RoHS-豁免解读.docx

RoHS指令豁免条款解读1.豁免条款及其演变欧盟RoHS指令推出后，引起了有关各方面的高度关注。RoHS指令（Directive 2002/95/EC）第4章第2条规定指令附录中的款项可以从RoHS指令要求中得以豁免。根据RoHS指令第5章（Article 5）又先后颁布了2005/717/EC，2005/747/EC，2006/310/EC号决议（Commission Decision）。除2005/717/EC将指令附录的题目由“Applications of lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium, which are exempted from the requirements of Article 4(1)”改为“Applications of lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls (PBB) or polybrominated diphenyl ethers (PBDE) which are exempted from the requirements of Article 4(1)”外（主要是考虑到原来的豁免条款中并无明确针对PBB和PBDE的豁免条款，后来增加了针对DecaBDE的豁免规定而作此修改），2002/95/EC指令附录中的部分条款也做了修改，在原附录中的10个豁免条款基础上目前增加到20个豁免条款。 2. 豁免条款与解读2.1豁免条款1的原文为“Mercury in compact fluorescent lamps not exceeding 5 mg per lamp.”中文意思为：小型荧光灯中的汞含量不得超过5 毫克/灯。其中小型荧光灯（Compact Fluorescent Lamps，CFL）通常是指单端荧光灯，这些灯本身可自带电子整流功能（如图1、图2，带灯头），或不带自整流功能（如图3，带插针）。现在广泛使用的节能灯即属于自带电子整流功能的小型荧光灯。2.2豁免条款2的原文为：“Mercury in straight fluorescent lamps for general purposes not exceeding: halophosphate 10 mg triphosphate with normal lifetime 5 mg triphosphate with long lifetime 8 mg.”中文意思为：一般用途的直管型荧光灯中的汞含量不得超过：- 采用盐磷酸盐的直管型荧光灯：10 毫克- 采用三磷酸盐的正常寿命的直管型荧光灯：5 毫克- 采用三磷酸盐的长寿命的直管型荧光灯：8 毫克其中直管型荧光灯是指双端荧光灯，图4为直管型荧光灯的其中一端。与豁免条款1中的小型荧光灯相比，小型荧光灯的灯管通常为非线性弯形灯管，灯管直径较小。而直管型荧光灯管径较粗，长度较长，灯管为线性直长形。直管型荧光灯发出的光色彩特性与涂覆于灯管玻璃内壁的磷（Phosphors）有关，盐磷酸盐、三磷酸盐即属于此类含磷材料（Phosphorous materials）“一般用途（General purposes）”直管型荧光灯是指发出可见光（其波长范围在400-800nm之间），这些荧光灯是通用的互换性好的标准化产品。汞的限量要求与荧光灯的功率瓦数无关。2.3 豁免条款3的原文为：“Mercury in straight fluorescent lamps for special purposes” 中文意思为：特殊用途的直管型荧光灯中的汞含量不作限定。“特殊用途（Special purposes）”直管型荧光灯是指专用直管型荧光灯，包括：黑光灯、消毒灯、医用灯、超长灯（长度1800mm）、冷阴极荧光灯（Cool Cathode fluorescent lamps, CCFL）等。2.4 豁免条款4的原文为：“Mercury in other lamps not specifically mentioned in this Annex”中文意思为：RoHS指令附录中未特别提及的其它照明灯中的汞含量不作限定。这些灯的例子包括：高强度放电灯（HID，例如钠灯、金属卤素灯）、园形荧光灯（见图5）和U形荧光灯。2.5 豁免条款5的原文为：“Lead in glass of cathode ray tubes, electronic components and fluorescent tubes.”中文意思为：阴极射线管、电子元部件和灯管玻璃内的铅含量不作限定。玻璃中加入铅的目的包括防辐射及屏蔽作用，例如电视机中的阴极射线管玻璃中的铅含量很高，以防止电磁辐射污染。灯管玻璃内的铅则起到增强玻璃管强度的作用。本条款应用的另一个例子是，开关二极管和齐纳二极管中的封装玻璃中的铅可作豁免。2.6 豁免条款6的原文为：“Lead as an alloying element in steel containing up to 0,35 % lead by weight, aluminium containing up to 0,4 % lead by weight and as a copper alloy containing up to 4 % lead by weight.”