Sağlığa Zararlı Maddelerin Kullanımının Kısıtlanması

RoHS, Avrupa Birliği tarafından dikte edilen; elektronik cihaz üretiminin çevreye zarar vermemesi için, sağlığa zararlı maddelerin elektrikli ve elektronik ürünlerdeki kullanım miktarlarını kısıtlayan kurallardır.

Sağlığa zararlı maddelerin kısıtlanması hem kapasitör, transistör, entegre devre, konnektör, vb gibi elektronik malzeme üreticileri için, hem de bu ürünleri kullanarak baskılı devre, yarı mamul veya mamul ürün yapan üreticiler için geçerlidir. Bu kurallara uyması için firmalara Temmuz 2006 tarihine kadar mühlet tanınmıştır. Bu tarihten sonra da zararlı maddelerin kullanımına eski ürünlerin tamiri nedeniyle müsaade edilebilmekte, ancak yeni üretimlerde RoHS kurallarına uyulması istenmektedir.

Birçok firma üretimlerini bu kurallar çerçevesinde yapmak üzere değişikliklere başlamıştır. Dünyanın diğer bölgeleri de benzer tedbirleri kabul etmişlerdir. Bunlardan Japonya bu konudaki önlemleri ilk başlatan ülkedir. Avrupa Birliği Japonya'dan sonra gelmektedir. ABD ise Ocak 2007 tarihi itibariyle benzer uygulamaya geçmeyi hedeflemiş olarak üçüncü sıradadır. Asya ülkeleri ve bilhassa üretimin büyük çoğunluğunu yapan Çin'de bulunan ufak firmalar bu konuda yavaş davransa da, bu ülke yönetimleri RoHS kurallarına uyma konusunda kararlıdır.

Sağlığa zararlı maddeler nelerdir?

RoHS kuralları birçok kişi tarafından "kurşunsuz üretim" gibi algılansa da aslında sağlığa zararlı maddeler sadece kurşundan ibaret değildir. RoHS kapsamında kullanımı yasaklanan 6 madde ve müsaade edilen maksimum miktarlar şunlardır:

-Cd	Cadmium	%0.01 ppm
-Hg	Mercury (cıva)	%0.1 ppm
-Cr (VI)	Hexavalent Chromium	%0.1 ppm
-PBB	Polybrominated Biphenyl	%0.1 ppm
-PBDE	Polybrominated Diphenyl Ether	%0.1 ppm
-Pb	Lead (kurşun)	%0.1 ppm

^{ppm = parts per million (ağırlık cinsinden)}

Sağlığa zararlı maddelerin kullanım yerleri şunlardır:

Kurşun	Lehim, aktif ve pasif elektronik malzeme, terminasyon uçları, baskılı devre kaplamaları, cam, akü ve piller.

Cadmium	Elektoliz kaplamalar, plastik malzeme, sensörler, NiCd piller, kıvılcım çıkaran kontaklar.

Cıva	Piller, anahtarlar, sensörler, röleler, floresan lamblalar, vs.

Hexavalent Chromium	Krom, kaplamalar

PBB-PBDE	Alev almayı önleyici malzeme

Elektronik malzemelerdeki kurşun sağlığımızı nasıl etkiliyor?

Zararlı maddelerden bilhassa kurşun sağlığımız açısından önemlidir. Kurşunun hem solunum hem de sindirim yoluyla alınması sağlık sorunları yaratabilmektedir. Bu yüzden pillerdeki, boyalardaki, borulardaki ve benzindeki kurşun kullanımı yakın geçmişte büyük ölçüde terk edilmiştir. Kurşunun zehirli etkisinden en fazla zarar gören organlar şunlardır:

Merkezi sinir sistemi (bilhassa çocuklarda)
Böbrekler
Üreme sistemleri
Yoğun miktarda kurşun alan bünyelerde reaksiyon süresinin uzaması, parmaklarda zayıflık, el ve ayak bileklerinde zayıflık, hafıza kaybı ve kan hastalıkları gibi sorunlar görülmektedir.

Elektronik malzemelerdeki kurşun bize nasıl bulaşıyor?

