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电子信息产品的绿色制造

2014/7/31    来源:e-works    特约撰稿人:魏富选      
关键字:电子信息产品制造  无铅工艺  无卤工艺  绿色制造  
党的十八大报告提出“着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展,形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式。”,电子信息产品制造服务(EMS)其实早已开始了绿色化进程----无铅工艺。现在,作为一个企业责任,电子信息产品制造更应大力推行绿色制造,导入无卤工艺。对于顾客要引导其理解环保的内涵,积极导入绿色制造,提升产品竞争力。

    电子制造业在给人类带来方便和益处的同时也给社会带来堆积如山的电子垃圾,我们所使用的各种各样的便捷式电子信息产品手机类、电脑类更新换代大家有目共睹,世界各国回收处理报废产品的能力参差不齐,随意丢弃或处理不好会产生大量的有毒有害物质,对环境造成极大破坏。因此,各国政府,特别是发达国家政府在制定政策时,越来越多的考虑环保方面的因素,以保证社会的可持续发展。环保的要求是世界经济发展的必然,人们赖以生存的地球环境需要人人保护,作为企业更是有不可推卸的责任,用生态设计和绿色制造来达成环保的要求势在必行。

    在世界范围内对于环保要求有三大绿色指令,即WEEE、RoHS 、EuP指令。

    (1)WEEE指令指废弃电子电气设备指令,2002年发布 (2002/96/EC),2012年修订(2012/19/EU);

    (2)RoHS指令指在电子电气设备中限制使用某些有毒有害物质指令,2002年发布 (2002/95/EC),2011年修订(2011/65/EU);

    (3)EuP指令指能源使用产品生态化设计指令,2005年发布(2005/32/EC)。

    至此从电子信息产品设计、制造、使用全方位进行人们赖以生存的地球环境的保护。其中对于电子制造行业讲的大多为RoHS指令,对于有研发和销售的原始设备制造商三大绿色指令都要遵守。

    在我国,2006年2月28日正式颁布的《电子信息产品污染控制管理办法》中指出,铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴联苯醚(PBDE)是在电子电器产品中大量使用、已经被现代科学证明是对人类生命和健康具有破坏作用的物质,铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴联苯醚等六种有毒有害物质或元素的使用必须进行控制(限制与禁止),被称为中国RoHS(Restriction of Hazardous Substance)。这开启了中国重视环保的立法,引导电子企业进行绿色制造。

    电子信息产品有毒有害物质的限制与禁止纳入3C管理,需要实现有毒有害物质的替代或达到限量标准的要求,然后要经过强制认证(3C认证)才可以进入市场。电子信息产品进入市场需要提供有毒有害物质名称与成分、环保使用期限、是否可回收的信息,采用自我声明(明示),即采用贴标识及在产品说明书里声明的方式,告诉用户或消费者,产品中含有的有毒有害物质或元素的名称和含量、环保使用期限、在废弃时可否回收利用以及包装物材料名称等环保信息。我们经常会看的标志,(a)绿标表示环保属性,其产品中不含有毒有害物质或其限量值低于规定要求,有时也用(b)无铅、 (c)环保来表示;(d)橙标表示警示属性。

1 绿色制造的标准规范

    目前,我国的电子信息产品污染控制行业标准有以下9个,他们分别是:

    (1) SJ/T 11363-2006《电子信息产品中有毒有害物质的限量要求》(以下简称《限量要求》)

    (2)SJ/T 11364-2006《电子信息产品污染控制标识要求》(以下简称《标识要求》)

    (3)SJ/T 11365-2006《电子信息产品中有毒有害物质的检测方法》(以下简称《检测方法》)

    (4)SJ/Z 11388-2009 《电子信息产品环保使用期限通则》

    (5)SJ/T 11389-2009 《无铅焊接用助焊剂》

    (6)SJ/T 11390-2009 《无铅焊料试验方法》

    (7)SJ/T 11186-2009 《焊锡膏通用规范》

    (8)SJ/T 11391-2009 《电子信息产品焊接用锡合金粉》

    (9)SJ/T 11392-2009 《无铅焊料 化学成份与形态》

    这些标准规范就是中国的RoHS,因为组装制造过程中主要是限制铅这个罪魁祸首,所以也将RoHS俗称为无铅工艺或RoHS制程或环保工艺。作为电子信息产品制造就是要在这些标准规范要求下,从企业制造的供应链整个过程严格控制,达到无铅工艺之目的,对承诺制造的绿色电子信息产品符合RoHS要求,有毒有害物质限量不超标。