中文意思为：铅作为钢合金中的合金元素时其重量百分比可放宽至0.35%、在铝合金中的含量可放宽至0.4%，在铜合金中的含量可放宽至达4%。为提高合金性能而加入铅，而铅含量必须在上述要求范围内。例如，铅在青铜合金中具有改善铸造性能、易于铸液的流动成型、减少铸造缺陷的作用，有利于提高制品的抗压性能。此外，铜合金中的铅也利于改善合金的切削性。青铜和黄铜均可以认为是铜合金的例子。另外，电子电气产品中广泛用到的散热铝合金片也可按本条规定，其中的铅含量可放宽至0.4%。是否可以引用本条款放宽产品含铅量，除了产品本身确实是合金才可以考虑外，还可以结合产品的用途及其应用场合来加以判定。例如铝电解电容器的铝外壳和阳极铝箔，电线电缆用铜导线、变压器继电器绕组用漆包园铜线中的铅应不在宽限之列。2.7 豁免条款7的原文已由2002/95/EC附录中的“ Lead in high melting temperature type solders （i.e. tin-lead solder alloys containing more than 85 % lead）； lead in solders for servers, storage and storage array systems (exemption granted until 2010)； lead in solders for network infrastructure equipment for switching, signalling, transmission as well as network management for telecommunication； lead in electronic ceramic parts (e.g. piezoelectronic devices)” 更新为2005/747/EC 中所表述的“ Lead in high melting temperature type solders (i.e. lead-based alloys containing 85 % by weight or more lead) lead in solders for servers, storage and storage array systems, network infrastructure equipment for switching, signalling, transmission as well as network management for telecommunications, lead in electronic ceramic parts (e.g. piezoelectronic devices). ” 更新后的中文意思为： 高温熔化型焊料中的铅（即：铅基合金中铅含量85%）含量不作限定； 用于服务器、存储器和存储阵列系统的焊料中的铅含量不作限定；用于交换、信号生成和传输，以及电信网络管理的网络基础设施设备内的焊料中的铅含量不作限定； 电子陶瓷产品中的铅（例如：压电陶瓷器件中的铅）含量不作限定；高温熔化型焊料具有温度和物理方面的优良特点，用于保证产品的可靠性。由于服务器系统（Server systems）和存储器系统（storage systems）的高可靠性要求，例如应用于银行、保险、航空等行业的高端服务器系统和存储器系统需要每天24h常年累月的连续无故障运行，系统的短暂故障就可能带来巨大的经济和社会损失。锡铅共晶焊料的优点已经在长期的使用中得到证明，而无铅焊料的熔点通常要比锡铅焊料的熔点高出40，使用高熔点无铅焊料使电子元器件焊接到印制电路板（PCB）上时，电子元器件和PCB都需要承受更高的热应力。无铅焊料的润湿性和延展性（Wetting and Spreading）也逊于锡铅共晶焊料，导致无铅焊接可能存在裂纹（Cracking）,从而易吸潮并对振动、冲击等较为敏感。无铅焊料的使用还更易导致锡须的生成。条款应用范围：服务器系统和存储器系统内的所有板卡、组件、元部件等所用焊料中的铅均在豁免之列，但其外围设备如打印机等所用焊料中的铅则不在豁免之列。电信基础设施中的焊料铅含量豁免也主要是基于设备需要长时间可靠运行的考虑。焊料中的铅含量豁免也参见本文所述豁免条款7、条款14。陶瓷在电子电气产品中通常作为绝缘材料、介质材料和基材等。例如用作陶瓷绝缘介子、集成电路陶瓷基板，用于陶瓷电容器、陶瓷滤波器、压电陶瓷器件等。一般认为，铅的加入有助于降低陶瓷的烧结温度，利于陶瓷的烧结成形。2.8 豁免条款8的原文已由2002/95/EC附录中的“ Cadmium plating except for applications banned under Directive 91/338/EEC（OJ L 186, 12.7.1991, p. 59）amending Directive 76/769/EEC（OJ L 262, 27.9.1976, p. 201）relating to restrictions on the marketing and use of certain dangerous substances and preparations.” 