Scarica l`allegato

PRIMO PIANO microelettronica
Una roadmap
per la conformità RoHS
Lisa Leo
L’utilizzo di piombo e altre sostanze pericolose nei
componenti elettronici ha creato sempre maggiore
perplessità sul piano ambientale e politico, ma
l’implementazione e la consapevolezza dei cambiamenti
necessari per soddisfare i nuovi requisiti ambientali
variano a seconda dei produttori. Tuttavia implementare i
cambiamenti necessari per soddisfare i nuovi requisiti
ambientali sta diventando un problema critico per il
business per i fornitori globali di componenti elettronici e
di assemblaggi. E sviluppare una roadmap per la
transizione è il primo passo per la compliance RAEE e
RoHS. I manufacturer che adottano approccio proattivo
guadagneranno probabilmente un vantaggio competitivo
con i grandi clienti OEM.
Le restrizioni correnti ed emergenti relative ai materiali pericolosi nei componenti e nei sistemi elettronici hanno dato vita a
sfide significative per le aziende produttrici di componenti elettronici nel mondo. La direttiva End of Life Vehicle (ELV) che
mira ad aumentare il contenuto di riciclaggio di veicoli prodotti
e venduti nell’Unione Europea è attiva da luglio 2003. La direttiva Waste of Electrical and Electronic Equipment (WEEE o
RAEE) insieme a quella Restriction on Hazardous Substance
(RoHS) entreranno in vigore nel luglio 2006, toccando la maggior parte dei prodotti elettronici venduti nell’Unione Europea.
La direttiva RoHS limita l’utilizzo di determinate sostanze pericolose che rappresentano dei rischi per la salute e per l’ambiente. Questa direttiva si indirizza specificatamente alla riduzione
dell’uso e alla proibizione definitiva di cadmio, cromo esavalente, piombo, mercurio, PBB (polibromuro bifenile) e PBDE
(polibromuro difenile etere).
Nonostante i grandi produttori di circuiti integrati stiano lavorando a programmi appropriati conformi al RoHS, molti produttori di componenti e di subassemblati potrebbero non comprendere pienamente l’opportunità, le implicazioni o le possibili conseguenze di queste direttive.
Nonostante questa transizione sia stata paragonata all’adozione
della tecnologia a montaggio superficiale, il tempo di esecuzione è più corto mentre l’impatto potenziale alla fine è molto più
critico. La possibilità che gli OEM non riescano ad accettare i
tradizionali componenti contenenti piombo presenta un’importante sfida di business per i produttori.
Progettare una roadmap sulle criticità del business e della supL. Leo, Director of Product Management, Raychem Circuit Protection
ply chain in fase di transizione implica la valutazione dei processi di reperimento, logistica, produzione, modifica, comunicazione e information technology. Dato che queste direttive
coinvolgeranno ogni singola azienda che utilizza componenti
elettronici nei propri prodotti, avendo ripercussioni anche su
determinati prodotti che contengono vetro, plastica e metallo, la
tracciabilità diventerà una questione di fondamentale importanza per il business per moltissime aziende.
Come per la transizione di information technology Y2K, molti
sistemi affermati e molte infrastrutture aziendali verranno influenzate dalla migrazione verso produzioni conformi al RoHS.
Ad ogni modo recenti indagini indicano che quasi tutto il personale consapevole del RoHS appartiene alla fascia operativa
anziché manageriale. Un altro paragone significativo può essere fatto con la conformità ISO, che implica e integra aree funzionali. Come con questa transizione, la conformità sarà più
semplice da raggiungere se il processo è visibile dal top management. Idealmente la responsabilità di organizzare un team per
la conformità e di realizzare la roadmap di transizione dovrebbe
ricadere sul livello di un management senior. Il team di conformità dovrebbe includere i manager della supply chain e dell’approvvigionamento, i risk manager, i manager della produzione,
i manager di progetto e i manager dell’information technology.
Comunicare con la supply chain - up & down
Gestire i cicli di vita del prodotto, sviluppare le strategie di migrazione, riqualificare i materiali e conformarsi alle richieste
degli OEM potrebbe richiedere un nuovo livello di gestione dei
Febbraio 2006 - Automazione e Strumentazione - 29
PRIMO PIANO microelettronica
documenti e dei dati. Ottenendo e consolidando l’informazione
del materiale per tutti i componenti, paragonandola con gli
standard legislativi e corporate, e disseminando queste informazioni up & down lungo la supply chain, diventa critico mantenere la conformità, migliorare l’efficienza operativa e assicurare la soddisfazione degli utenti.