    为了业界更方便的使用这些标准,准确判断和管理生产过程中的有毒有害物质,标准还规定了检测的规则以及合格的评定。经过对电子信息产品中的每一个单元的检测获得的结果与限量要求一一对照,就可以判断合格与否了,如果有一个单元的结果不合格,则整个产品都不能满足《限量要求》标准的要求,即使用一票否决准则。

    值得注意的是:

    (1)RoHS指令关于在电子电气设备中限制/禁止使用六种有毒有害物质是最基本的要求,会随着环保事业的发展增加其他有毒有害物质限量要求,譬如无卤化。我们的环境管理体系文件要紧跟时代要求修编。

    (2)不同国家对RoHS指令的要求还是有差别的,一定要以出口国对产品的RoHS要求来进行PCBA的绿色制造。

    (3)当在某些材料中禁止在技术上不现实、或替代物的负面影响大于有害物质对环境的影响,该材料可以被豁免。要关注豁免条款的有效性。

2 有毒有害物质的检测

    业界对于PCBA组装中的有毒有害物质的检测分为定性检测和定量检测两种。所谓定性检测也叫筛选测试,它是制造界企业内部为控制有毒有害物质提供的一个简便的低成本的方法,主要是采用X射线荧光光谱法(XRF)对试样中的目标物进行筛选测试;所谓定量检测也叫精确测试,一般多由第三方的检测机构按规定的检测方法和测试仪器进行测试。

    企业内部的定性测试主要分为物料入厂检验、生产焊接过程检验、成品出厂检验,对于金属材料和PCB主要检测铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)四种有毒有害物质,对于非金属材料则铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴联苯醚(PBDE)六种全检测。对于企业检测判定标准常常取标准限定值的80%作为内控指标,如果检测时在内控指标的临界值附近,就需要对测试仪器重新校准再测试,连续三次测试均符合内控指标,就判定为合格。否则,均视为不合格品。

3 RoHS制程的导入

    对电子信息产品生产制造实际状况的调查,实现完全环保生产的企业不是很多,这主要有以下几个方面的原因:

    (1)基于无铅焊接材料的成本压力和辅助投入成本较大,还对无铅焊接使用长期可靠性存在分歧;

    (2)许多中小企业的环保意识不强,对无铅化危害了解不够,对绿色制造的附加值没有发掘。

    (3)许多顾客对RoHS制程的理解片面,认为只要制造厂用无铅焊接材料焊接就可以了,顾客不能提供所需的环保调查资料和物料的环保保证要求。

    其实,RoHS制程的无铅化在电子信息产品制造过程中要求的变化是全面的,它既包括了几个主要技术方面的内容:

    (1)焊接材料的无铅化,包括焊料、焊膏、焊锡丝;

    (2)设备与制程的改变,无铅焊接材料的熔点较高,品种较多,要针对具体的焊接材料熔点设置回流焊、波峰焊的温度曲线参数,而且为防止污染必须有铅生产产线和无铅生产产线分区域进行,设备混用有非常大的潜在风险;

    (3)物料的选择也要无铅化,特别是对元器件的引脚端极镀层还要批次抽检,PCB作为电子信息产品中非常重要物料,更要特别控制,要对PCB的制作实施无铅化处理,而且必须耐高温。这是因为RoHS制程中使用的无铅焊接材料的熔点较高比有铅的至少高30℃~40℃,PCB在焊接的过程中经过高温有可能出现弯曲变形,对其上贴装的元器件产生应力作用,潜在风险增大;

    (4)无铅焊接的可靠性问题还需要进一步研究。

    也包括了几个主要的管理方面的内容:

    (1)建立一个稳定的环境管理体系来保持产品持续地满足RoHS要求;

    (2)RoHS制程与传统有铅焊接制程需要分开区域进行生产管理,工夹具、焊接设备、测试设备等最好是两个车间并行,一个RoHS制程车间,一个传统有铅焊接制程车间;

    (3)做好源头环保管理,保证元器件物料和生产中的辅料物料均满足RoHS要求;