更新为2005/747/EC 中所表述的“Cadmium and its compounds in electrical contacts and cadmium plating except for applications banned under Directive 91/338/EEC（OJ L 186, 12.7.1991, p. 59） amending Directive 76/769/EEC （OJ L 262, 27.9.1976, p. 201） relating to restrictions on the marketing and use of certain dangerous substances and preparations.”中文意思为：电触点中镉及镉的化合物含量不作限定；除了76/769/EEC指令修改后形成的91/338/EEC指令规定禁止的镉电镀以外的其他镉电镀中的镉及镉的化合物含量也不作限定。76/769/EEC“关于限制销售和使用某些危险物质和预制品”指令最早于1976年发布，此后先后经历了39次修订（M1-M39）、5次校正（C1-C5）， 2004年推出了整合版（Consolidated TEXT），91/338/EEC指令是1992年发布的涉及限制镉及镉的化合物应用的规定的第12次修订（M12）。电子电气产品广泛使用电源开关和继电器，其中的触点可能使用银氧化镉（AgCdO），以满足耐电弧、抗熔融、耐机械和电气磨损等要求。2.9 豁免条款9的原文为2002/95/EC附录中的“Hexavalent chromium as an anti-corrosion of the carbon steel cooling system in absorption refrigerators.”2005/717/EC 增加了9a，9b款：“9a. DecaBDE in polymeric applications;9b. Lead in lead-bronze bearing shells and bushes. ”中文意思为：吸收式制冷机碳钢冷却系统防腐蚀用的六价铬含量不作限定；聚合应用中的十溴联苯醚；铅青铜轴承盖和轴承套中的铅含量不作限定。吸收式制冷机可采用燃气、石油石化产品等能源而广泛用于汽车等移动设备和取电不易的地方，也用于对低噪声有严格要求的宾馆等场所。近年来，由于压缩式制冷机采用的制冷剂氟利昂对大气臭氧层具有破坏作用，而溴化锂吸收式制冷机以其节省能源、不污染环境等优点被推到了市场前沿并被广泛采用。溴化锂吸收式制冷机中的溴化锂水溶液对碳钢有较强的腐蚀性。十溴联苯醚广泛运用于电子电气产品的塑料外壳与印制线路板（PCB）中作为阻燃剂，以达到安全防火标准的要求。在铅青铜轴承外壳和轴承套应用中，铅主要起润滑作用（lead is always used for lubrication purposes），铅青铜轴承外壳和轴承套中通常含有21-25%的铅。2000/53/EC汽车指令（Directive 2000/53/EC on end of life vehicles）附录中对铅青铜轴承外壳和轴承套中的铅也有类似的豁免规定。轴承外壳和轴承套示例见图6。2.10 指令附录第10条列出了当时认为还需要评估确认的豁免项目，原文内容为“Within the procedure referred to in Article 7(2), the Commission shall evaluate the applications for: Deca BDE, mercury in straight fluorescent lamps for special purposes, lead in solders for servers, storage and storage array systems, network infrastructure equipment for switching,signalling, transmission as well as network management for telecommunications (with a view to setting a specific time limit for this exemption), and light bulbs” 本条款所提内容在后来发布的决议（Commission Decision）中大都已作考虑，可分别参见本文所列豁免条款9、条款3、条款7，此处不再详述。其中的“light bulbs”应是指白炽灯或钨丝灯（incandescent or filament lamps，Tungsten filaments lamps）。2005/747/EC 中增加了豁免条款11-15：2.11 豁免条款11的原文为“Lead used in compliant pin connector systems.”中文意思为：顺压针连接器系统中的铅含量不作限定。