【经验分享】PCB 企业ROHS管理的方方面面

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（Cd≤0.01%、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，除有铅喷锡外的其他产品可放在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。标签上的文字是“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(BSEF——Bromine Science and Environmental Fornm)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，Pb<0.1%；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。
数据表面，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（0.15±0.05um）， 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，沉银层一旦不合格（铜孔、变色），返工困难。
国内外不少客户在用沉锡工艺。锡层需1.0um 以上的厚度，沉锡槽需较高温度（60-70℃），时间较长10 分钟，沉锡液化学攻击性强。很易引起PCB 上的绿油起泡、渗镀、掉皮。工艺很娇气。
6) 无铅化小结
无铅化，对PCB 企业来说，遭受到了极多的空前灾难。报废率上升，成本上升，退货投诉增多，在企业内部，工艺、品保、生产、市场人员常常被客户搞得鸡犬不宁，纠纷不断。所 有的无铅化工艺（Ni/Au、Sn、Ag、OSP、无Pb 喷锡）都需经历客户无数次投诉，退货，跌倒多次，摸滚爬打，才能对无铅工艺有所认识，摸透其脾气，逐渐走向自由。整个过程是痛苦的。

参考文献：
（1） 白蓉生，《无铅焊接的隐忧》 2006.3.20，CPCA 2006春季国际技术论坛上的演讲。
（2） 山本克已，《日本的无铅技术动向》 2004.3 上海CPCA SHOW。
（3） 张家亮，《印制线路板中二恶英探究》“印制电路信息” 2003.第10 期。
（4） 梁志立，《欧盟指令，PCB 行业禁卤禁铅及环境相关物质和管理标准》CPCA2004.秋季国际PCB 技术信息论坛。 P39
（5） 祝大同，《无卤化基板材料是否再继续发展——看法各异》，印制电路技术与标准通信，第3 期，2005.5.25
（6） BSEF，《四溴双酚A 树脂基的印制板对环境和产品性能的影响》，印制电路技术与标准通讯，第3 期，2005.5.25
（7） BSEF，《四溴双酚A 欧盟风险评估结论》，EINECS 编号：201-236-9。
（8） 童晓明，《欧盟ROHS 指令及我国对策简介》，印制电路技术与标准通信，第2 期，2006.3.25。
（9） 严峰，《ROHS 管理程序》，恩达电路公司，2006.04。
(10) 艾默生网络能源公司，《艾默生环保工作要求》，2005.6.15。
[作者简介]：梁志立，CPCA 副秘书长，恩达电路（深圳）有限公司总工。