它不僅僅是無(wú)鉛的：作為一名電子設(shè)計(jì)師，你需要了解的是RoHS。
我們每年產(chǎn)生超過(guò)4000萬(wàn)噸電子廢物，其中只有12.5%是回收的。剩下的在哪里結(jié)束？在某個(gè)第三世界國(guó)家的門口。問(wèn)題不在于浪費(fèi)，而是廢物對(duì)我們的環(huán)境以及最終對(duì)我們的健康的影響。廢棄的電子產(chǎn)品和酸雨混合在一起，就會(huì)導(dǎo)致社區(qū)的供水。
但我們?cè)撛趺崔k？
作為一個(gè)社會(huì)，我們使用電子產(chǎn)品，然后扔掉它們，而不考慮它們的最終結(jié)局。這就是為什么RoHS在歐洲被制定了一項(xiàng)法律，將危險(xiǎn)材料一勞永逸地遠(yuǎn)離垃圾填埋場(chǎng)。作為一名電子設(shè)計(jì)師，你需要知道的是這一點(diǎn)。
什么是RoHS？
對(duì)危險(xiǎn)物質(zhì)的限制于2003年在歐洲成為法律，并在2006年7月1日以后限制在電子產(chǎn)品中使用危險(xiǎn)物質(zhì)。但是，2006年以前銷售的任何修理過(guò)的部件、設(shè)備或庫(kù)存都不受本法的約束。
RoHS管理的受限制物質(zhì)包括：
鉛(鉛)
汞(汞)
鎘(鎘)
六價(jià)鉻(Cr6+)
多溴聯(lián)苯(PBB)
多溴聯(lián)苯醚
在這六種產(chǎn)品中，鉛在電子制造業(yè)中得到了最廣泛的關(guān)注，這是有充分理由的。在過(guò)去，幾乎所有的焊料都使用鉛在組裝過(guò)程中將部件附著到光板上，而在RoHS到來(lái)之前，最常見(jiàn)的表面光潔度包含了40%的鉛。
如今，電子制造業(yè)的一切都發(fā)生了變化。您可能很難找到一個(gè)組件，在鉛，并有各種無(wú)鉛完成選擇為您的下一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。但是所有這些對(duì)你，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和你的制造商意味著什么呢？
RoHS與電子制造
在RoHS的六種受限物質(zhì)中，鉛的去除給電子制造商帶來(lái)了最大的挑戰(zhàn)。為什么？
較高熔化溫度
無(wú)鉛焊料在441°F時(shí)需要較高的熔化溫度，與傳統(tǒng)的在356°F熔化的錫/鉛焊料相比，元件還需要能夠承受這種能完全改變其設(shè)計(jì)和制造方式的較高溫度。
混合過(guò)程
由于鉛板和無(wú)鉛板需要完全不同的溫度，這也需要單獨(dú)的制造過(guò)程.當(dāng)當(dāng)?shù)氐墓S不得不經(jīng)營(yíng)兩條生產(chǎn)線，一條是鉛生產(chǎn)線，一條是無(wú)鉛電子生產(chǎn)線，這就意味著對(duì)機(jī)械的巨大投資。
供應(yīng)鏈困境
除鉛不僅影響電子設(shè)備的生產(chǎn)者。責(zé)任范圍從材料和來(lái)源到哪里，從誰(shuí)那里。這些天來(lái)，您通常會(huì)發(fā)現(xiàn)，與生產(chǎn)商做生意的任何和所有的電子供應(yīng)商都會(huì)將合格證書作為一項(xiàng)強(qiáng)制性要求。
RoHS幾乎影響到電子產(chǎn)品制造過(guò)程的所有方面。深入了解制造流程，您會(huì)發(fā)現(xiàn)RoHS幾乎影響到PCB生產(chǎn)的每一步，包括：
1.板飾..大部分裸電路板現(xiàn)在都是用無(wú)鉛涂層完成的.有許多品種可供選擇，包括ENIG、浸金屬和無(wú)鉛HASL.
