Tuân thủ RoHS trong sản xuất PCB: Tiêu chuẩn, yêu cầu và thực hiện

Trong thời đại nhận thức về môi trường toàn cầu và mối quan tâm về an toàn của người tiêu dùng, tuân thủ RoHS đã trở thành nền tảng của sản xuất điện tử có trách nhiệm.tuân thủ chỉ thị hạn chế chất nguy hiểm (RoHS) không chỉ là một nghĩa vụ pháp lý mà còn là một dấu hiệu chất lượngRoHS hạn chế việc sử dụng các vật liệu độc hại trong điện tử,bảo vệ cả sức khỏe con người và môi trường trong khi cho phép thương mại xuyên biên giới ở các khu vực như EU, Trung Quốc, và California.

Hướng dẫn này phân chia sự tuân thủ RoHS cho sản xuất PCB, bao gồm lịch sử, các chất bị hạn chế, thách thức thực hiện và thực tiễn tốt nhất.hoặc người mua, hiểu RoHS là rất quan trọng để tránh hình phạt tốn kém và truy cập thị trường toàn cầu.

Sự tuân thủ RoHS là gì?
RoHS (tạm dịch: Restraction of Hazardous Substances) là một khuôn khổ quy định hạn chế việc sử dụng vật liệu độc hại trong thiết bị điện và điện tử (EEE).

a.Giảm ô nhiễm môi trường do chất thải điện tử (rác thải điện tử).
b.Bảo vệ người lao động và người tiêu dùng khỏi tiếp xúc với các chất nguy hiểm.
c.Việc tạo điều kiện cho thương mại toàn cầu bằng cách hài hòa các tiêu chuẩn vật liệu.

Một lịch sử ngắn gọn về RoHS
RoHS bắt nguồn từ Liên minh châu Âu nhưng từ đó đã được áp dụng (với các biến thể) trên toàn thế giới.

Ngày nay, các quy định giống như RoHS tồn tại ở hơn 30 quốc gia, bao gồm Trung Quốc (China RoHS), Hàn Quốc và Hoa Kỳ (California's Proposition 65).

Tại sao RoHS quan trọng đối với sản xuất PCB
PCB là trung tâm của hầu hết các thiết bị điện tử, làm cho chúng trở thành trọng tâm của việc tuân thủ RoHS.

Được cấm bán tại EU, Trung Quốc và các thị trường được quy định khác (tương đương ~ 40% nhu cầu điện tử toàn cầu).
Tạo ra nguy cơ sức khỏe: Ví dụ, chì có thể gây tổn thương thần kinh; cadmium là chất gây ung thư.
Ô nhiễm dòng rác thải điện tử, vì các chất độc hại thấm vào đất và nước khi xử lý.

Đối với các nhà sản xuất, tuân thủ RoHS mở khóa quyền truy cập vào các thị trường lớn, giảm trách nhiệm và phù hợp với các mục tiêu bền vững của doanh nghiệp.

Các chất bị hạn chế theo RoHS
RoHS 3 hạn chế 10 chất trong PCB và các thành phần điện tử, với giới hạn nồng độ nghiêm ngặt (theo trọng lượng):

Lưu ý: Có những ngoại lệ cho một số ứng dụng (ví dụ: chì trong hàn nhiệt độ cao cho PCB hàng không vũ trụ), nhưng chúng được quy định chặt chẽ và yêu cầu tài liệu.

Làm thế nào tuân thủ RoHS ảnh hưởng đến sản xuất PCB
Để đạt được sự tuân thủ RoHS đòi hỏi phải thay đổi vật liệu, quy trình và kiểm soát chất lượng trong suốt vòng đời PCB:
1. Chọn vật liệu
Đồng hàn: Đồng hàn truyền thống dựa trên chì (63% Sn/37% Pb) được thay thế bằng các lựa chọn thay thế không chì như SAC305 (96,5% Sn, 3% Ag, 0,5% Cu), nóng chảy ở 217 °C (so với 183 °C cho đồng hàn có chì).
Lớp phủ: Lớp phủ crôm sáu giá trị được thay thế bằng crôm ba giá trị, bạc ngâm hoặc ENIG (vàng ngâm niken không điện).
Các chất nền và nhựa: Các chất chống cháy trong các chất nền và vỏ PCB phải tránh PBB / PBDE; nhựa không chứa phthalate được sử dụng cho các đầu nối và cáp.
Các thành phần: Các điện trở, tụ điện và IC phải tuân thủ RoHS, vì ngay cả một thành phần không tuân thủ cũng có thể làm cho toàn bộ PCB không tuân thủ.

2Các quy trình sản xuất
Lò đúc ngược: Lò đúc không chì đòi hỏi nhiệt độ tái chảy cao hơn (240 ~ 260 ° C), đòi hỏi phải nâng cấp lò và quản lý nhiệt để tránh thiệt hại PCB.
Các chất tẩy rửa: Các dung môi có chứa các chất nguy hiểm (ví dụ như các chất tẩy rửa dựa trên crôm) được thay thế bằng các chất thay thế nước hoặc rượu.
Quản lý chất thải: Phế liệu có chứa các chất bị hạn chế (ví dụ: rác hàn có chì) đòi hỏi phải xử lý chuyên biệt để ngăn ngừa ô nhiễm môi trường.

