журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
ТЕМА НОМЕРА

КОМПАНИИ И РЫНКИ

ТОРГОВЛЯ

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

ЦЕНОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №7, 2003

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Стереть свинец с электронной карты!

К 2006 году ЕС планирует полностью отказаться от применения свинца в электронном и электрическом оборудовании

Законодательные органы Европейского Союза намерены запретить применение свинца в качестве припоя в различных электрических и электронных товарах в интересах обеспечения безопасных, с экологической точки зрения, производственных процессов. В свое время свинец считался важным элементом припоев для электронного и электрического оборудования. Сегодня, однако, ужесточение требований в части защиты окружающей среды заставляет производителей искать альтернативу свинцу в таких системах как интегральные схемы (integrated circuit – IC), печатные монтажные платы (printed wiring board – PWB) и других электронных компонентах, где традиционно используется этот металл.

Свинец стал одним из материалов, который в ближайшее время будет запрещен к применению в электронном и электрическом оборудовании в соответствии со специальной директивой ЕС под названием "Сокращение вредных веществ в электронном и электрическом оборудовании" (Reduction of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment – RoHS). Она будет действовать параллельно с директивой по переработке отработанного электронного и электрического оборудования (Waste Electrical and Electronic Equipment – WEEE).

Принятие директивы RoHS, по заявлениям ее инициаторов, нацелено на снижение уровня применения вредных материалов в электронном оборудовании в интересах предотвращения их выбросов в атмосферу в процессе производства, а также на ужесточение требований относительно экологической безопасности при переработке согласно WEEE.

Документ RoHS вступает в силу в Европе – ЕС, ЕАСТ и ассоциированные члены Евросоюза – уже 1 июля 2006 года, после чего применение свинца в электронном и электрическом оборудовании должно быть полностью прекращено, вместо него необходимо будет использовать альтернативные материалы. Сегодня в мировой электронной отрасли принято считать, что термин "свободные от свинца изделия" означает наличие в них данного металла в количестве менее 0,1% от общего веса продукта. При этом, электроника – далеко не первая отрасль, откуда изгоняется свинец, практически все растворимые соединения которого ядовиты. Так, в конце 80-х годов в США, Европе и Японии было прекращено использование этого металла в паяльных работах по стыковке труб в водопроводах для подачи питьевой воды.

"Хотя действие нормативов WEEE распространяется только на Европу, оно будет иметь последствия для всех глобальных производителей свинцовых припоев", – говорит Карл Силиг, председатель Solder Products Value Council, совета базирующейся в США ассоциации IPC, объединяющей производителей электронной отрасли. По словам Силига, если бы директивы WEEE не существовало, то для сектора изготовления припоев проблема производства материалов без содержания свинца вообще не стояла бы на повестке дня. Электронная промышленность, как утверждает Силиг, не относится к крупным потребителем свинца, здесь ежегодный спрос на него составляет всего 0,4% от общего потребления в мире (6,5 млн. т в 2002 году).

Напротив, Тадатомо Суга, председатель Комитета по не содержащим свинец паяльным материалам японской Ассоциации электронной отрасли и сектора информационных технологий (Japan Electronics and Information Technology Industries Assn – JEITIA), полагает, что независимо от регуляционных нормативов в Европе концепция производства свободных от свинца изделий постоянно продвигается и в Японии.

И в этом направлении японцам уже удалось достигнуть определенного прогресса. Сегодня Япония считается мировым лидером в разработке электронных технологий, не предусматривающих применения свинца, а корпорация Panasonic стала пионерной компанией в мире, представившей в 1998 проигрыватель компакт-дисков, в элементах конструкции которого свинец вообще не использовался. Ряд крупных японских корпораций, в частности Hitachi, Sony, Aiwa и Sharp, применяют сегодня при производстве электронного оборудования альтернативные свинцу материалы, а ведущие телекоммуникационные компании начинают выпускать продукцию, не содержащую свинец, в различных регионах Европы и США.

По данным Кей Ниммо, технического директора британской исследовательской и консалтинговой фирмы Soldertech, фактически 50% электронного оборудования, производимого сегодня в Японии, уже не содержит свинец. По ее мнению, в настоящее время Страна Восходящего Солнца располагает значительным опытом в выпуске свободных от свинца припоев. Серьезного прогресса в этом направлении достигли и Соединенные Штаты Америки. Так, например, в декабре 2001 года компания Motorola выпустила первый в мире мобильный телефон без содержания свинца, который также стал и первенцем на рынке США. "Европа, возможно, несколько отстает от них, поскольку в некоторых странах работы по свертыванию объема применения свинца в электронном и электрическом оборудовании ведутся достаточно быстрыми темпами, а в других – крайне медленно", – заключает Ниммо.

