在歐盟RoHS指令禁止使用六種會(huì)讓環(huán)境造成污染的有害物質(zhì)生效三個(gè)月之后，設(shè)計(jì)工程師們已經(jīng)深刻意識(shí)到：不滿足該禁令就意味著將失去市場(chǎng)。

Palm公司最近宣布不再對(duì)歐洲出售Treo 650智能電話，因?yàn)樵摦a(chǎn)品無(wú)法滿足RoHS要求。而基于相同原因，蘋果電腦公司的多款產(chǎn)品也將在歐洲停止銷售。根據(jù)AppleInsider網(wǎng)站6月份的報(bào)告，這些產(chǎn)品包括iSight網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)、帶調(diào)制解調(diào)器的AirPort基站、AirPort基站以太網(wǎng)供電設(shè)備和天線、iPod Shuffle外接電池組和所有版本的eMac一體化臺(tái)式電腦。不過(guò)最新一代iPod產(chǎn)品iPod Nano和iPod Shuffle都滿足RoHS要求。

歐盟RoHS指令涵蓋了鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚這六種有害物質(zhì)。全球的電子設(shè)備供應(yīng)商在面向歐洲市場(chǎng)推行新產(chǎn)品時(shí)，都在努力避免使用上述有害物質(zhì)，同時(shí)還要調(diào)整其制造工藝來(lái)適合無(wú)鉛化環(huán)境要求。

不過(guò)這還只是個(gè)開(kāi)始。目前，中國(guó)大陸、臺(tái)灣地區(qū)、韓國(guó)和美國(guó)某些州都在制定自己的“綠色”或類RoHS法規(guī)，這意味著符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)將成為設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)樵诟拍睢㈤_(kāi)發(fā)、原型、試制和量產(chǎn)各個(gè)階段都必須進(jìn)行RoHS檢測(cè)。

從尋找符合條件的綠色元器件庫(kù)，到努力證明符合RoHS指令，以及開(kāi)發(fā)工藝能夠滿足無(wú)鉛制造所要求的更高溫度等等，這些都是工程師需要關(guān)注的重點(diǎn)。不過(guò)對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這還只是冰山一角。在無(wú)鉛電路板加工和焊接過(guò)程中，仍有大量使人困擾的技術(shù)和可靠性問(wèn)題需要解決。否則，像錫須和銅分解等難題將干擾制造過(guò)程，甚至引起返工。(錫須增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致電氣短路從而引起故障；銅分解則會(huì)影響焊點(diǎn)的可靠性。)

正如美國(guó)設(shè)計(jì)鏈協(xié)會(huì)(DCA)高級(jí)副總裁Ken Stanvick所言，之所以會(huì)產(chǎn)生如此多的問(wèn)題，原因在于設(shè)計(jì)RoHS符合型系統(tǒng)時(shí)缺乏“專業(yè)知識(shí)”。“我們?cè)阢U制系統(tǒng)加工方面積累了豐富的專業(yè)知識(shí)，但對(duì)于無(wú)鉛系統(tǒng)我們的知識(shí)卻相對(duì)薄弱。”他說(shuō)，“每個(gè)問(wèn)題在得到解決之前都會(huì)遷怒于無(wú)鉛工藝。我們需要進(jìn)行多個(gè)可以反映真實(shí)環(huán)境的測(cè)試，并找出新系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題�！�

EMA設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司總裁兼CEO Manny Marcano指出了部件報(bào)廢所帶來(lái)的影響，其中包括需要重新設(shè)計(jì)已有產(chǎn)品，并在方案設(shè)計(jì)開(kāi)支計(jì)劃中重點(diǎn)關(guān)注元器件工程。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)過(guò)程中必須盡早確定RoHS設(shè)計(jì)規(guī)范，他指出。

但設(shè)計(jì)者在確定規(guī)范之前，一定要知道自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是需要完全符合RoHS，還是可以得到部分豁免，咨詢公司PRTM總監(jiān)Robert Chinn表示。“這將反映到設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)參數(shù)中去。”他說(shuō)，“以前他們是根據(jù)尺寸、性能、電氣參數(shù)、性能和功能對(duì)器件進(jìn)行取舍。現(xiàn)在他們必須增加有關(guān)環(huán)境兼容性方面的新要求：是符合RoHS 6呢還是符合RoHS 5？”(符合RoHS 6的器件不能使用所有6種禁用物質(zhì)，而在RoHS 5模型中仍然可以使用鉛。)

如果設(shè)計(jì)者沒(méi)能認(rèn)真對(duì)待RoHS指令，那么任何一個(gè)證明其產(chǎn)品不符合RoHS的歐盟國(guó)家都可以對(duì)該供應(yīng)商執(zhí)行罰款。這會(huì)影響市場(chǎng)份額，以為不符合RoHS的供應(yīng)商會(huì)由此失去競(jìng)爭(zhēng)能力，Marcano指出。沒(méi)有作好準(zhǔn)備則意味著向RoHS符合性轉(zhuǎn)變的腳步會(huì)有所延遲，從而喪失市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