“compliant pin connector systems”也称为“press-fit connector systems”，见图7，是连接器与印制电路板（PCB）之间实现机械和电气连接的一种互连方式，连接器无须通过焊接就能可靠连接到PCB，便于维修和更换，避免焊接热应力带来的影响。连接器可以叠加连接。图8为一种连接器插针的放大图。产品中的插针镀层为锡铅合金。对其铅含量作出豁免，是因为采用无铅纯锡会增加将连接器插入到PCB的插入力，而应力的增加，可能对互连造成损伤；另外，锡须的生成也是采用无铅纯锡带来的不利影响，特别是在一些高密度微间隙连接针之间，锡须的生成带来不同信号不同电位间短路的可能性更高。2.12 豁免条款12的原文为“Lead as a coating material for the thermal conduction module c-ring.”中文意思为：铅用于导热模块中C环的镀层材料时其含量不作限定。“Thermal Conduction Modules (TCMs)” 导热模块或热传导模块主要用于大功率高性能大规模集成电路的散热，例如服务器中的CPU等大规模集成电路为了减少信号传输长度，彼此之间间隙较小，进一步加剧了对散热的高要求，见图9，其中集成电路（IC Chip）焊接在陶瓷基片载体（Ceramic Chip Carrier）上, 集成电路与导热模块金属顶盖（Cap or Hat）之间为导热膏（Thermal Paste）,剖面图见图10。为实现良好导热，需要将集成电路与陶瓷基片密封在导热模块内，内充氦气。密封的关键是导热模块中采用的镀铅C环，“C”型环（C-Shape Ring）基材为镍合金，铅镀层厚约0.063-0.115mm。2.13 豁免条款13的原文为“Lead and cadmium in optical and filter glass.”中文意思为：铅和镉在光学玻璃和滤光玻璃中的使用不作限定。铅和镉对于玻璃的成型及其性能起重要作用，某些照相和成像设备的玻璃利用铅起滤光作用。镉的加入则有利于提高玻璃耐久性，避免出现细裂纹、龟纹等缺陷。成型玻璃中的铅也不易析出造成环境污染。目前，尚无替代材料可以实现产品的同等性能。 2.14 豁免条款14的原文为“Lead in solders consisting of more than two elements for the connection between the pins and the package of microprocessors with a lead content of more than 80 % and less than 85 % by weight.”中文意思为：用于微处理器载体与插针之间连接的二元以上合金焊料中铅含量允许高至80%-85%。条款所述微处理器主要用于笔记本电脑和台式电脑，其载体（Package）通常为环氧树脂板如PCB，载体与插针间的焊接焊料（Pin solder）为铅含量很高的合金焊料。插针再通过主板上的插座（Socket）实现微处理器与主板的电气连接。见图11及图12。该豁免条款也主要是基于产品的可靠性要求而提出，因为随着微处理器主频和性能的提升，其引出端越来越多（目前，已经有超过900个引出端的微处理器），可靠性要求也更为重要。焊料中铅含量的豁免也参见豁免条款7、条款15。2.15 豁免条款15的原文为“Lead in solders to complete a viable electrical connection between semiconductor die and carrier within integrated circuit Flip Chip packages.”中文意思为：用于集成电路倒装芯片半导体硅晶片与载体之间实现有效电气连接的焊料中的铅含量不作限定。倒装芯片的引出端为阵列焊球（Solder bumps，或BGA，Ball Grid Array）形式，焊球直径大约只有人的头发直径的2倍，这种形式使引出端互连点分布于芯片的整个表面而非传统的分布于芯片周边，从而实现大规模集成电路的高密度引出互连，其侧视图见图13上部，底视图见图13下部。载体（Carrier）表面金属焊盘（Pad）与焊球对应实现电气和机械互连，见图14。为保证连接的可靠性，例如每次计算机开关机带来的冷热温度冲击，芯片与载体的温度膨胀系数不同可能导致类似图15所示的焊接浮起（Lifting）失效模式；并应对计算机性能不断提升带来的集成电路尺寸越来越小而电流密度越来越大的技术趋势提出的挑战，焊球焊料需要采用高含铅量的铅锡焊料。焊料中铅含量的豁免也参见豁免条款7和条款14。在最近一次发布的2006/310/EC中，又增加了豁免条款16-20。这5个豁免条款都是针对灯产品中铅的使用而提出的。2.16 豁免条款16的原文为“Lead in linear incandescent lamps with silicate coated tubes.”中文意思为：使用硅酸盐涂覆管的直管型白炽灯中的铅含量不作限定。直管型白炽灯通常作为照明装饰之用。与荧光灯管相比，两者外形相似、均发出白色光，区别在于荧光灯具有更高的发光效率；但荧光灯需要配套整流器，直管型白炽灯则不需要。直管型白炽灯外形见图16镜子两侧所示。硅酸盐通过一种含铅的粘接材料涂附于灯管玻璃内壁，硅酸盐粉末熔化温度较高，粘接涂附温度应低于玻璃熔化温度。