3Tài liệu và khả năng truy xuất
Tuyên bố vật liệu: Nhà cung cấp phải cung cấp các tài liệu Tuyên bố sự phù hợp (DoC) chứng nhận rằng vật liệu (chất nhựa, đồng, hàn) đáp ứng giới hạn RoHS.
Các hồ sơ thử nghiệm: PCB phải được kiểm tra định kỳ (ví dụ, quang quang tia X (XRF) hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm) để xác minh nồng độ chất.
Chuỗi quản lý: Bảng ghi dấu vết theo dõi vật liệu từ các nhà cung cấp nguyên liệu đến PCB hoàn thiện, cho phép thu hồi nhanh nếu các thành phần không phù hợp được xác định.

Lợi ích của việc tuân thủ RoHS
Mặc dù tuân thủ đòi hỏi đầu tư, lợi ích dài hạn lớn hơn chi phí:
1. Truy cập thị trường
PCB phù hợp có thể được bán ở EU, Trung Quốc và các khu vực được quy định khác, đại diện cho hàng tỷ doanh thu tiềm năng.Chỉ riêng thị trường điện tử của EU có giá trị 350 tỷ euro mỗi năm.

2Danh tiếng thương hiệu
Người tiêu dùng và doanh nghiệp ngày càng ưu tiên tính bền vững.Một cuộc khảo sát năm 2023 cho thấy 68% người mua B2B thích các nhà cung cấp tuân thủ RoHS.

3Trách nhiệm giảm
Việc không tuân thủ quy định có thể dẫn đến phạt tiền (lên đến 100.000 euro ở EU), tịch thu sản phẩm và kiện tụng.3 triệu tiền phạt cho việc bán PCB không phù hợp ở Đức.

4. Quản lý môi trường
RoHS làm giảm độc tính của rác thải điện tử. Ví dụ, hàn không chì loại bỏ khoảng 10.000 tấn chì từ bãi rác hàng năm, theo báo cáo môi trường của EU.

Những thách thức của việc tuân thủ RoHS
Mặc dù có lợi ích, việc tuân thủ RoHS đặt ra những trở ngại cho các nhà sản xuất PCB:
1Chi phí cao hơn
a. Vật liệu: hàn không chì có chi phí cao hơn 20 ~ 30% so với hàn có chì; tráng ENIG đắt hơn 50% so với crôm sáu giá trị.
b. Cải tiến thiết bị: lò bốc ngược và các công cụ kiểm tra cho các quy trình không chì có thể có giá 50.000 USD/200 USD,000.
c. Kiểm tra: Kiểm tra trong phòng thí nghiệm của bên thứ ba cho 10 chất có giá 100$-300$ cho mỗi lô PCB.

Một nhà sản xuất PCB vừa và nhỏ có thể phải chịu chi phí tuân thủ ban đầu 100.000 USD/500.000 USD.

2Các thách thức kỹ thuật
a. Độ tin cậy của các khớp hàn: hàn không chì dễ vỡ hơn hàn có chì, đòi hỏi kiểm soát quy trình nghiêm ngặt hơn để tránh sự cố khớp trong các ứng dụng dễ rung động (ví dụ: PCB ô tô).
b. Stress nhiệt: Nhiệt độ tái lưu cao hơn có thể làm hỏng các thành phần nhạy cảm với nhiệt (ví dụ như tụ điện phân) nếu không được quản lý cẩn thận.

3. Sự phức tạp của chuỗi cung ứng
Đảm bảo tuân thủ yêu cầu kiểm tra hàng trăm nhà cung cấp (nhà sản xuất nhựa, nhà sản xuất tấm đồng, nhà sản xuất thành phần).Một lô bột hàn không phù hợp có thể vô hiệu hóa toàn bộ sản xuất PCB.

Làm thế nào để đạt được sự tuân thủ RoHS trong sản xuất PCB
Cách tiếp cận có cấu trúc giảm thiểu chi phí và đảm bảo tuân thủ lâu dài:
1Thực hiện kiểm toán tuân thủ
a. Bản đồ chuỗi cung ứng của bạn để xác định các vật liệu có nguy cơ cao (ví dụ: hàn, hóa chất mạ).
b. Xem xét các quy trình hiện tại (các hồ sơ dòng chảy trở lại, chất tẩy rửa) cho các bước không phù hợp.
tính toán khoảng cách giữa thực tiễn hiện tại và các yêu cầu RoHS.