這么說(shuō)的意義何在？“為了減少下游風(fēng)險(xiǎn)，工程師需要在概念設(shè)計(jì)階段就列出符合性數(shù)據(jù)�！盡arcano指出。

但是許多業(yè)內(nèi)觀察人士認(rèn)為，中小型公司對(duì)RoHS轉(zhuǎn)變將一直持漠視態(tài)度，直到一些主要的公司由于不符合RoHS而受到懲罰�！爱�(dāng)問(wèn)題暴發(fā)時(shí)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)將發(fā)生一場(chǎng)動(dòng)蕩，每一位設(shè)計(jì)工程師在這時(shí)將有所感悟�！盇vnet Logistics公司策略規(guī)劃與通信總監(jiān)、負(fù)責(zé)美國(guó)分銷商RoHS符合性工作的項(xiàng)目經(jīng)理Steve Schultz表示。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者對(duì)RoHS的關(guān)注原因主要圍繞在以下幾點(diǎn)：害怕產(chǎn)品禁用帶來(lái)收入損失，害怕公司無(wú)法提供用戶需要的RoHS符合型產(chǎn)品，還有一點(diǎn)就是競(jìng)爭(zhēng)，咨詢公司GoodBye Chain Group總經(jīng)理Harvey Stone表示�！霸趦r(jià)格、品質(zhì)和服務(wù)水平相當(dāng)?shù)那闆r下，明智的客戶肯定會(huì)選擇符合RoHS要求的產(chǎn)品�！彼�說(shuō)。

同時(shí)，設(shè)計(jì)者還在關(guān)注其它幾種可能更為嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，例如歐盟的化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估和授權(quán)(REACH)法，該法規(guī)對(duì)數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)限制使用，以及最初目標(biāo)瞄準(zhǔn)能效要求的耗能產(chǎn)品(EuP)指令。

“從對(duì)供應(yīng)商的要求角度出發(fā)，EuP的復(fù)雜度比RoHS和WEEE高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)�！盨tone指出，“由于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)不得不考慮更多的環(huán)境參數(shù)，因此EuP將給他們帶來(lái)更大的難題。”WEEE是歐盟的廢棄電子與電氣設(shè)備指令的縮寫(xiě)。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，如果說(shuō)這些新的環(huán)境規(guī)則正在為全球業(yè)務(wù)和供應(yīng)鏈帶來(lái)挑戰(zhàn)，那么它們也會(huì)一如既往地驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)階段改革。

“通過(guò)要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)避免使用6種有害物質(zhì)(否則就無(wú)法獲得設(shè)計(jì)中標(biāo)), RoHS正在逐步走向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)階段，以此減少環(huán)境問(wèn)題。”Stone指出。為了做到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)者必須綜合考慮其它設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括外形、裝配、功能、成本和可銷售性。他補(bǔ)充道：“在許多情況下，這是設(shè)計(jì)者首次在設(shè)計(jì)中將毒性要求作為設(shè)計(jì)參數(shù)�！�

毒性可能是目前最重要的環(huán)境參數(shù)，但在不久的將來(lái)設(shè)計(jì)者還必須在能效、產(chǎn)品可回收性、回收總量以及材料精簡(jiǎn)等問(wèn)題上進(jìn)行角逐。

許多設(shè)計(jì)者，特別是小型公司的設(shè)計(jì)者，才剛剛在符合RoHS的設(shè)計(jì)道路上起步�！笆欠穹�合RoHS從一開(kāi)始就應(yīng)該成為產(chǎn)品要求，因?yàn)閺哪菚r(shí)起設(shè)計(jì)者要做的每件事都要支持這個(gè)決策。” Design Chain Associates的Stanvick指出。

首先要確定的，就是產(chǎn)品是否在RoHS指令范圍之外。如果是，那么就無(wú)需受指令約束。分銷商N(yùn)ewark InOne公司行銷總監(jiān)Joanne Volakakis表示：“仍有客戶在向我們咨詢產(chǎn)品是否需要符合RoHS，通常中小型規(guī)模公司的工程師對(duì)這方面不太清楚�！�

同樣值得關(guān)注的是，RoHS在提供眾多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也帶來(lái)了一些令人頭疼的問(wèn)題。Stanvick強(qiáng)調(diào)，制造商可以通過(guò)使工藝保持一致或減少材料來(lái)節(jié)約成本�！袄�如，使用再生塑料的成本平均比使用新塑料的成本低80%。”Stanvick說(shuō)，“如果前端工作做得很好，那么下游工作就會(huì)變得容易些�！�

分銷商的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師(FAE)可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)RoHS轉(zhuǎn)換，但這些FAE必須首先接受有關(guān)機(jī)械和制造問(wèn)題的培訓(xùn)，美國(guó)艾睿電子公司工程總監(jiān)Theron Makley指出。FAE通常是根據(jù)電氣規(guī)范向客戶推薦元器件的電子工程師�！坝捎谠黾恿薘oHS要求，我們必須培養(yǎng)自己的FAE，讓他們能熟練指導(dǎo)客戶有關(guān)RoHS的制造方法，并使客戶明白工藝轉(zhuǎn)換時(shí)可能存在的問(wèn)題�！盡akley表示。