    (4)做好环保物料数据库建设与发布,供后续设计或制造使用;

    (5)做好环保标识管理,所有环保生产的文件(纸质或电子)、产品(物料、半成品、成品)均应明示“绿色环保”或“RoHS”字样。

    在进行电子信息产品的绿色制造过程中,最关键的首要工作是环保调查,要确认以下内容:

    (1)物料《有毒有害物质检测报告》是一年内有资质的第三方检测机构出具的检测报告,且检测结果符合RoHS标准的要求。必须注意的是,报告的有效期为一年;

    (2)《环保质量责任保证书》的内容与检测报告结果相符合;

    (3)顾客要求提供的环保资料符合顾客要求;

    (4)供应商产品环保声明的有效文件;

    (5)有必要时要进行工厂实际考察。

    其次要从工艺技术方面研究和积累无铅环保生产的经验。随着国家对于环保的重视和立法,RoHS产品的导入已经成为电子信息行业需要直面的问题,无铅化环保绿色制造给企业带来新的机遇与挑战,从产品设计、材料选型、设备评估、工艺研究、验收标准、物流管理、环保表示控制等方面,都需要进行系统技术研究。

4 无卤化要求

    随着RoHS的发展,人们越来越认识到多种有机卤素化合物对环境和人体均具有严重的负面影响。含有卤素的有机化合物本身具有非常大的毒性,此外,这类有机物的废弃物在燃烧处理过程中会造成二次污染,产生二恶英等剧毒有机物。二恶英(Dioxin)是四氯二苯并-P-二恶英(PCDD)和多氯二苯并喃(PCDF)两类物质的总称。其毒性是氰化钠的130倍、砒霜的 900倍,被称为“世纪之毒”。

    在电子信息产品制造中,卤化物广泛存在于PCB、电缆和接头的塑料、连接器、元器件、焊剂、焊膏以及其他常见的电子信息产品中。从氟利昂到POP,从PVC到溴化阻燃剂(BFR),有机卤素化合物对人体和自然生态环境的危害已是不争的事实。因此,含卤有机物对环境和人类健康都存在威胁,对其禁用是非常有必要的。在全世界范围内已出台了许多相应的法律法规以限制其使用,尤其是欧盟的RoHS和REACH等法规都强调了电子制造行业中环境安全和工作安全的重要性,其最终的目的是在电子制造装配中完全放弃对卤素的使用。

    在绿色环保化的发展过程中,无卤素成为继2006年7月1日RoHS指令实施以来电子行业的又一次绿色革命。在电子信息产品制造过程中,除了使用无溴化阻燃剂PCB之外,还包括应用无卤无铅免洗焊锡膏、无卤无铅焊锡丝、无卤无铅助焊剂等组装用辅料,既要满足无铅化要求,又要满足无卤化要求。

    当前执行无卤化仅对卤族元素中的Br和Cl两种元素提出管控。要求在PCB及其它互连组件材料、易燃性(垂直燃烧试验)覆铜板中的强化基材、复合和非复合无卤化环氧电子玻璃纤维增强层压板中使用的Br元素总量不得超过900PPM,Cl元素总量不得超过900PPM,Br和Cl两种元素总量不得超过1500PPM的要求。值得注意的是,无卤化最直接的影响是助焊剂成分,从而导致焊接性能变差,在国内基本上还没有导入实用。相信随着技术的进步,供应商改进焊接用的电子辅料性能,企业工艺技术不断实践,无卤化也会像RoHS制程成熟应用。

5 结束语

    对于电子信息产品制造而言,要加强企业质量管理体系的顶层设计,全员参加,工艺优化,第一步实现无铅转换,执行RoHS制程生产;第二步实现无卤转换,执行无卤制程生产。重点在物料管理、生产管理、工艺执行三个方面做好适应性研究,同时将精益生产和六西格玛管理相结合,建立起绿色制造生产线,从供应链的每一个环节都要考虑到绿色制造的要求,分析SMT、THT、FCT每个生产环节中将会出现的污染源及污染程度,从而选择相应的生产设备和工艺材料,制定相应的工艺规范,以满足生产条件的需要和无铅无卤的要求。与顾客达成绿色环保生产制造,以提升绿色制造的增值作用。

责任编辑:梁曦
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