. 监控及控制设备（目前不包含）;

　　10. 自动售货机;

　　11. 半导体器件。

　　该标准并不适用于固定的工业厂房和工具。公司应确保投放到市场中的产品具有合规性，满足规定的要求。元件和次级装配件不必确保产品合规性。当然，考虑到这一标准针对的是均质材料级别，应通过供应链将物质密度数据传递给最终制造商。

　　豁免规则

　　对于少量应用而言，可以免除其RoHS合规性要求。由于技术或科学上的原因，上述禁用物质在这些应用中具有不可替代性，或者替代物对环境、健康或消费者安全造成的负面影响远远大于正面效益。

　　豁免是暂时性的，应至少每四年接受一次复核，直到最终找到可靠安全的合规替代物。因此，许多豁免都标注了适用期限。

　　2010年9月24日，欧盟委员会大幅修订了RoHS豁免名单，并替换整个附件以使其内容更加清晰。目前RoHS标准下共有39种豁免情况。

　　有害的高科技垃圾问题

　　RoHS以及其它在减少有害电子材料方面所做的努力在一定程度上是为了应对消费类电子废弃物这个全球性问题。随着新技术越来越快地蜂拥而来，消费类电子产品的淘汰速度也在加快。这些被丢弃的废品会进入垃圾填埋场，或者会被运到中国等国进行“回收”。

　　除了高科技垃圾问题外，RoHS已经认识到接触低量化学物对人们的长期影响。新的测试技术能检测到更低浓度的环境有毒物。研究人员正在研究接触有毒物对于人体神经、发育和生殖系统的影响。

　　与RoHS不同，急性中毒相关法律针对的是直接接触到大量有毒物质且导致伤亡的这种情况。

　　生命周期影响评估

　　1. 无铅焊接

　　研究结果能为业界提供无铅焊接生命周期环境影响的客观分析，从而对环境问题进行现实的评估，并作为对成本和性能等传统参数的补充。此外，这一评估也能帮助制造商改善产品和流程，降低能耗，减少有毒化学物质的排放以及对人体健康和环境的威胁，从而减轻焊料的环境影响。

　　2. 不含 BFR 的塑料

　　塑料溴化阻燃剂 （BFR） 含量禁止超过0.1%，这一规定对塑料的回收再利用产生了影响。越来越多的产品采用再生塑料，因此必须了解这些塑料的BFR含量，这需要跟踪回收塑料的来源以明确BFR含量，或者通过测量样本的方式获得 BFR 含量数据。BFR含量高的塑料处理起来成本高，而且很难废弃;而BFR低于0.1%的塑料则能作为有价值的可回收材料。

　　优势

　　健康优势

　　当今大多数高科技垃圾最终都被运往第三世界国家，而RoHS标准的实施能有助于减少对这些国家居民的伤害和环境的影响。无铅焊接和相关元件的使用能让从事原型设计和制造操作的电子产业工人直接受益，提高他们的健康水平。接触焊膏对健康的影响已经不再像从前那样严重了。

　　不用担心可靠性问题

　　有人预测RoHS标准的实施会造成大量元件故障，降低可靠性。而当今全世界范围内有大量合规产品被广泛使用，并没有出现这些问题。目前大多数消费类电子产品都符合RoHS标准，包括苹果的iPod便携式音乐播放器以及戴尔和惠普的家用电脑和服务器等。

　　流动特性和装配

　　含铅和无铅焊膏的一个主要区别就在于焊膏液态时的流动特性。含铅焊料的表面张力低，会向液体焊料周边的金属表面慢慢扩散。与此形成电子对比的是，无铅焊料在液态情况下会保持原地不动，仅停留在最初接触到的金属表面上。

　　缺乏流动性通常会被视为一种缺点，因为这可能导致电气接触质量下降，但实际上这也是一大优势，相对于含铅焊料而言，无铅焊料能让元件间的连接更加紧密。

　　业界的批评

　　可靠性：

　　无铅焊料方案的长期可靠性仍存在争议。可靠性是一个非常复杂宽泛的问题，这里难以赘述。过去几年来，已有大量技术论文和文章对此问题进行了探讨。无论“锡须（tin whiskers）”或“锡瘟（tin pest）”是真正的问题还是仅仅是理论上的问题，包括填埋铅的浸出污染等，这些都有待于进一步的研究。不幸的是，锡铅焊料已经使用了将近2000年，所有铅焊料替代材料显然都不具备如此长期的有效性数据。

