רקע
תקנות RoHS שפורסמו על ידי הפרלמנט האירופאי ושאוסרות שימוש ב-6 חומרים מסוכנים שביניהן נכללת עופרת, נכנסו לתוקף בראשון ליולי 2007 ( להלן תמצית התקנה המקורית)
( התקנה עברה עדכון לא מכבר ל-RoHS 2, אך הנ"ל לא רלוונטי לנכתב במאמר זה)
RoHS
The European Union’s RoHS (Restriction of Hazardous Substances) Directive 2002/95/EC states that: “Member States shall ensure that, from 1 July 2006, new electrical and electronic equipment put on the market does not contain lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominatedbiphenyls (PBB) or polybrominateddiphenyl ethers (PBDE)E
ככל שחלף הזמן התברר שהתקנה איננה כה פשוטה, ולכן מספר תעשיות ומוצרים קבלו דחייה בישום .הסבה לדחייה זו נבעה בעקר מחשש לבעיות אמינות ההלחמות לאורך זמן , ובעיית חשיפת רכיבים /מצעים לטמפרטורה גבוהה בתהליך ההלחמה –RoHS /Lead Free ( עד 260 מעלות) והיא יושמה בשלב זה במספר תחומים- התחום הצבאי, התחום הרפואי ובחלק מציוד התקשורת. בחינה מעמיקה יותר של התקנה בהשוואה לתקנים נוספים כגון תקן Belcore GR 78 מצביעה על סתירה מובהקת בין השניים . תקן Belcore GR78 סעיף 7.3.1.2 מגדיר בצורה מובהקת את חומר הלחם כבדיל עופרת ( מצורף ציטטה מהפסקה הישימה בתקן ) .
לשם הבהרה והדגשה אין כל מגבלה בתקן GR 78 לגבי אסור השימוש בשאר החומרים האסורים בהתאם לתקנת RoHS .
מאחר והחשש לישום תהליכי הלחמה בחומרים תחליפיים הועלה גם על ידי ארגונים ותעשיות נוספות ,בוצעה בתקן חריגה שמאפשרת עבור חלק מהתעשיות ,שימוש בבדיל עופרת כחומר לחם או כחומר גימור/ ציפוי לרכיבים ומעגלים מודפסים להלן תמצית החריגה .
RoHS product compliance into two categories .RoHS 6 complies with the restriction of all of the six listed substances. RoHS 5 compliance is for customers who wish to exercise the lead-solder exemption, as defined in the RoHS directive: “…for servers, storage and storage array systems, network infrastructure equipment for switching, signaling, transmission as well as network management for telecommunications.”
נתונים
למרות החריגה בתקן , יצרני הרכיבים , המעגלים המודפסים, הציוד וקבלני המשנה להרכבה נערכו לביצוע ישום מלא של התקן דהיינו RoHS 6 או במילים אחרות ביטלו את כל החומרים האסורים כולל העופרת., כאשר היערכות זו התחלקה למספר קבוצות ביטול קבוצת המתכות הכבדות – כספית, קדמיום וכרום הן מהרכיבים האלקטרוניים והן מהמעגלים המודפסים וחומרי הלחם ,עברה יחסית בקלות מאחר והחומרים הנ"ל לא הוו מרכיב מהותי בתעשיה.
ביטול חומרים מעכבי בעירה בחומרים פלסטיים ,במעגלים מודפסים, מסוג PBB ו- PBDE ומציאת תחליפים לנ"ל גם היא עברה בקלות . ביטול ציפויי בדיל עופרת על רגלי רכיבים אלקטרוניים או מגעים על רכיבי פיסה גם הוא עבר בקלות יחסית מאחר והתעשייה נהגה לצפות רכיבים בציפויים שונים גם בעבר . ציפויים מסוג בדיל כימי, ניקל, כסף, זהב , פלטינה ועוד היו והנם ציפויים שכיחים בתעשייה תחליפים לציפוי עופרת במעגלים מודפסים קיימים זה למעלה מ- 20 שנה .
גימורים כימיים מסוג זהב כימי על גבי ניקל או גימור כסף כימי, בדיל כימי והגנה אורגנית על נחושת מסוג OSP שכיחים בתעשייה מזה שנים ללא קשר לתקנה . לעומת זאת ביטול העופרת יצר בעיות קשות בעקר בכדוריות רכיבי ה- BGA ,זאת עקב הצורך בפיתוח תהליכי חיבוריות הלחמה בטמפרטורה גבוהה, אך בנוסף עקב סיבוכיות תהליכי היצור וההרכבה של רכיבי ה- BGA . הבדיל משאר קבוצות הרכיבים /מעגלים מודפסים בהם תהליכי הגימור והציפוי האפשריים הנם רבים ומגוונים, וניתנים ליישום עם גמר תהליך יצור הרכיב (החלפת גימור הנה קלה יחסית), שום כדוריות ה- BGA הנו חלק בלתי נפרד מתהליך היצור של הרכיב ולכן ההחלטה על ישום סוג כזה של כדור או אחר לא ניתנת לשנוי בצורה קלה.
* הנ"ל ניתן לשנוי תוך כדי סיכון לפגיעה ברכיב ובעלות גבוהה יחסית.
לאור זאת החליט חלק לא מבוטל מיצרני הרכיבים, ובעקר הגדולים שבהם, ליישם כדוריות Lead Free בלבד דהיינו RoHS6. לעומת זאת יצרנים אחרים נערכו ליישום רכיבי BGA עם כדוריות משני הסוגים דהיינו רכיבי BGA , RoHS 5 עם כדוריות בדיל עופרת 63/37 או 62/36/2, ו- RoHS 6 עם כדוריות מסוג SAC – Sn/Ag/Cu ( בדיל/ כסף /נחושת)או Sn/Ag המצב של חלופה אחת בלבד לכדוריות BGA ללא עופרת , מסוג SAC–Sn/Ag/Cu או Sn/Ag יצר לכל החברות שנערכו ליישום תהליכי הלחמה עם בדיל עופרת – RoHS 5 , בעיה חדשה, והיא התמודדות עם תהליכי הלחמה המשלבים חומר לחם מסוג בדיל עופרת עם רכיבי BGA משני סוגים שונים -רכיבים עם כדוריות "הסטוריות" מסוג בדיל עופרת , כדוריות"חדשות"מסוג SAC – Sn/Ag/Cu או Sn/Ag ולעתים אף סוג שלישי והוא של כדוריות מסוג 90/10 , שהנו בדיל עופרת לטמפרטורה גבוהה המיושם ברכיבי BGA קרמיים מסוג CBGA או CCBGA. החשש בתהליכים אלו נובע מכך שאם נלחים את הרכיב בפרופיל הלחמת Reflow סטנדרטי של בדיל עופרת ( 220 מעלות בשיא) כדור ה- BGA לא יותך ולא יקרוס , ולעומת זאת בהלחמה בתהליך Lead Free בה מתפתחות טמפרטורות שיא של 245 מעלות ואף יותר, התרכובת שתיווצר תהייה בעייתית עקב מבנה מטורולוגי לא תקין – שילוב בדיל עופרת עם בדיל כסף נחושת מאידך נוצרה בעיה הפוכה והיא איך מתמודדים עם הלחמת רכיב BGA המכיל כדורית מסוג בדיל עופרת בתהליך הלחמה RoHS 6 , דהיינו הלחמת רכיב BGA שמוגבל לטמפרטורות שיא של 220-225 בטמפרטורה 240-245 מעלות ואף יותר – ראה פתרון מוצע בבלוג הבא.