含铅的粘接材料可保证硅酸盐粉末与玻璃间的有效粘接。2.17 豁免条款17的原文为“Lead halide as radiant agent in High Intensity Discharge (HID) lamps used for professional reprography applications. ”中文意思为：用于专业复印设备用的高强度放电灯发光剂的铅卤化物含量不作限定。提出该豁免条款的主要原因是：铅是灯发出正常发射光谱、保证其发光能效的重要元素。2.18 豁免条款18的原文为“Lead as activator in the fluorescent powder (1 % lead by weight or less) of discharge lamps when used as sun tanning lamps containing phosphors such as BSP (BaSi2O5:Pb) as well as when used as speciality lamps for diazo-printing reprography, lithography, insect traps, photochemical and curing processes containing phosphors such as SMS (Sr,Ba)2MgSi2O7:Pb).Lead is essential for creating the proper lamp emission spectrum and lamp efficacy.”中文意思为：铅在荧光粉中作为活化剂其重量百分比含量可放宽至1%，包括：仿日晒含发光材料如BSP (BaSi2O5:Pb)的放电灯中；二氮化合物印刷、平版印刷、捕虫器（图17）、光化学和固化处理使用的含发光材料如SMS (Sr,Ba)2MgSi2O7:Pb)的专用放电灯中。仿日晒放电灯（sun tanning lamps）用于模拟太阳光对人体皮肤的照射，以达到类似海滩上接受阳光照射的作用。固化处理（curing processes）例如紫外线固化处理（UV curing processes）是一种运用广泛的光化学处理技术。利用强烈的紫外线光源将涂层、粘胶等快速烘干固化。在有需要时，也为快速进入后续工艺处理提供了方便。2.19 豁免条款19的原文为“Lead with PbBiSn-Hg and PbInSn-Hg in specific compositions as main amalgam and with PbSn-Hg as auxiliary amalgam in very compact Energy Saving Lamps (ESL).中文意思为：超小型节能灯(ESL)主汞齐组分PbBiSn-Hg和PbInSn-Hg，辅助汞齐组分PbSn-Hg中的铅含量均不作限定。汞齐合金常用于超小型节能灯中，以替代能效较低的白炽灯。2.20 豁免条款20的原文为“Lead oxide in glass used for bonding front and rear substrates of flat fluorescent lamps used for Liquid Crystal Displays (LCD).”中文意思为：液晶显示器中连接前后平板荧光灯基质的玻璃中的氧化铅(PbO)液晶显示(LCD)器件是一种本身不发光的平板显示(FPD)器件，因此LCD器件需通过外来光源实现透射或反射显示。平板荧光灯即是其中一种背光源。PbO广泛用作玻璃焊料（Glass Solder）的添加剂，其优点包括：较低的烧结温度，与玻璃的温度膨胀系数近似，良好的防水性能则可避免杂质混入。3.结束语豁免项目的申请需要考虑的内容包括如下几方面：对含有有毒有害物质的原材料、元部件的描述，有毒有害物质在其中所起的作用，有毒有害物质在单个产品中的实际用量、年用量及其在均质材料中的重量百分比；解释为什么在现有科技水平下通过设计变更、材料变更等方法来实现有毒有害物质的不使用或替代使用尚不可行？是否已经有符合要求的实用化的替代物质可供商业推广应用？使用替代物质带来的环境、健康和安全方面的收益和负面影响对比评估等。欧盟将对申请采取利益攸关方咨询探讨（Stakeholder consultation）的方式在网上公开征求意见。与欧盟RoHS指令不同的是，我国将于明年3月1日起实施的电子信息产品污染控制管理办法将采用目录管制的方式把经评估认为在技术和经济等方面都已成熟可行的产品列入目录实施管制。最后，由于豁免条款涉及化学、电子电器、物理、计算机、照明、通信、机械等专业领域，加之水平所限，本文错误及片面之处在所难免，意在抛砖引玉、交流探讨，以加深对条款的理解和应用。参考文献：1. Technical adaptation under Directive 2002/95/EC (RoHS) -Investigation of exemptions；By Paul Goodman, Philip Strudwick and Robert Skipper；/comm/environment/waste/weee_index.htm