2.組件組裝..無(wú)鉛焊料需要較高的溫度才能將部件烘烤到裸板上，這會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)選擇的部件產(chǎn)生巨大的影響。
3.保質(zhì)期..使用無(wú)鉛焊料和飾面制造的板具有較短的使用壽命，部分原因是由于較高的濕度敏感性。對(duì)于在極端情況下需要在該領(lǐng)域持續(xù)數(shù)年或幾十年的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)強(qiáng)有力的考慮因素。
火星探測(cè)器上的PCB需要在幾十年內(nèi)，而不僅僅是幾年內(nèi)有一個(gè)保質(zhì)期
電子設(shè)計(jì)師與RoHS
現(xiàn)在你可能想知道，所有這些RoHS的東西和我，設(shè)計(jì)師有什么關(guān)系？如果制造商必須滿足rohs的要求，難道他們不只是選擇無(wú)鉛完成，并確保他們只使用無(wú)鉛零件？不完全是。除非您希望董事會(huì)遇到不必要的生產(chǎn)延遲，否則RoHS會(huì)在您的設(shè)計(jì)過(guò)程中引入大量的新變量，包括：
1.驗(yàn)證組件
在你的電路板被制造之前，你的設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)挑選符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的零件。謝天謝地，如果不是所有的組件經(jīng)銷商清楚地識(shí)別一個(gè)組件是否符合RoHS在他們的網(wǎng)站上。例如，在Digikey，您會(huì)注意到在搜索結(jié)果的每個(gè)部分旁邊都有一個(gè)綠葉符號(hào)。當(dāng)您查看特定部分的規(guī)范時(shí)，也有一個(gè)無(wú)鉛狀態(tài)/RoHS狀態(tài)在頁(yè)面的頂部，以指導(dǎo)您的部分選擇決定。
除了選擇符合rohs標(biāo)準(zhǔn)的部件外，您還需要考慮您的部件是否能夠承受熔化無(wú)鉛焊料所需的較高溫度。對(duì)于溫度敏感的部件，如MEMS、開關(guān)、薄膜和LED，我們建議在您的材料清單(BOM)中為您的組裝所做記錄，這樣他們就可以預(yù)先了解溫度限制。
2.選擇您的董事會(huì)完成
您還需要負(fù)責(zé)選擇無(wú)鉛完成您的PCB，并有大量的選項(xiàng)可供選擇。這可能是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的決定，因?yàn)闆](méi)有普遍的“最佳”選擇。您會(huì)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)完成都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這需要與您獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求相平衡。最受歡迎的無(wú)鉛表面處理包括：
3.埃尼格
化學(xué)鍍鎳浸金是由底部一層鎳和一層薄金制成的。這層黃金作為鎳的保護(hù)層。
化學(xué)鍍鎳浸金表面處理
優(yōu)勢(shì)
保質(zhì)期比其他飾面更長(zhǎng)。
墊和軌道是均勻的平面和方形形狀，這使這完成理想的精細(xì)傾斜表面安裝組件。
可以用你的赤手空拳觸摸，而不會(huì)玷污終點(diǎn)。
缺點(diǎn)
與其他成品相比，成本更高，不能再加工。
需要更多的焊料來(lái)完成一個(gè)連接，因?yàn)橥瓿刹皇穷A(yù)先鍍錫。
增加對(duì)信號(hào)丟失(RF)的敏感性。
OSP
有機(jī)可焊性保護(hù)劑覆蓋一個(gè)非常薄的有機(jī)化合物層的銅板表面。這種水基化合物是眾所周知的，環(huán)境友好的完成選擇。
有機(jī)可焊性保護(hù)劑表面光潔度
優(yōu)勢(shì)
簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序和統(tǒng)一的完成。
提供一個(gè)平坦的，可重復(fù)使用的表面貼裝組件。
成本低于其他表面處理，如ENIG。
缺點(diǎn)
因?yàn)樗且运疄榛A(chǔ)的有機(jī)化合物，所以保質(zhì)期有限。
沒(méi)有其他飾面耐用，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，當(dāng)經(jīng)歷多次再流循環(huán)。
無(wú)法測(cè)量OSP的厚度，涂敷后可留下裸露的銅。
浸沒(méi)金屬
浸沒(méi)金屬有兩種形式，錫或銀。用機(jī)器組裝其部件的板通常會(huì)使用這種表面光潔度。
浸銀表面光潔度
優(yōu)勢(shì)
提供一個(gè)簡(jiǎn)單且成本效益高的應(yīng)用程序。
有一個(gè)統(tǒng)一的和可測(cè)量的高度。
缺點(diǎn)
赤手空拳的時(shí)候很快就會(huì)褪色，這使它不適合手工組裝。
涂層通常很薄，會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期耐久性問(wèn)題.