　　成本：

　　如果说无铅焊接的可靠性是个值得争辩的问题，那么无铅焊接的整体成本要高于铅锡焊接却是个不争的事实。仅转换过程就要花费上亿美元，包括培训、工艺开发、资格认证测试和新设备等。

　　在使用过程中采用更昂贵、更稀缺的材料，消耗更高的热能，工序更长，产能更低，这些一系列问题会使电子设备的成本增加数十亿美元，这还不算技术转换的过程。高成本和低利润会导致价格上涨，最终将成本转嫁到消费者头上。

　　资源使用不当：

　　无铅焊料造成的成本既看不到又不能恢复，经济学家称之为“机会成本”。无铅焊料的机会成本在于，熟练的技术工人需要花费大量工时进行无铅工艺技术的准备和转换工作。这些工人本可以把时间用于提高产品质量、制造水平、新产品开发以及增强功能，结果却为一个幻想浪费掉了。

　　标识

　　RoHS不要求任何特定的产品标识。不过，许多制造商采取了自己的合规标识以减少混淆。现今使用的可视标识包括“RoHS compliant”标签、绿叶、对勾和“PB-Free”标识等。

　　以下给出了一些常见的标识：

　　RoHS测试

　　电气电子设备制造商应在生产过程中检查并确保新产品的六价铬、汞、铅、镉以及PBDE和PBE等限制使用物质不超标。

　　图：测试决策流程图

　　XRF检查（初步方法）

　　针对各种不同材料，可靠、准确、快速地进行RoHS限制元素检查是一项艰巨的工作。在实践中，X射线荧光分析 （XRF） 已被证明是一种理想的分析工具，能充分满足业界的主要需求。XRF的采样准备最少并且能直接测量固态样本，因此优于其它元素分析方法。XRF检查法能在最短时间内得出结果，成本效率优势最高，可以显示产品中是否存在RoHS标准规定的危险物质以及所在的位置。举例来说这种技术特别适用于对最终产品进行快速检查。

　　湿化学分析（验证方法）

　　在RoHS测试过程中，首先利用XRF进行初步检查。如果发现大量限制物质，则要使用湿化学分析（Wet Chemical Analysis）进行进一步测试，以获得准确度较高的结论。

　　图：RoHS测试流程图

　　RoHS部件标识

　　各公司通过独特的器件型号来区分RoHS合规性和非合规性产品。通过在原始器件型号系统中添加字母的方式来标明RoHS合规性产品，并可在数据手册或器件型号细目表中轻松识别。举例来说：

　　赛普拉斯半导体公司在其销售的器件型号中添加了后缀字母X。

　　RoHS部件 = CY7C199C-15VXC

　　非RoHS部件 = CY7C199C-15VC

　　赛普拉斯的RoHS政策

　　赛普拉斯环保政策

　　赛普拉斯致力于避免环境污染，持续改进环境系统和控制。赛普拉斯将遵守所有适用的环保法规和客户要求，并将制定和审核目标及指标，以保护自然资源。

　　结论

　　欧盟RoHS标准在全世界范围内取得了重大成就。随着越来越多的国家采用此标准，未来垃圾填埋场的污染程度将会降低，产业工人健康程度也会提高。RoHS在电子产品供应链中淘汰了多种危险化学品，为全球标准的制定做好了铺垫。许多公司的努力已经超越了RoHS的范畴，目前市场上的许多产品都不包含卤化有机物。现成的替代材料和元件还能充分满足技术性能和防火安全标准的要求。

　　在欧盟成员国开展业务的企业必须遵守相关法律，减少危险物质的使用并需要适当处理电子废弃物。如果不及时采用RoHS技术，就会增加产品被限制入关的风险，造成产品滞销，最终损失市场份额。