實(shí)現(xiàn)成功轉(zhuǎn)換的另一要素就是設(shè)計(jì)方法學(xué)，來(lái)幫助設(shè)計(jì)者從元件選型到符合性驗(yàn)證的每個(gè)步驟都滿足RoHS要求。該類型產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始上市，EMA公司的工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就是其中一種，它增強(qiáng)了可在本地或全球展開(kāi)部署的設(shè)計(jì)兼容性流程。

雖然詳盡的設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具使用說(shuō)明非常重要，然而工具集的實(shí)際部署和實(shí)現(xiàn)才是成功的關(guān)鍵，EMA公司的Marcano認(rèn)為�！叭魏稳硕伎梢杂梅�合RoHS指令的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是真正的目標(biāo)卻是向歐盟證明你確實(shí)在符合性方面盡了力�！盓MA工具可生成一個(gè)符合性保證系統(tǒng)，據(jù)稱可以跟蹤產(chǎn)品從概念到符合性驗(yàn)證的整個(gè)過(guò)程。



阻焊層顏色變化引起的缺陷是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題
工藝變化

在應(yīng)對(duì)諸多RoHS設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之外，工程師還必須明白這些RoHS符合性設(shè)計(jì)的制造流程�！霸O(shè)計(jì)工程師不再僅僅考慮產(chǎn)品的電氣性能，”艾睿電子公司高級(jí)FAE Paul Peterson指出，“與過(guò)去相比，他們還必須更多地去考慮可制造性問(wèn)題�！�

有鉛與無(wú)鉛產(chǎn)品在裝配溫度和加工能力方面有很大差別，PRTM的Chinn指出。由于許多公司無(wú)鉛和有鉛生產(chǎn)線并存，因此設(shè)計(jì)者必須確保在適當(dāng)?shù)奈恢眠x用適當(dāng)?shù)墓に�，從而避免混淆，Chinn補(bǔ)充道。

GoodBye Chain Group公司的Stone認(rèn)為，“設(shè)計(jì)者應(yīng)該知道無(wú)鉛器件在制造時(shí)需要更高的溫度。他們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，還應(yīng)該了解汞或六價(jià)鉻替代品以及無(wú)鉛焊料的性能特征。此外，還必須了解工藝溫度和濕度敏感度等級(jí)�！�

要避免一些通常會(huì)隨無(wú)鉛工藝出現(xiàn)的問(wèn)題，如破裂、分層和焊點(diǎn)可靠性差等，一個(gè)方法就是在產(chǎn)品成型之前確保電路板質(zhì)量。另外，所有供應(yīng)鏈合作伙伴需要就無(wú)鉛環(huán)境進(jìn)行相關(guān)的自我培訓(xùn)，從而有效區(qū)分什么是缺陷，什么不是。鑒別無(wú)鉛環(huán)境中的實(shí)際問(wèn)題是最難的一件事，Celestica公司負(fù)責(zé)印刷電路板的全球產(chǎn)品工程顧問(wèn)Gail Auyeung認(rèn)為。

混合裝配面對(duì)的最大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一是傳統(tǒng)元器件，包括已經(jīng)符合RoHS但無(wú)法處理新工藝溫度的電容與電阻，Celestica公司全球RoHS實(shí)現(xiàn)總監(jiān)Joe Scala表示�！八鼈兊念~定溫度還是老式的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)230℃，而無(wú)鉛工藝則要求260℃�！彼�說(shuō)，“從RoHS角度看這些元件完全符合要求，但在使用錫銀銅(SAC)合金的生產(chǎn)線上應(yīng)用時(shí)卻存在問(wèn)題�！�

其它障礙包括材料選擇、可靠性、電路板版圖和焊盤尺寸，Stanvick指出。電路板在回流焊時(shí)需要獲得額外支持，較高的溫度將使它們更易翹曲。另外，還存在材料、認(rèn)證和重新認(rèn)證的成本障礙。

更高的工藝溫度還意味著會(huì)引發(fā)環(huán)氧玻璃布板溫度、張力系數(shù)、熱擴(kuò)散等問(wèn)題，Stanvick補(bǔ)充道。另外，施加于電路板上的熱應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致過(guò)孔破裂。

還有一個(gè)需要提及的是電路板焊盤尺寸的改變�！盁o(wú)鉛焊料不會(huì)到處流動(dòng)，由于具有不同的冷卻特性，在某些情況下可能會(huì)出現(xiàn)裸露的銅�！盨tanvick解釋說(shuō)。工業(yè)組織IPC已經(jīng)發(fā)布了IPC-610規(guī)范，其中包括設(shè)計(jì)者需要留意的一組最新檢查標(biāo)準(zhǔn)。

作者：羅吉娜