PCB企业ROHS管理的方方面面.doc

PCB 企业ROHS 管理的方方面面欧盟ROHS 环保指令和中国的环保法令目前是PCB 行业最热门的话题之一。ROHS 的实施与贯彻对企业事关重大。本文从管理的角度就PCB 企业内部贯彻实施ROHS 涉及到的方方面面作一个综述，包括合同评审、采购、库存、ROHS标签、出货、测试等方面，从技术的角度，综述PCB无卤化和无铅化目前最新的进度状况和存在的问题。关键词 企业ROHS管理无卤 无铅1.0实施ROHS的重要性：2006 年7 月1 日，欧盟将正式实施ROHS 环保指令。未来二三年内，欧盟和中国的环保法令将会持续的成为本行业最热门的主题之一。目前，欧盟已成为我国机电产品出口的主要市场。ROHS指令将使约270 亿美元的中国机电产品面临欧盟的环保壁垒，将会严重限制和影响到中国/香港地区对欧洲的以印制电路板作为基础组件的电子和电气产品的出口。欧盟二个指令同企业生存发展息息相关。对印制板生产企业来说，涉及到我们生产的产品是否符合欧盟的环保法律法规，我们的产品能否进入欧盟各国，我们的企业能否符合不同的国外客户对企业的严格的环保审核，弄不好，订单会被取消掉，企业会被“洗牌”出局。ROHS的实施贯彻事关重大。涉及的面也广，在企业内部，采购、工艺、商务、包装、设备、仓库等相关部门全部都要动起来，采取相关的管理措施和行动，各相关部门会被搞得无穷的烦恼，甚至伤透脑筋。本文就PCB企业内部贯彻实施ROHS涉及到的方方面面作一个综述。2.0 ROHS的核心内容：2.1欧盟二个指令2002 年欧盟颁发了二项环保指令案，即：?2002/95/EC，在电气电子设备中限制使用某些有害物质，英文是：The restriction of the use of certain Hazardous substances in Electrical and electronic Equipment, ROHS是其英文的简称。?2002/96/EC，电气和电子产品废弃物，英文是：Waste electrical and electronic equipment,WEEE是其英文的简称。2.2 ROHS指令的内容ROHS（2002/95/EC号决议）和其后来对其修改的2005/618/EC，2005/717/EC决议，包括有以下内容：?欧盟各成员国保证从2006 年7 月1 日起，投放欧盟市场的新的电气和电子设备不含有铅（Pb），汞（Hg），镉（Cd），六价铬（Cr6+），多溴联苯（PBB）或多溴二苯醚（PBDE）六种物质。允许铅、汞、六价铬、多溴联苯（PBB）或多溴二苯醚（PBDE）这五种物质及同类材料的最大浓度值分别为各自重量的0.1%(即1000ppm),镉及同类物料的最大浓度值为重量的0.01%(即100ppm)。（2005.8.18. 2005/618/EC号决议）?2005 年10 月15 日发布的2005/717/EC 号决议,对ROHS 附录进行第二次修改,在附录中十溴二苯醚,含铅青铜的外壳和衬套中的铅被豁免。就是说，以十溴二苯醚作为印制板的阻燃剂，可以放心使用。2.3 ROHS指令的目的保护环境和人类健康。2.4中国的ROHS由国家发改委，国家环保局，商务部，工商管理总局，海关总署，信息产业部等六部委联合签署的电子信息产品生产污染防治管理办法，已签署完毕，并已通报给WTO 组织，待WTO 组织提出修改意见后，中国会作最后的修订，并将在今年内颁布，2007 年生效。有人称这个檔为“中国的ROHS”。文件上说，欧盟ROHS指令禁用的六种有害物质，中国也同样生效。3.0.企业ROHS管理3.1 范围与职责?范围企业内部的 ROHS管理，涉及到合同评审，工程设计，物料采购，存储，产品生产和检验、包装、存储及交付等相关环节的方方面面。?物料通常分为三类物料进行管理。A 类：最终存在于印制板产品上的物料，如覆铜板基材，阻焊油墨，铜箔，无铅热风整平的锡条等。B类：适用于产品的包装材料，如纸箱，真空膜，珍珠棉等。C类：指的是与产品接触的辅助材料及工具，如干膜，蚀刻液，硫酸，碳酸钠，手套，胶管等。?职责应当建立ROHS管理体系，确保其正常运行、维持，并持续改进。应当建立相应的ROHS管理机构（如企业的系统中心），负责相关的ROHS系统文件编写，联系测试机构，客户等。各相关部门（如商务，采购，物流，计划，生产，工程等）负责按ROHS文件程序运作。