Molti fornitori globali di componenti hanno già avvisato i propri fornitori che richiederanno la consegna di componenti
conformi a RoHS molto in anticipo rispetto all’1 luglio 2006,
termine massimo di RoHS e WEEE per raggiungere i propri
target. Questo approccio proattivo aiuta i produttori a consolidare i cambiamenti dei progetti, a qualificare le sostituzioni dirette o alternative e ad identificare i rischi generali nelle nuove
distinte di materiale (BOM).
La direttiva WEEE impone che i produttori marchino i prodotti
e forniscano dati relativi ai materiali pericolosi da riciclare entro agosto 2005. Per provare la conformità i produttori avranno
bisogno di fornire delle schede di fornitura che coprano l’intera
supply chain e i cicli produttivi allo scopo di tracciare il contenuto dei materiali e di fornire le percentuali aggregate ai livelli
di unità subassemblate e intere.
Per il fornitore di componenti e subassemblati ciò significa che
verranno richiesti dei package di qualificazione, che includeranno la seguente documentazione di compatibilità e i dati dei
test: gestione, imballaggio, spedizione e utilizzo; verifica della
saldatura; verifica della saldatura e dell’affidabilità; lega di saldatura utilizzata e caratteristiche di compatibilità
forward/backward; shock e vibrazione meccanica; storage ad
alta temperatura; crescita di “baffi” di stagno, se applicabile; livello di sensibilità all’umidità.
Questo requisito potrebbe porre nuove richieste relative ai sistemi IT dei produttori. Per esempio possono essere necessari più
campi dati e report per sviluppare BOM verdi (cioè compatibili
RoHS) e i processi di progettazione, per far emergere nuove
parti e per gestire procedure di sostituzione. Un esame completo del software System of Record (SoR) della propria azienda
dovrebbe focalizzarsi sulla capacità di educare la supply chain
riguardo alla richiesta di nuovi materiali e alle responsabilità
end-of-life, oltre a fornire agli utenti informazioni sui nuovi
standard e specifiche, gestendo e aggiornando le informazioni
riguardo la conformità.
Identificare e tracciare i componenti conformi
A causa delle temperature più elevate e più restrittive dei profili
di saldatura richiesti dai processi Lead Free, le parti conformi e
non conformi devono essere separate. I fornitori di componenti
stanno iniziando a fornire informazioni riguardo ai loro part
number e schemi di marcatura, ma il problema più complesso
per etichettare la conformità RoHS riguarda la mancanza di
standard globali.
Alcuni produttori hanno aggiunto un logo di identificazione
della conformità e il Moisture Sensivity Level (MSL) per le etichette degli imballaggi/contenitori, ma non modificheranno la
parte legata al marchio del prodotto. Altri hanno aggiunto un
marchio ID finale al P/N del dispositivo e alcuni produttori
hanno invece scelto di non modificarli per niente, data la mancanza di richieste degli utenti. Quindi ogni produttore di com-
30 - Automazione e Strumentazione - Febbraio 2006
L’impegno di Raychem Circuit
Protection
Alla Raychem Circuit Protection i nuovi processi di produzione e
progettazione sono stati migliorati per valutare e classificare i materiali conformi al RoHS e per gestire la transizione alla conformità. I
principali ostacoli che l’azienda ha dovuto affrontare sono legati alla
mancanza di standard per la certificazione del materiale, così come i
requisiti di qualificazione ambientale e meccanica.
Raychem Circuit Protection ha iniziato a seguire un programma di
conformità nel 2001, in anticipo rispetto alle richieste degli utenti
globali. È considerata una delle principali fornitrici di componenti
per l’industria elettronica giapponese, che guida il mondo nell’impegno di eliminare il piombo, i propri standard forniscono le più rigide
e documentate linee guide per iniziare il programma di sviluppo di
conformità aziendale. I progetti dei nuovi prodotti sono ora compatibili con processi, saldatura e assemblaggi in conformità alla RoHS,
e progetti di nuove leghe sono state adottate dove era necessario.
I nuovi dispositivi conformi alla direttiva RoHS di Raychem Circuit
Protection hanno part number distinti per eliminare ogni confusione, hanno le stesse caratteristiche delle versioni con piombo e sono
in grado di sostenere temperature di fusione più elevate richieste dai
nuovi processi di saldature senza piombo. I nuovi dispositivi possono comunque essere installati utilizzando i profili di riflusso standard, facilitando così la migrazione alla produzione e all’assemblaggio conformi RoHS.
La nuove procedure QA per i materiali in arrivo, gli esaurienti audit
interni e i molti programmi di comunicazione hanno facilitato gli
sforzi per il passaggio al RoHS Complaint ma soprattutto aiutano gli
utenti OEM di Raychem Circuit Protection a sviluppare prodotti che
possono essere venduti sul mercato Europeo e Asiatico.
ponenti deve essere contattato e ogni componente qualificato,
identificato e tracciato all’interno del processo di produzione.