Поэтому становится очевидным, что производители припоев вынуждены искать альтернативу оловянно-свинцовым припоям и покрытиям, традиционно используемым при производстве монтажных плат, ибо в ближайшее время они будут классифицироваться как "вредные материалы". Возможной альтернативой могло бы стать электролитическое (гальваническое) оловянное покрытие, но в нем могут присутствовать монокристаллические "волоски", способные вызывать короткое замыкание. Таким образом, единственный выход из такого положения заключается в поиске новых сплавов.

Наиболее благоприятным, с экологической точки зрения, и не содержащим свинец припоем, который может быть использован для сборки электронных плат, считается на сегодняшний день сплав олова, серебра и меди, рекомендуемый к применению специалистами японской и европейской электронных отраслей. В США, по данным Силига из Solder Products Value Council, в качестве стандартного припоя тоже предполагается использовать подобный сплав. Окончательное решение по этому вопросу будет принято американскими регулятивными органами в конце декабря текущего года. Характеристики рекомендуемого к применению сплава свидетельствуют о том, что он вполне совестим с действующими на сегодняшний день печатными электронными платами.

"Переход к применению экологически безопасных металлов оказывает влияние на организацию всей сети поставок продукции, поскольку, если при сборке плат исключается применение свинца, то и конечные компоненты изделия не должны содержать данный металл", – подчеркивают специалисты компании Soldertech. По их мнению, решение здесь может быть найдено за счет конструирования новых продуктов в привязке к "бессвинцовому" производству .

Температура плавления свободных от свинца сплавов – одна из главных проблем, которая беспокоит многих экспертов. По словам Силига, высокая температура плавления сплавов из олова, серебра и меди снижает чувствительность к уровню влажности компонентов, припаиваемых на платах этими сплавами. В результате даже при незначительной нагрузке возможны разрушения соединений-припоев, что способно повлечь за собой катастрофические последствия. "С другой стороны, – говорит технический директор Soldertech Кей Ниммо, – температуру плавления свободных от свинца припоев можно снизить за счет ужесточения контроля на стадии производства, увеличения его гибкости, достижения многофункциональности и универсальности".

Не менее важна также стоимость новых материалов, поскольку свободные от свинца сплавы содержат дорогое и довольно редкое серебро, что заставляет производителей расходовать больше средств на альтернативные припои. Кроме того, по данным Силига, производство альтернативных сплавов требует больших затрат энергии, а их вторичная переработка тоже представляет собой сложный и многоступенчатый процесс.

Тем не менее, несколько типов свободных от свинца припоев сегодня уже успешно применяются при сборке печатных плат, а некоторые виды жаропрочных припоев достаточно широко используются в автомобильной электропроводке. Вместе с тем, как полагают многие эксперты, работы по созданию новых видов свободных от свинца припоев должны быть продолжены, особенно с учетом необходимости повышения их надежности и технологичности, а также снижения стоимости таких материалов.

По мнению официальных представителей компаний, занятых в секторе производства припоев, выполнение требований директивы RoHS будет зависеть, главным образом, от решения вопросов изготовления "бессвинцовых" материалов на международном уровне. В этой связи недавно была инициирована международная программа под названием "Дорожная карта для производителей припоев, не содержащих свинец". Она определяет главные руководящие нормативы и направления деятельности для фирм, занятых изготовлением подобных материалов. В реализацию этого проекта вовлечены японская ассоциация Japan Electronics and Information Technology Industries Assn (Jeita), британская группа Soldertech и американская National Electronics Manufacturing Initiative (Nemi).

Хотя каждая страна несет самостоятельную ответственность за создание собственной "дорожной карты", ЕС и Япония работают в этом направлении в очень тесном сотрудничестве. Обе стороны разработали специальный график, в котором определены сроки для производителей в части окончательного перехода к продажам только свободных от свинца материалов, производству и сборке соответствующих компонентов.