2Nguồn: Vật liệu phù hợp với RoHS
a. Đối tác với các nhà cung cấp được chứng nhận theo IEC 61249-2-21 (tiêu chuẩn cho các vật liệu PCB phù hợp với RoHS).
b.Yêu cầu các nhà cung cấp cung cấp:
Bảng dữ liệu an toàn vật liệu (MSDS)
Tuyên bố sự phù hợp (DoC)
Báo cáo thử nghiệm từ các phòng thí nghiệm được công nhận (ví dụ, được chứng nhận ISO 17025)

3. Cải tiến quy trình và thiết bị
a.Công cụ lò tái chảy để xử lý hồ sơ hàn không chì (nhiệt độ cao hơn, thời gian tồn tại dài hơn).
Đầu tư vào các máy phân tích XRF để sàng lọc nội bộ các vật liệu (giảm sự phụ thuộc vào kiểm tra của bên thứ ba).
c. Đào tạo nhân viên về kỹ thuật hàn không chì để tránh các khiếm khuyết như khớp lạnh.

4. Thực hiện hệ thống tài liệu
a. Sử dụng phần mềm (ví dụ: SAP, GreenData) để theo dõi chứng nhận vật liệu và kết quả thử nghiệm.
b.Để duy trì một “bộ ràng buộc phù hợp” với:
Các tài liệu của nhà cung cấp
Báo cáo thử nghiệm nội bộ và bên thứ ba
Các hồ sơ xác nhận quy trình
c. Tiến hành kiểm toán nội bộ hàng năm để xác định các lỗ hổng.

5Đối tác với các nhà sản xuất có kinh nghiệm
Làm việc với các nhà sản xuất PCB chuyên về tuân thủ RoHS (như LT CIRCUIT) làm giảm rủi ro.

a. Đã kiểm tra trước chuỗi cung ứng.
b. Sử dụng các quy trình không chì đã được xác nhận.
c.Cung cấp tài liệu có thể truy xuất lại cho mỗi lô.

Tương lai của sự tuân thủ RoHS
Quy định RoHS sẽ tiếp tục phát triển, với ba xu hướng chính:

1Danh sách chất mở rộng: Các bổ sung được đề xuất (ví dụ: cromate chì) sẽ yêu cầu các nhà sản xuất đánh giá lại vật liệu.
2Hoà hợp toàn cầu: Những nỗ lực để sắp xếp các quy tắc của EU, Trung Quốc và Hoa Kỳ sẽ đơn giản hóa việc tuân thủ cho các công ty đa quốc gia.
3Thực thi nghiêm ngặt hơn: Việc tăng kiểm tra hải quan và phạt sẽ làm cho việc không tuân thủ rủi ro hơn bao giờ hết.

Câu hỏi thường gặp
Q: Sự khác biệt giữa EU RoHS và Trung Quốc RoHS là gì?
A: Cả hai đều hạn chế các chất tương tự, nhưng Trung Quốc RoHS yêu cầu ghi nhãn và kiểm tra bổ sung cho một số sản phẩm (ví dụ: máy tính cá nhân, điện thoại di động).Trung Quốc cũng có các quy tắc miễn trừ khác nhau cho chì trong hàn.

Q: Có thể hàn chì được sử dụng trong PCB phù hợp với RoHS?
A: Có những miễn trừ hạn chế cho các ứng dụng đáng tin cậy cao (ví dụ: hàng không vũ trụ, cấy ghép y tế) nơi hàn không chì có thể thất bại.

Hỏi: PCB nên được kiểm tra tuân thủ RoHS thường xuyên như thế nào?
A: Tần suất thử nghiệm phụ thuộc vào rủi ro: PCB có khối lượng lớn, rủi ro cao (ví dụ, thiết bị điện tử cho trẻ em) nên được thử nghiệm hàng quý; các lô có rủi ro thấp có thể được thử nghiệm hàng năm.Việc sàng lọc XRF trong nhà có thể bổ sung cho xét nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Q: Có phải tuân thủ RoHS được yêu cầu cho PCB được bán tại Hoa Kỳ?
A: Không có quy định RoHS liên bang của Hoa Kỳ, nhưng Đề xuất 65 của California yêu cầu cảnh báo cho các sản phẩm có chứa một số chất RoHS. Nhiều công ty Mỹ tuân thủ tự nguyện để truy cập thị trường toàn cầu.

Hỏi: Làm thế nào để tôi xác minh sự tuân thủ RoHS của nhà cung cấp?
A: Yêu cầu một Tuyên bố phù hợp hợp (DoC), báo cáo thử nghiệm từ các phòng thí nghiệm được công nhận và hồ sơ truy xuất nguồn gốc cho nguyên liệu thô.ISO 14001) cũng xác nhận cam kết tuân thủ.

Kết luận
Tuân thủ RoHS không còn là tùy chọn đối với các nhà sản xuất PCB mà là một nhu cầu kinh doanh.Mặc dù đạt được sự tuân thủ đòi hỏi đầu tư trước vào vật liệu, trang thiết bị và đào tạo, lợi ích dài hạn của việc tiếp cận thị trường, giảm trách nhiệm và cải thiện danh tiếng làm cho nó trở thành ưu tiên chiến lược.

Khi các quy định phát triển, hợp tác với các nhà cung cấp có kinh nghiệm và luôn đi trước các bản cập nhật chất sẽ là chìa khóa để duy trì sự tuân thủ.RoHS không chỉ là về việc tuân thủ các quy tắc mà còn về xây dựng bền vững, các sản phẩm cạnh tranh trên toàn cầu.