QA部负责监督各部门按ROHS文件进行作业。3.2 合同评审，MI制作商务部接订单时应审查该订单。如客户无ROHS要求，按正常情况处理；如客户订单要求交付的产品要符合ROHS，表明生产的印制板上禁用汞，镉，六价铬，铅，PBB（多溴联苯），PBDE（多溴二苯醚）这六种物质。重要的是，审查客户订单要求是哪能一种无铅表面涂覆工艺（OSP，Ni/Au，Ag，Sn，无铅喷锡）。?凡是要求ROHS的订单，阻焊绿油必须选用供货商书面保证，并有测试报告证明是不存在欧盟禁用的六种物质，在阻焊剂上没有故意添加以上六种物质的。?凡是要求ROHS的订单，印制板的包装，不应含有欧盟禁用或对环境有毒，造成环境破坏的物质，例如不得使用石棉，聚氯乙烯塑料，氯丁橡胶等。?凡是要求ROHS的订单，还应搞清产品和包装箱上要否加入“ROHS“标签的要求。?商务部作合同评审时，应在合同评审报告中增加ROHS的内容：包括覆铜板材，阻焊油墨，表面涂覆工艺，包装，出货报告，ROHS 标签等。若客户要求使用无卤基材，则应明确本企业试用合格认可的厂家，型号，规格。?商务部按客户有关ROHS的要求以文件的形式转到工程部，工程部按客户要求作出MI（制造说明）设计，并写入到企业的ERP（Enterprise Resources Planning, 企业资源计划）中。?因为有铅喷锡（热风整平）和无铅喷锡（热风整平）在外观上是无法区别的，为避免混料、混板情况发生，同一客户同一型号的印制板作有铅和无铅喷锡（热风整平）两种设计时，应对该产品作两种编号，并规定至少在其中一种产品上作标志，以便区分。有铅喷锡的标记为“Pb”，无铅喷锡标记建议为“Pb”，标记位置应在产品有效范围内。加标志前应取得客户认可。?工程QA在审查MI（制造说明）时，应审核客户是否有ROHS要求，MI中有否体现，ERP中是否有相关信息。3.3 采购1) 规定供货商向本公司提供的物料必须符合ROHS指令的要求。2）要求供货商提供产品的检验和检测报告。?测试报告（ROHS）A类物料供货商必须在首次供货时提供。其后每批供货时提供测试报告复印件。ROHS测试报告应为有资格的第三方，例如SGS 公司。测试报告有效期为一年。如供货时无ROHS 测试报告，将按不合格品进行处理。?产品承诺书（ROHS）A类，B类，C类，物料供货商和设备供货商在首次供货时应提供ROHS 产品承诺书，有效期为一年。承诺书承诺由供货商提供的产品，包括包装等保证满足欧盟ROHS指令的要求，ROHS物料有害物质含量的要求（Cd0.01%、其余Pb、Hg、Cr6+、PBB、PBDE 分别为0.1%），并保证没有故意添加这六种有害物质。3) 采购根据实际需要可组织评审小组到供货商稽查环境关联物质管理体系执行状况。4) 根据各供货商提供的规定的相关资料，采购部编制出本公司“ROHS 原材料清单”，内容包括A类B类物料。5) 供货商来料时，在产品外包装及内部最小包装明显处贴有符合ROHS 的标签。卷标样式通常是圆或椭圆形，绿底黑（或白）字，标注“ROHS Compliant”（符合ROHS），尺寸约5 X 3cm 。6）下采购订单时，如采购物料有ROHS要求，需在订单上注明。3.4物料进厂检验1)物料进厂后，接收物料时，应检查内外包装是否有ROHS标签，A类物料还需查有否ROHS测试保告(可接受有效期一年内的同种物料复印件)。如无标签和ROHS测试报告，按不合格品处理。2)进一步验证ROHS测试报告的符合性，产品名称与报告的一致性,有效期范围，六种有害物质含量是否符合要求。ROHS测试报告连同产品检验报告，一同保存。3.5物料仓库的管理仓库应划分为ROHS 物料区及非ROHS 物料区.二个区域应保持一定的距离,并有明显标识.进料检验合格的物料,将其放入相应的区域.3.6 投料、生产、检验1)如果订单要求符合ROHS，投料时应确保所投物料是本公司“ROHS 原材料清单”中的物料，否则不能生产。2)如果是ROHS 订单，在工卡和MI 的右上角亦应打ROHS 标志。如果是作有铅喷锡产品，则工卡和MI上的右上角打上“非ROHS”标志，以便区分。标志尺寸通常是2 X 2cm。3）基于生产的原材料都以作了ROHS 管理，来料是符合ROHS 要求的，因此，生产印制板在热风整平（喷锡）工序前不用区分ROHS和非ROHS区域。