Çöpe atılan elektronik malzeme ve cihazların içinde bulunan kurşun, asitli yağmur sularıyla (hava kirliliğinden dolayı yağmur suları toprağa düşmeden önce asit içerecek hale gelebilmektedir) yıkanarak toprak altındaki su havzalarına karışmaktadır. Bu suyu kullanan canlılar ise suyun içinde bulunan kurşundan etkilenmektedir. RoHS kapsamında bu zararlı maddenin yer altı sularına karışması engellenmeye çalışılmaktadır. Aynı şekilde, daha sonra değineceğimiz WEEE standartları kapsamında da elektronik ürünlerin çöpe atılması bazı kurallara bağlanmaktadır. Bu kurallar kapsamında ürünlerin tekrar kazanılması veya hammaddelerine ayrıştırılması için gerekli toplama işlemlerini; üretici firmaların tasarlaması, organize etmesi ve finansmanına katkıda bulunması gerekmektedir.

RoHS kapsamından etkilenen ürünler şunlardır:
Ev elektroniği
IT ve haberleşme cihazları
Tüketici ürünleri
Aydınlanma ürünleri
Elektrik ve elektronik aletler (sabit ve büyük endüstriyel cihazlar hariç)
Oyuncaklar, eğlence ve spor için üretilen ürünler
Otomatik atık cihazları

Etkilenen iş sahaları ise şunlardır:
Kendi markası altında elektrik ve elektronik cihaz üretimi ve satışı yapanlar.
Başka üreticiler tarafından yapılan ürünleri kendi markası altında satanlar.

Üye ülkelere profesyonel olarak elektronik ürün ithalatı ve ihracatı yapanlar.

RoHS standardına uymamanın cezası nedir?

Bu konuda her Avrupa Birliği ülkesi kendisine göre kanun ve kurallar koymaktadır. İngiltere Ticaret ve İçişleri Departmanı tarafından önerilen cezalar şu şekildedir:

RoHS uyumlu olmayan ürünle ilgili olarak:
Ürünün pazarda yasaklanması.

RoHS ihlalinden sorumlu olan kişilerle ilgili olarak:
3ay ila 2 yıl arası hapis ve en az 5,000 Sterlin para cezası.

RoHS Şartlarında Üretim

RoHS kurallara uygun olarak üretilmiş malzemelerin ürün kodlarında bazı firmalar değişiklik yaparken bazı firmalar ürün kodlarını değiştirmemeyi, ancak paketleme esnasında "RoHS uyumludur" ibaresi kullanmayı tercih etmiştir.

Sağlığa zararlı maddeler üretimde birçok faydalar sağlamaktadır ve bunlardan vazgeçmek bazı üretim zorluklarını da beraberinde getirecektir.

Zararlı Madde	Yerine Önerilen Madde ve Dezavantajı
Kurşun/Kalay İçeren Lehim	Kalay ile başka metal bileşenleri içeren lehim Kurşun içermeyen lehim daha yüksek derecelerde erimektedir.
Gümüş/Cadmium Oksit	Gümüş/Kalay Oksit Kontaktlar'daki verimlilik aynı değildir. Bazı durumlarda ürünlerin kullanım ömrü kısalabilir.
Cıvalı Kontaktlar	Altın kaplama kontaktlar Ömür süresi çok daha kısadır ve cıva kullanmadan zero-bounce kontakt elde etmek mümkün değildir.
Hexavalent Chromium	Çeşitli malzemeler kullanılabilir. Etkileri daha azdır.
PBB-PBDE	Çeşitli malzemeler kullanılabilir. Aynı etkiyi sağlamak için daha fazla malzeme kullanımı gerekmektedir.

Lehim Sorunları

Lehimleme konusunda karışık teknolojilerin (yani kurşunlu lehimle RoHS uyumlu yüzey, RoHS uyumlu lehimle de kurşunlu yüzey) kullanılabilirliği konusunda değişik görüşler vardır. Bazı makaleler kurşunsuz lehim için tasarlanmış yeni ürünlere kurşunlu lehim bulaşırsa lehimlenen kontaktların güvenirliğinin önemli ölçüde azalacağını belirtmektedir. Bazı makaleler ise RoHS uyumlu pasif elektronik malzemede kurşunlu lehimin başarıyla kullanılabildiğini söylemektedir. Gene de en doğru yöntem, ürünlerin kendi teknolojisine uygun lehim kullanmaktır (yani, eski ürünlerde kurşunlu lehim, yeni ürünlerde ise kurşunsuz lehim). Eğer kurşunlu ve kurşunsuz teknolojiler karışık olarak kullanılacaksa malzeme üreticisinin bu konudaki önerilerinin incelenmesi önerilmektedir. Tüm üreticilerin hemfikir olduğu konu ise, karışık teknoloji kullanımında Ball Grid Array (BGA - Kare entegre devrelerin altındaki yuvarlak lehim adacıkları) türündeki lehim adacıklarında problem olacağıdır.

