刊物及廣告資料 > 刊物簡介 > 新電子工藝 > 第201001期 業界領跑者
以RoHS提升品質 打造安全未來
2010-01-16
李信柱博士

李桂雲

 

  通標標準技術服務有限公司(SGS)是全球檢驗、鑒定、測試和認證服務的領導者和創新者,是公認的質量和誠信的全球基準。

  SGS 成立於1991年,是SGS集團和隸屬于原國家質量技術監督局的中國標準技術開發公司共同建立的合資公司。十多年來,通標公司不斷發展壯大,陸續在上海、廣州、天津、深圳等地設立了40多個分支機搆和幾十間實驗室,員工人數超過 6,500名。SGS為國內外客戶、政府及機構,提供“一站式”檢驗、鑒定、測試和認證服務,全面覆蓋農產、礦產、石化、工業、消費品、環境、汽車、生命科學等各個領域。

  SGS今天的驕人成績依靠的是一個富有理想和激情、充滿追求和進取精神的團隊,尤其是近幾年來在歐盟RoHS法規的實施使得SGS有了旋展技藝的大好時機,並成為國內產品走向市場、走出國門、走向世界的哨卡衛士。近期我們對貴公司李信柱博士進行了採訪,他對我刊記者提出的問題給予了精闢的敘述。

Q:根據法規要求,電子產品必須是無鉛,這使得電子組裝業面臨無鉛材料的開發、產品可靠性、調整工藝等諸多方面的挑戰,然而,近兩、三年來,生產無鹵素電子產品也被擺到議事日程上來,並成為各國的法規。那麼,無鹵素產品的生產是否也會給電子製造業帶來一些影響,影響有哪些?

A:當前,電子行業一直對塑性材料有各種明確的規定,使其滿足針對各種塑膠、連接器以及插座UL94-V0阻燃性標準要求。為使塑膠阻燃,業內普遍使用某些鹵代化合物(例如各類溴化阻燃劑,簡稱BFR)作為塑膠阻燃劑。聚氯乙烯(PVC)也被廣泛地應用於電纜及電線的製作行業中。BFR和PVC在終端客戶的日常使用中具有非常顯著的阻燃(FR)效果,其阻燃性是無可挑剔的,同時,它們在性能與安全的平衡方面的表現也很出色。而溴系/氯系阻燃劑和PVC正是當前電子業界無鹵要求的重要關注點。

要轉換為無鹵材料並不容易,而留給它的實施時間卻要短得多。首先,這將是對供應鏈的一大挑戰,雖然,現在已經有磷系、氮系、硅系、無機阻燃劑等作為鹵系阻燃劑的備選,也有多種塑膠材料可以替代PVC,但替代品相對較高的價格無疑會提高企業的生產成本;其次,物料進行無鹵替代後有可能會對材料的抗剝強度、耐繞曲性、耐化學性、表面電阻、耐堿性和耐高溫性能產生影響,並且無鹵阻燃劑的可靠性方面並沒有進行較長期的檢驗。

所以,無鹵材料的替代會對產品的設計開發和生產工藝都產生重要的影響,需要結合產品的機械性能、流動性以及成本等因素進行綜合考慮,以滿足設計和環境的要求。

Q:2006年7月1日頒佈的RoHS指令禁止使用兩種鹵化阻燃劑,即多溴聯苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)。這兩種鹵化物對人體和環境有什麼危害?

A:多溴聯苯和多溴二苯醚具有類似的神經毒性,是非常穩定又難以分解的一級致癌物質,還具有生殖毒性、免疫毒性及內分泌毒性,會對肝和神經系統的發育造成毒害,同時干擾甲狀腺內分泌,可能引起生物性別錯亂。多溴聯苯和多溴二苯醚的生物累積效應非常強,由於在食物鏈中富積,所以,90%的途徑是通過食物進入人體的。一旦人體受到它的污染,可長時間留在體內而極難排出,會對人體產生長期的毒害作用。

多溴聯苯和多溴二苯醚除對人體存在以上毒害外,也對環境具有很高風險。添加在產品中的PBB和PBDE在燃燒處理過程中會造成二次污染,產生二噁英等劇毒有機物。二噁英(Dioxin)是四氯二苯並-P-二噁英(PCDD)和多氯二苯並喃(PCDF)兩類物質的總稱,其毒性是氰化鈉的130倍、砒霜的900倍,是人類迄今為止發現的毒性最強的有害物質之一,被稱為“世紀之毒”。

Q:對無鹵怎樣定義?