Valutare i componenti e gli assemblaggi
Molti componenti conformi alla RoHS sono già disponibili per
l’industria e sono stati utilizzati con successo in produzioni di
assemblaggio elettronico. Ad ogni modo ogni produttore deve
valutare costo, attendibilità e produttività con leghe conformi,
proprio per i fattori quali temperature di fusione più elevate.
I PCB che utilizzano polibrominati bifenili e difenili esteri come ignifughi devono essere identificati e riposizionati, dato che
queste sostanze non sono conformi al RoHS. A più alte temperature di saldatura inoltre si danneggiano i PCB e altri componenti con coperture plastiche. I problemi più comuni includono
la delaminazione di interfaccia a bolle con conseguente rottura
e/o curvatura. La tolleranza della temperatura per queste parti
deve essere identificata, e la sostituzione dei componenti deve
essere effettuata, se necessario.
Dato che più fornitori di componenti per sottostare alle nuove
direttive sviluppano i componenti con lo stagno puro o con finiture di lega con alto contenuto di stagno, il problema della crescita di microscopici cristalli filiformi (baffi di stagno o whisker) è aumentato. Questa condizione si verifica quando lo stagno reagisce al rame contenente leghe, generando delle dendriti
di stagno conosciute come whisker. Questi “whisker” tendono
a sfaldarsi, riportando il discorso all’affidabilità della saldatura.
Questo fenomeno scarsamente compreso pone un serio rischio
PRIMO PIANO microelettronica
di affidabilità degli assemblaggi elettronici. I rischi associati con
i “tin whisker” includono i corti circuiti, arco di vapore e danni
risultanti da frammenti di whisker spezzati e contaminazione.
NEMI ha creato alcuni test per tin whisker, modelli e progetti
per gruppi di utenti per indagare perchè si formano i whisker e i
metodi per controllarli. I risultati dei test sperimentali e le raccomandazioni emerse per la conformità delle finiture RoHS sono
disponibili sul sito web di NEMI (www.nemi.org)
Valutare i processi di produzione
L’utilizzo di prodotti RoHS compatibili e leghe saldanti richiede temperature di riflusso più elevate. La maggior parte dei produttori di componenti stanno attualmente utilizzando il profilo
di riflusso a 260 °C, considerato come benchmark da NEMI.
Numerose saldature conformi alla RoHS sono oggi disponibili,
ma ogni produttore dovrebbe definire le variazioni nella saldatura desiderata. I test dovrebbero essere fatti con i principali costituenti estremizzando la loro tolleranza, come dichiarato dal
produttore della saldatura.
I processi e le attrezzature quali strumenti di saldatura e forni di
riflusso, potrebbero aver bisogno di essere rivisti e sostituiti per
maneggiare altri materiali e alte temperature. La qualità
dell’aria e le emissioni risultanti dai cambiamenti dei processi
devono inoltre essere valutate e regolate per assicurare un ambiente di lavoro sicuro.
Valutare i processi di riparazione e di modifica
La modifica è molto spesso richiesta durante la fase di sviluppo
del prodotto, ma rimane un aspetto interno del ciclo di vita del
prodotto, dovuto alla necessità di una riparazione garantita. Le
temperature di fusione più elevate di leghe conformi alla RoHS
presentano due principali sfide di modifica: il potenziale per i
danni ai componenti da sostituire e la degradazione delle giunture della saldatura del componente adiacente alle posizioni modificate. La modifica è complicata dal fatto che le leghe della saldatura non si bagnano o penetrano così facilmente come la saldatura Sn/Pb. Tuttavia i metodi di modifica vincenti (sia manuali
che semiautomatici) sono stati sviluppati con saldature conformi
per tutti i tipi di componenti e la maggior parte delle attrezzature
di modifica per Sn/Pb possono ancora essere utilizzati per la
nuova saldatura. Un’altra considerazione relativa al progetto è
l’impatto della modifica sull’affidabilità dei componenti, Lo
standard IPC/JEDEC J-STD020C recentemente rilasciato evidenzia l’importanza della modifica per la classificazione dei
componenti ad una temperatura più elevata. Non esistono standard su saldature conformi alla RoHS e le implicazioni riguardo
il processo di riparazione e modifica è già stato largamente investigato. La combinazione di due differenti saldature può creare
una terza lega con proprietà differenti incidendo sull’affidabilità
delle congiunzioni e sulla temperatura di riflusso. Quindi il tipo
di saldatura potrebbe dover essere identificato sul PCB.
readerservice.it - n. 31
Febbraio 2006 - Automazione e Strumentazione - 31