4）在热风整平（喷锡）工序，应分设ROHS区域和非ROHS区域，（有人称之为Green Material Borough环保区和Not Green Material Borough非环保区）。有铅喷锡产品放在非ROHS（非环保）区，除有铅喷锡外的其它产品可放在ROHS区（环保区）。5）应避免ROHS和非ROHS产品的交叉混放，有铅和无铅喷锡的外观是一样的，如果混到一起了，则将ROHS产品列为不保格产品处理。6）品管部检验时注意产品是否有ROHS方面的特别要求，如需要作某种性能检测，要求特别标识的报告，都应予以满足。3.7 出货1)客户要求出货需贴ROHS卷标时，应在产品包装上贴ROHS卷标。所贴的标签应同客户商量，是贴客户指定提供的还是本公司制作的标签。通常标签为绿底白(或黑)字，长宽2X3cm，圆或椭圆形。卷标上的文字是“ROHS Compliant”（符合ROHS）。标签通常贴在内包装和外包装的明显位置，外包装贴于包装箱面的右上角。2）出货前检查客户是否要求ROHS测试报告，是否要求贴标签等。3）出货仓库应分为ROHS区和非ROHS区域，并有明显标示。3.8 ROHS测试公司应按产品类型，每年取样一至二次外发有资格的第三方测试机构，作ROHS指令规定的六种有害物质含量测试，测试结果妥为保存，并向客户提供复印件。若测试结果不合格，应立即停止出货，查找原因和责任，及时通知客户，按客户要求及时采取措施。若有害物超标的原因是原材料的问题，应追究供货商责任并作赔偿。4.0 PCB 企业无卤化4.1 四溴双酚A欧盟ROHS禁用的二种阻燃剂是PBB(多溴联苯)和PBDE(多溴二苯醚)，禁用的原因是PBB和PBDE在废弃燃烧时，会放出dioxides(戴奥辛，中文叫做二恶英)，Benzfuran(苯呋喃)等，发烟量大，气味难闻，高毒性，致癌，摄入后无法排出，不环保，影响人体健康。据说，PBB 在印制板基材行业早已停用，PBDE 仅有少量用在纸基PCB 中，较多的是用在热塑性塑料行业作阻燃剂。目前，尚未有任何法律法规加以规定，不得使用PBB 和PBDE 以外的溴阻燃材料。在印制板行业常用FR4、CEM基材上，阻燃剂多使用溴化环氧树脂，如四溴双酚A(Tetrabromobis-phenol-A)二溴苯酚，六溴环十二烷，三溴苯酚等，其含量为8-20%。在电子和电气设备中为确保防火安全性，世界上使用最广泛和最主要的一种阻燃剂是四溴双酚A。四溴双酚A对人体和环境是否安全，这是人们迫切关注的问题。一个国际溴化学行业组织溴科学与环境论坛(BSEFBromine Science and EnvironmentalFornm)对四溴双酚A树脂基的印制板作环境风险评估正在进行中,评估结果将于2006 年底公布。目前的初步结论有：1) 欧盟颁布的有害物质禁令(ROHS)中，不包括四溴双酚A，而限制使用的阻燃剂只有五溴二苯醚,八溴二苯醚和多溴联苯。以十溴二苯醚作为印制板的阻燃剂，可放心使用(欧盟2005年10 月15日发布2005/717/EC决议)。2004 年全球使用四溴双酚A 的量是17 万吨，是当今全球产量最大的溴化阻燃剂。估计90%以上的电子电气设备使用了四溴双酚A树脂。2) 加入了四溴双酚A的层压板材具有阻燃性，可满足FR4 板材性能指针，另外，四溴双酚A可使树脂固化，确保材样有最好的机械性能。在FR4 覆铜板中，四溴双酚A 其分子经反应成为环氧树脂的骨架。3) 四溴双酚A被公论是PCB层压材料中性能价格比最好的防火安全材料，已证明四溴双酚A符合欧盟既定的健康和环保标准，对人体健康是安全的,对环境无影响，也不析出。4) 四溴双酚A是层压板中使用最有效的阻燃剂，也是从健康和环境角度来讲研究得最透彻的阻燃剂。目前世界上没有任何法规限制使用四溴双酚A。4.2 PCB无卤化卤素，指化学元素周期中的卤族元素，包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）。含卤素的阻燃剂不一定是健康和安全的，PBB和PBDE 含卤素，禁用；四溴双酚A含卤素，研究初步结论是OK，不含卤的阻燃剂是安全环保的。这个结论是否有道理？一些跨国大公司认为PCB基材的发展方向是无卤化，他们在积极推动完全废止除PBB和PBDE 以外的所有含溴阻燃材料，包括索尼、摩托罗拉。一些已开始使用无卤化基材的整机厂家，是不会“退回”使用原来的含卤基板材料的。