Kurşunsuz lehimlemede dikkat edilmesi gereken sorunlu konulardan bazıları şunlardır:

Sıcaklık

Kurşunsuz lehim için daha yüksek dereceler gerekmektedir. Kurşunlu lehim için uygun olan derece (60/40 kalay/kurşun için) yaklaşık 180°C iken, kurşunsuz lehim için (kalay/bakır) gerekli olan sıcaklık 227°C civarındadır. Bu da birçok üretim tesisindeki havyaların değiştirilmesi (ayarlanabiliyor ise sıcaklık derecelerinin arttırılması), dalga lehim makinelerinin değiştirilmesi veya yenilenmesi anlamına gelmektedir. Yüzeyi Kurşun/Kalay bileşimiyle kaplı baskılı devreler ve malzemeler kurşunsuz lehim banyosundan geçirilirse malzemelerin üzerindeki kurşunun zamanla banyoyu kirletme tehlikesi olduğundan kurşunlu ve kurşunsuz lehim banyolarının ayrılması gerekmektedir. Kalayın başka maddelerle bileşimleri daha düşük erime dereceleri sağlayabilmektedir. Ancak, bu karışımları sağlayacak hammadde tabiatta kurşun kadar bol bulunmamaktadır. Bazı kalay bileşimleri ve erime dereceleri aşağıda gösterilmiştir.

Kalay-Bakır	227°C
Kalay-Gümüş	221°C
Kalay-Gümüş-Bakır	217°C
Kalay-Gümüş-Bizmut	205 - 215°C
Kalay-Çinko	199°C
Kalay-Kurşun	183°C
Kalay-Bizmut	138°C

RoHS standardına göre baskılı devrelerin yeniden tasarlanması ve hangi sıcaklıkların uygulanacağı, ne tür lehim kullanılacağı konusunda baskılı devre üzerinde bilgi veren bir yer ayrılması gerekmektedir. Bu bilgiler değişik lehimleme yöntemlerini de (SMT, dalga lehim ve havya ile lehim) kapsayacak kadar detaylı olabilmektedir. RoHS için standart bir işaretleme olmayıp, her firma kendisine göre bir amblem seçmiştir. Bazı firmalar "kurşunsuz" anlamında üstü çizili Pb sembolünü kullanırken (şekil-1), bazı firmalar da zararlı maddelerin sadece kurşundan ibaret olmadığını vurgularcasına RoHS kelimesi içeren semboller kullanmaktadır (şekil-2).

Şekil - 1

Şekil - 2

Baskılı devre üzerinde hangi lehim bileşeni kullanılması gerektiği ile ilgili olarak elips içine yerleştirilen bir "e" harfi ve yanında da bir numara kullanılmaktadır. (Şekil-3)

Şekil - 3

Kalay bileşenleri için "e" harfinin yanında kullanılan numaraların anlamları aşağıda gösterilmiştir.

e1	-	SnAgCu (Bu bileşen e2 kategorisinde gösterilmez)
e2	-	Bizmut (Bi) veya Çinko (Zn) içermeyen Kalay (Sn) bileşenleri (SnAgCu hariç)
e3	-	Kalay (Sn)
e4	-	Kıymetli metaller (Ag, Au, NiPd, NiPdAu gibi) (Sn hariç)
e5	-	SnZn, SnZnx (Bi hariç)
e6	-	Bizmut (Bi) içeren bileşenler
e7	-	Indium içeren düşük dereceli (< 150°C) lehim (Bi hariç)

Aşağıda (Şekil-4) paket üzerine yapıştırılan etiketlerden bir örnek gösterilmektedir.