可能形成非可焊性合金和氧化(銹)。
無(wú)鉛HASL
無(wú)鉛HASL，或熱風(fēng)焊料平整，是最受歡迎的無(wú)鉛完成提供。此應(yīng)用程序是通過(guò)將一塊板浸入熔化的焊料中，然后用熱空氣刀吹除任何多余的焊料。
無(wú)鉛HASL表面光潔度
優(yōu)勢(shì)
一般情況下，最便宜的完成，理想的通用板.
墊式潤(rùn)濕比其他飾面更快，更均勻。
在組裝前，分層問(wèn)題和排氣問(wèn)題更容易發(fā)現(xiàn)。
缺點(diǎn)
表面墊是輕微的圓形后，熱空氣整理，使SMD零件不像他們?cè)贓NIG板上那樣平放。
由于較高的加工溫度，有脫層和翹曲的可能性。
非均勻的應(yīng)用可以為組件裝配提供一個(gè)不均勻的工作表面。
在與制造商合作時(shí)，重要的是不要只要求無(wú)鉛的成品。相反，多走一英里，并確認(rèn)你的工廠正在使用的完成材料，可以處理多次通過(guò)一個(gè)較高的溫度，所有的同時(shí)，滿足您的特定組件的溫度要求。
注意你的水分敏感性
所有符合RoHS要求的部件都將在一個(gè)保濕包裝中使用。如果你最終使用過(guò)期的部件超過(guò)了它的有效期，那么它很可能在制造過(guò)程中由于膨脹的水蒸氣而損壞。如果你正計(jì)劃把組件送到你的組裝室，那么要注意你的防潮包裝的完整性和所列的過(guò)期。您將需要讓您的裝配室知道任何打開或過(guò)期的部件，以便他們可以烘烤組件，以消除任何多余的水分。
記錄你的董事會(huì)
重要的是，始終在你的裝配和裸板圖紙上為你的設(shè)計(jì)記錄一個(gè)非RoHS的特定屬性。由于RoHS是現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)，而不是例外，這使您的制造商和制造者更容易選擇正確的材料和工藝為您的設(shè)計(jì)。例如，下圖中的制作說(shuō)明對(duì)所需的完成有一個(gè)特定的標(biāo)注。
這是一張印制板圖紙說(shuō)明，文件表面光潔度要求。
添加設(shè)計(jì)指南
到目前為止，我們推薦的指導(dǎo)方針不會(huì)對(duì)您的PCB布局過(guò)程產(chǎn)生太大影響。這是個(gè)好消息，因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳統(tǒng)的PCB布局方法將無(wú)縫地轉(zhuǎn)移到符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的電路板上。然而，我們推薦帳篷(焊錫面罩完全封閉在通孔上)，在你的布局上的通孔兩側(cè)，以避免任何出氣在高溫組裝過(guò)程中。你也可以避免對(duì)水分敏感的成分，如BGAS和PBGAS具有侵略性的通過(guò)扇出模式的爆米花效應(yīng)。
不僅僅是無(wú)鉛
在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造行業(yè)，遵守RoHS標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)。如果你是一個(gè)狂熱者，你很可能不會(huì)擔(dān)心RoHS。然而，一旦你開始在歐洲生產(chǎn)和銷售一個(gè)項(xiàng)目，你就需要確保你的產(chǎn)品是符合RoHS的。您的制造商將能夠提供合格證書，如果您的產(chǎn)品需要，你也會(huì)發(fā)現(xiàn)所有符合RoHS的產(chǎn)品與他們自己獨(dú)特的標(biāo)簽。沒(méi)有具體的標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)，所以預(yù)計(jì)會(huì)有一些變化。
到頭來(lái)，RoHS的遵從性并不僅僅落在制造商的手中。您需要在選擇無(wú)鉛組件，選擇正確的無(wú)鉛完成，并添加所有必要的細(xì)節(jié)在您的文檔說(shuō)明，以使您的制造商的生活更容易。這是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力，在你和你的制造商之間，使世界成為一個(gè)無(wú)毒的地方。