Международная "дорожная карта" предусматривает, что все работы по созданию свободных от свинца припоев обязательно следует завершить к концу 2003 года, а к концу 2004-го все компоненты печатных плат и интегральных схем должны выпускаться без содержания свинца. Кроме того, в соответствии с данным документом сборку электронных агрегатов, не содержащих свинец, следовало начать еще в конце 2002 года. Полное удаление этого металла из такой продукции как паяльная паста, материалы для пайки волной припоя, конечные элементы плат, компоненты интегральных схем, терминалы, соединения и модули должно быть завершено к концу 2005 года.

Международная "дорожная карта" также устанавливает, что производители компонентов и элементов печатных плат и интегральных схем должны уже в текущем году изготовлять "бессвинцовую" продукцию, а предприятиям, обеспечивающим сборку электронного оборудования, необходимо в эти же сроки представить свои первые изделия, полностью свободные от данного металла. В "дорожной карте", кроме того, указано, что все компании должны принимать самое активное участие в реализации мероприятий по выпуску "чистой от свинца" продукции. По данным экспертов Jeita, ведущие производители компонентов плат и схем, как, впрочем, и крупные сборочные предприятия, способны выполнить стоящие перед ними задачи на год ранее намеченных графиком сроков. Напротив, другим компаниям на это потребуется, возможно, еще пара дополнительных лет.

Со специалистами Jeita в целом согласен и Кей Ниммо из британской Soldertech. По его словам, не вызывает сомнений факт, что крупные фирмы к 2006 году смогут полностью перейти к производству свободной от свинца продукции, чего не скажешь о мелких компаниях и производителях специальных изделий. Ситуация в США выглядит совсем иначе. По мнению Карла Силига, председателя Solder Products Value Council, крайне маловероятно, что к 2006 году все американские компании будут выпускать продукцию, совершенно не содержащую свинец. Он считает, что найти достойную замену припоям на базе свинца пока очень сложно, и поэтому в США производство этого материала сохранится и в дальнейшем.

Совершенно противоположной точки зрения придерживаются аналитики Soldertech, подвергающие сомнению саму возможность использования в перспективе изделий, содержащих свинец. Но, даже если они и будут применяться в течение нескольких лет после вступления в силу директивы RoHS, то на операции с ними потребуются существенные дополнительные расходы.

Что касается будущих объемов потребления свинца, то специалисты Soldertech прогнозируют спад общего спроса на этот металл (6,5 млн. т в 2002 году) всего лишь на 25-30 тыс. т, из которых 10 тыс. т уже не востребованы на рынках Японии и азиатских государств. Потребление свинцовых припоев мировой электронной отраслью в 1999 году, по данным британской группы Lead Zinc Study Group, составило 60 тыс. т.

Возможные альтернативные сплавы, не содержащие свинец, для замены действующих припоев на базе олова-свинца

Сплав олова, серебра и меди (SnAgCu)

Сплав подобного состава (серебро – 3-4%, медь – 0,5-0,8%) считается самым популярным заменителем свинцовых припоев. Он был выбран в качестве базового сравнительного элемента. Исходный материал, в сравнении с которым производятся тесты альтернативных электронных припоев, – эвтектический сплав олова (62%) и свинца (38%) – SnPb.

Сплав олова и меди (SnCu)

Недорогой альтернативный материал (содержит 0,7% меди) для пайки волной припоя совместим с большинством конечных изделий, содержащих свинец. При использовании этого сплава следует учитывать некоторые производственные особенности, в частности, более высокую температуру плавления по сравнению с большей частью сплавов SnAgCu. Стоимость SnCu в полтора раза выше, чем SnPb, по действующим на сегодняшний день расценкам.

Сплав олова, серебра и висмута (SnAgBi)

Данный материал (3% серебра и около 1% висмута) специально выбран для применения в технологиях монтажа компонентов на поверхность плат. Вместе с тем, серьезную обеспокоенность у экспертов вызывает токсичность висмута. Кроме того, цена этого сплава в три раза выше, чем у SnPb, по текущим расценкам.

Сплав олова и цинка (SnZn)

Хотя у этого сплава (9% цинка) низкая температура плавления (менее 200°С), специалистов настораживают процессы окисления цинка и постепенная коррозия конечных паяных соединений, из-за чего требуются специальные защитные покрытия.

Сплав олова и серебра (SnAg)

Данный материал (содержит 3% серебра) требует несколько большей температуры плавления (221°С) по сравнению с SnAgCu, но по цене мало чем отличается от последнего. Его можно применять в качестве специальных припоев, что делает SnAg достаточно привлекательной альтернативой сплаву олова и свинца.

Олег Зайцев,
по материалам Metal Bulletin Monthly

 
© агенство "Стандарт"