A:當前,世界各國還沒有出臺專門針對鹵素的法規,但國際上許多非政府組織的綠色環保機構正積極推動無鹵素行動,同時,一些大型跨國公司也都制定了自己的環保法規,其中就包括對鹵素的限制或限量,並要求自己的供應商遵守該限制或限量,從而生產綠色環保產品。當前的“無鹵化”要求大多來自於一些行業標準,而且目前工業界中“無鹵”要求僅對鹵族元素中的Br和Cl兩種提出要求。

1. 國際電工委員會(IEC)於 2003年提出了IEC 61249-2-21標準,要求在印刷電路板及其它互聯元件材料、易燃性(垂直燃燒試驗)覆銅板中的強化基材、複合和非複合無鹵化環氧電子玻璃纖維增強層壓板中使用的Br元素總量不得超過900 ppm,Cl元素總量不得超過900 ppm,Br和Cl兩種元素總量不得超過1500 ppm的要求。

2. 國際電子工業連接協會(IPC)也制定了IPC-4101標準,對剛性多層印制電路板基材提出相應的要求,規定其中使用的Br元素總量不得超過900 ppm,Cl元素總量不得超過900 ppm,Br和Cl兩種元素總量不得超過1500 ppm。

3. 日本電子電路工業協會(JPCA)制定的JPCA-ES-01-1999中即確定了“無鹵”的定義和標準,要求印制電路板(PCB)中Br元素的總量不得超過900 ppm,Cl元素總量不得超過900 ppm。該標準在2003年進行了修訂,增加了Br和Cl兩種元素總量不得超過1500 ppm的新要求。

4. 以上各標準僅對印制電路板類產品提出要求,但在2007年11月IPC提出的IPC/JEDEC J-STD-709標準草案標誌第一個電子業界全面推行“無/低鹵素”的標準即將出臺。該標準瞄準溴系/氯系阻燃劑和PVC,將對此類物質和材料提出限制要求。

  現在,已有許多國際大買家根據以上工業標準提出了相應的產品管控要求,限制基本與標準要求相同。另有一些企業已制定了BFR和PVC的禁用期限。

Q:歐盟RoHS指令的制定和出臺是為了限制電子電器產品中鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚這六種有害物質的使用。那麼,其中多溴聯苯和多溴二苯醚這兩種鹵素材料以往主要被應用在哪些電子產品中?

A:多溴聯苯和多溴聯苯主要用作阻燃劑,主要存在與電子產品中的塑膠、樹脂、PCB、紡織品和皮革等材料當中。

Q:目前推行的無鹵材料技術主要有哪些?這些無鹵產品能否滿足技術要求?

A:目前行業標準和企業內部要求主要是限制溴系/氯系阻燃劑和PVC的使用,針對這些物質和材料的替代技術主要有以下兩方面:

1 溴系/氯系阻燃劑

 1.1 無機金屬化合物阻燃劑

  當前,發達國家使用較多的阻燃劑為無機阻燃劑,如氫氧化鋁、氧化銻、氫氧化鎂、硼酸鋅等。目前,最有代表性的無鹵無機金屬化合物阻燃劑主要有氫氧化鋁(ATH)和氫氧化鎂(MDH)。ATH具有阻燃、消煙、填充三個功能,而且由於其不揮發、無毒,又可與多種物質產生協同阻燃作用,在阻燃劑的使用方面一直保持比較高的比例。MDH是目前發展較快的一種添加型無機金屬阻燃劑,低煙、無毒、能中和燃燒過程中的酸性以及腐蝕性氣體。但是,ATH和MDH通常需要加入50%以上才能顯示出較好的阻燃效果。而較大的添加量會影響材料本身的機械性能,因此,在一定程度上影響了它的應用。

 1.2 可膨脹石墨阻燃劑

  可膨脹石墨是近年出現的一種新型無鹵阻燃劑,它是由天然石墨經濃硫酸酸化處理,然後,經水洗、過濾、干燥後,再在900~1000℃下膨化制得。膨脹石墨能在火災發生時通過體積的瞬間增大將火焰熄滅。目前,可膨脹石墨已經在不同領域內進行了商業化應用,如聚氨酯泡沫塑料等,另外,還應用於結構結合、電纜分割和分割管路的防火。

 1.3 氮系阻燃劑

  氮系阻燃劑具有揮發性小、無毒、低煙、不產生腐蝕性氣體、價格低廉、抗紫外線照射、與聚合物相容性好、分解溫度高等優點,多與其他阻燃劑複配使用。最常用的氮系阻燃劑是三聚氰胺(MA)及其鹽(氰尿酸鹽、磷酸鹽、胍鹽及雙氰胺鹽),它們可以單獨使用,也可與聚磷酸胺、季戊四醇等其他阻燃劑複合使用。