但是，不可忽视的问题是，含磷阻燃剂制造的覆铜板在同时实现“无卤化”，“无铅化”要求时，制造成本会大幅提升，客户不易接受。有人戏言：今后生产无卤化覆铜板只是给少数的客户“开小灶”。我们熟悉的PCB 技术权威台湾白蓉生教授说，“基板无卤化，是商业、政治的一时炒作，简直是一场瞎胡闹”。笔者相信，到2006 年底，BSEF（溴科学与环境论坛）对四溴双酚A环境风险评估结果公布后，今后几年，含卤覆铜板继续存在并占领大部分市场；目前无卤基板需求是少量，如果价格能大幅降低，性能亦优越，无卤基板客户会快速成长。部分人的心里感受，是无卤阻燃剂的产品更为安全、健康，是真正的绿色产品。5.0 PCB 无铅化1）欧盟禁铅，何谓无铅？铅是欧盟 ROHS指令禁用的六种物质之一。欧盟称，物质中铅含量0.1%为无铅；日本标准，Pb0.1%；美国标准，0.2%称之为无铅。只要不是故意在焊料中加入铅就应称之为无铅。2）PCB表面处理无铅工艺，有哪些？按照欧盟的指令，有铅喷锡（Pb：Sn=37：63，即热风整平）2006.7.1 以后判死刑。PCB 可焊性表面处理，能够量产的工艺有：无铅喷锡、化学沉镍/金、电镀镍/金、化学沉银、化学沉锡、OSP。另外，手机板先局部沉Ni/Au（触点部位），其余OSP。3) PCB焊接的基本原理研究表明，焊接过程中，焊盘上只有铜和镍起到作用。其外表的银和金属仅用作保护底金属不被氧化（生锈）以便于焊接。金、银层并未对焊点强度作贡献，愈厚反而愈糟。焊盘表面若是锡（不管是喷锡或浸锡），则会与焊接时的焊料熔为一体。镍/金层又可分为电镀Ni/Au和化学沉Ni/Au。化学沉镍层，通常会含有磷6-11%，在焊接过程中容易发生黑焊盘（Black pad），因而逐渐被OSP所取代。在各种焊料合金中，锡占主导成分，它才是焊接的主角。其余的各种成份（镍、铜、铟、银、铋等）的功用有二方面，一是降低焊接熔点，二是压制界面合金共化物IMC（Intermatellic compound）的生长，少量的铜和镍会参加接口合金共化物（IMC）的结构。只有在焊温中接口合金共化物（IMC）迅速成长才会展现其强度，而未产生接口合金共化物（IMC）者就是冷焊或虚焊了。资料表面，可焊性（Solderabilitg）好并不代表焊点强度（Joint strength）和老化过程中的可靠性（Reliability）也好。锡铜焊点（Cu6 Sn5）比锡镍焊点（Ni3 Sn4）更强。4) 无铅喷锡（热风整平）无铅焊料，欧、美、日三方共同认可最具可行性的配方是锡银铜系列（Sn-Ag-Cu）。美国ENMI 推荐（美国电气制造商协商）：熔焊95.9Sn-3.9Ag-0.6Cu，波峰焊99.3Sn-0.7Cu。欧盟Brite-Eurarn推荐95.5Sn-3.8Ag-0.7Cu。日本电子工业发展协会（JIEDA）推荐96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，这就是SnAgCu305配方，目前成为无铅焊接的主流。上述的三相合金共熔温度为217，成为欧美日三方最关注的宠儿，全球电子界公认的最佳无铅焊料。 目前电子装配厂使用的焊料多为SuAgCu305配方，其熔点（217），比起有铅Sn63：Pb37焊料的熔点183高出34%。在广东的PCB企业据了解，2004 年拥有无铅喷锡工艺的仅为几家，2005 年已有数十家购买了无铅喷锡机。所使用的焊料，有的使用SnAgCu305，而更好的是使用SN100C焊料。SN100C是一个SnCuNi配方，其Sn 含量占绝大多数，Cu 占0.7%，Ni 少量，这种焊料在全球至少有450 台机器在使用。在无铅喷锡时，采用SuAgCu305（217）或SnCu（227），溶铜速度快，会使锡缸很快引起铜污染，容易造成针状界面合金共化物（IMC），流动性差，散锡性不好，熔蚀伤害板面上的铜导体。而使用SN100C，或日本的SCN（含Ni 0.02-0.05%），效果比SuAgCu305要好得多。5) 化学沉Ag和Sn高频微波印制板客户喜欢用沉Ag工艺，银层对高频性能影响小。银层可焊性好，沉积层薄（0.150.05um），工艺流程简单，易操作，但最大的问题是银层易发黄发黑，生产线各个槽要用纯水，步步操作要小心细心，板与板之间用无硫纸相隔，板面一发黄，客户即会退货。另外，沉银层一