Şekil - 4

Kurşunsuz lehimleme esnasında daha fazla pasta kullanımı ve havya ucunun lehimlenecek yüzeye daha uzun süre temas etmesi (ısısını aktarabilmesi için) gerekmektedir. Ayrıca, kurşunsuz lehim diğeri kadar akışkan değildir. Kurşunsuz lehimlemeden sonraki görünüm kurşunlu lehimin parlaklığına sahip değildir. Malzemeye bulaşan lehim de kurşunlu lehimde olduğu gibi araları yumuşak meyillerle doldurmamakta, daha keskin hatlarla ve daha ince bir tabaka olarak lehim yapılan yüzeyi kaplamaktadır. Bu da sanki sağlıklı bir lehim yapılmamış izlenimini vermektedir. Ancak, bu görünüm yanıltıcıdır ve lehim kalitesinden endişe etmeye gerek yoktur.

Kurşunsuz lehimleme için arttırılan ısı lehimlenen kabloların veya konnektörlerin plastik izolasyonunu eritebilmekte veya hassas elektronik malzemelere zarar verebilmektedir.

Tin Whiskers - (Kalay bıyıklar -kalay kıllanma)

Saf kalay ile yapılan lehimleme işlemlerinde bazı sıcaklık ve nemlilik şartlarında kalayın yüzeyinde kıl şeklinde uzayan kristaller oluşmaktadır. Kalay için bu davranış şekli metalurjide bilinen bir olaydır. Bu kristallerin uzunlukları birkaç yüz mikronu bulabilmekte ve birbirine çok yakın geçen baskılı devre yollarında kısa devre yaratma riski oluşturmaktadır. Bu durum genellikle baskılı devre üzerinde yoğun yerleşim gerektiren uzay, silah ve tıp endüstrileri için problem olmaktadır. Bazı üreticiler bu davranışı engellemek için kalay ile başka birtakım metallerin karışımını kullanmaktadır. Ancak, bu da hammadde temini açısından işi zorlaştıran pahalı bir yöntemdir. Bir diğer çözüm ise baskılı devrelerin yeniden tasarlanarak birbirine çok yakın giden yolların aralarının açılması olabilir.

Popcorn Reaction (Patlamış mısır reaksiyonu)

Transistör, entegre devre, seramik kondansatör gibi döküm (mold) teknolojisi kullanan bazı elektronik malzemelerin içinde üretim esnasında nem kalabilmektedir. Lehimleme esnasında sıcaklık 100°C üzerine çıkınca bu nem gaz haline gelebilmekte ve yarattığı basınçla üzerindeki döküm malzemesini patlatabilmektedir. Kurşunsuz lehimleme ısısının artması bu riski de arttırmaktadır.

Filet Lifting (Lehimin kalkması)

Kurşunsuz lehim soğurken daha fazla büzülmekte ve baskılı devre üzerindeki lehim adacığından yükselmektedir. Bazı durumlarda yükselen lehimin baskılı devre üzerindeki adacıktan uzaklaştığı, bazı durumlarda ise yapıştığı adacığı da beraberinde yükselttiği gözlemlenmiştir. Genellikle bu durumlarda elektriksel temas kaybedilmemekte ve sorun yaşanmamaktadır. Gene de üreticiler böyle bir durumla karşı karşıya kalmayı arzu etmemektedirler. Bazı durumlarda ise yükselen lehim yapıştığı adacığı kopartarak ikiye bölmekte, elektriksel teması da kaybedebilmektedir. Bu tür sorunların üstesinden gelebilmek için uygulanan yöntemler şunlardır:

Kalay-Bizmut bileşenlerini kullanmamak (bu tür bileşenler soğurken daha fazla büzüşmektedir).
RoHS uyumlu yüzeylere kurşunlu lehimin bulaşmasını engellemek (kurşunlu bileşenler RoHS yüzeylerin soğuma karakteristiklerini değiştirmekte ve büzüşmenin artmasına sebep olmaktadır).
Lehimleme işleminden sonra baskılı devreyi daha hızlı soğutmak (üfleme yoluyla hızlı bir soğumanın sağlanması baskılı devre üzerindeki bölgeler arası sıcaklık farkını azaltmakta ve lehimin yükselmesini önlemektedir).

Sonraki >

..:: ATK BİLİŞİM ::..

Dünyanın En Büyük ve En Hızlı Diski Seagate'den