 1.4 磷系阻燃劑

  磷系阻燃劑在無鹵阻燃劑中佔有重要的地位,按組成和結構可分為無機磷和有機磷系阻燃劑。前者主要是紅磷和聚磷酸銨,後者主要是磷酸酯和膦酸酯。紅磷是一種性能優良的無機磷阻燃劑,具有高效、抑煙、低毒的阻燃效果,但易吸潮、氧化,並放出劇毒的氣體,粉塵易爆炸,因而使其應用受到很大的限制。聚磷酸銨(APP)也是一種性能良好的無機磷阻燃劑,是目前磷系阻燃劑比較活躍的研究領域。APP的P-N阻燃元素含量高,熱穩定性好,產品近乎於中性,另外,價廉、毒性低、阻燃性能持久,可單獨或與其他阻燃劑複合用於塑膠的阻燃。有機磷系阻燃劑是阻燃劑中最重要的品種之一,具有阻燃和增塑雙重功效,可以使阻燃完全實現無鹵化,改善塑膠成型中的流動性能,抑制燃燒後的殘余物,產生的毒性氣體和腐蝕性氣體比鹵素阻燃劑少。磷酸酯阻燃劑屬於添加型阻燃劑,熱穩定性非常好,且與聚合物有很好的相容性。由於其資源豐富,價格便宜,應用十分廣泛。

 1.5 硅系阻燃劑

  硅系阻燃劑因有害性低而受到人們的關注。按組成結構可分為無機硅和有機硅阻燃劑兩大類。前者主要為SiO2,兼有補強和阻燃作用。有機硅系阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑,也是一種成碳型抑煙劑。它作為一類高分子阻燃劑,具有高效、無毒、低煙、防滴落、無污染等特點,尤其是因它本身為高分子材料,因此,對製品的性能影響很小。

 1.6 膨脹型阻燃劑

  膨脹型阻燃劑又名磷-氮系阻燃劑,它不含鹵素,也不採用氧化銻為協效劑,含有這類阻燃劑的高聚物受熱時,表面能夠生成一層均勻的碳質泡沫層,起到隔熱、隔氧、抑煙的作用,並防止產生熔滴現象,故具有良好的阻燃性能。

2 PVC

 2.1 PE

  PE(聚乙烯)是一種無毒無味的塑膠製品,具有密度低、透明性好、絕緣性好等優點,同時具有較高的剛性和韌性,機械強度好,介電性能、耐環境應力開裂性能亦較好,是一種較好的PVC替代品。

 2.2 PP-R

  PP-R即無規共聚聚丙烯,是當今發達國家普遍採用的塑膠材料,無毒且衛生性能優良。

 2.3 PB

  PB即聚丁烯樹脂,具有很強的耐蠕變性和抗應力開裂性。

 2.4 PP

  PP即聚丙烯,柔韌性好,可塑性強。

 2.5 ABS

  ABS是由苯乙烯-丁二烯-丙烯為基的三元共聚體,有高的衝擊韌性和良好的機械強度、耐熱、耐油等。

Q:無鹵材料的替代產品今後需在哪些方面進行攻關?

A:為克服無機金屬阻燃劑和磷/氮系阻燃劑等鹵系阻燃劑替代物的缺點,業界正在研發各種新興技術來獲得更加高效,且價格更為合理的新型產品。目前,研究的熱點技術包括微膠囊化技術,超細化技術、表面改性技術、複配協同技術、消煙技術、交聯技術和大分子技術等。

Q:據報導,歐盟已開始醞釀歐盟RoHS第二版草案,被稱為第二次歐盟RoHS風暴,第二版草案針對的是哪些禁止的材料?

A:2008年12月3日,歐盟頒佈了RoHS修訂提案,並於2009年2月10日向世界貿易組織貿易技術壁壘委員會通報。提案提出將會把醫療器械和控制設備納入管理範圍;並且當“優先”管控物質列表中列出的物質因應用於電子電氣設備而引起環境關注時,則需要進行評估,這些物質包括六溴環十二烷(HBCDD)和三項鄰苯二甲酸酯DEHP、BBP和DBP;同時,提案中也強調了製造商、進口商和分銷商的責任,增加了市場監督的條款,並將CE標誌引入RoHS。

2009年10月22日,歐盟環境健康及食品安全委員會公佈了對RoHS修訂提案的意見草案。本意見草案中建議在RoHS所管控的6種有害物質基礎上,增加7種物質的管控,包括溴系阻燃劑、氯系阻燃劑、PVC、氯系增塑劑、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二乙基己基酯(DEHP)和鄰苯二甲酸丁酯(BBP),建議的限制均為0.1%。此外,意見草案中也建議增加另外7種應進行優先管控的物質,包括砷化合物、鈹及其化合物、三氧化二銻、氧化鎳、雙酚A、溴系阻燃劑以外的溴化有機物和氯系阻燃劑以外的氯化有機物。
 

成為會員可瀏覽更詳細的網上月刊內容,按此註冊成會員
內容眾多,未能盡錄,歡迎訂閱或補購
按此了解訂閱服務。
刊物內容 :