"Возможен ли всеобщий отказ от свинца?"

Промышленность всего мира переживает очередной этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов, — происходит всеобщий отказ от свинца. Эта тенденция станет общей для всех стран ЕС в 2015 г. Большинство ведущих корпораций ставят отказ от свинца в списки первоочередных задач. Россия также активно развивает технологии, которые помогут найти альтернативу применению свинца.

И все же глобальный переход на беcсвинцовые технологии — задача пусть не очень далекого, но все же будущего. Опасность свинца для окружающей среды и здоровья человека парадоксальным образом сочетается с его исключительной значимостью для современной промышленности.

Особенно сложно ответить на призыв экологов к запрету использования свинца в электронной аппаратуре. По их мнению, размещение на полигонах (свалках) отслуживших свой срок изделий радиоэлектронной промышленности, содержащих свинец в припое, ухудшает экологическую ситуацию. В последние годы пайке бессвинцовыми припоями в производстве изделий микроэлектроники уделяют пристальное внимание специалисты, работающие в этой области.

Свинцовая проблема

Первый оловянно-свинцовый припой был использован древними греками при производстве механизмов за 250 лет до н. э. В XX веке он стал широко использоваться в электронной промышленности, в частности, в технологии производства полупроводниковых изделий на сборочных операциях.

Свинец в процессе сборки в электронике используется в виде припойного сплава, покрытия печатной платы и покрытия компонентов. Наибольшее содержание свинца находится в паяном соединении, т. е. в припое.

Новое законодательство об охране окружающей среды — директива Совета Европы по экологической безопасности RoHS (Restriction of use of Certain Hazardous Substances) — стало причиной многих проблем для фирм, занимающихся распайкой плат традиционными методами с использованием припоев, содержащих свинец (на европейском рынке свинец полностью запрещен к применению в большей части электронного оборудования с июля 2006 г.).

Почему акцентируется внимание только на свинце? Разве другие ингредиенты, входящие в состав отходов производств всех уровней, не ухудшают экологию?

Начало процессу положил сенатор Эл Гор в 1992 г., представив в конгресс США законопроект, к которому прилагался обширный список подлежащих запрету «свинцовых» материалов и изделий. В него попала и продукция электронной промышленности, включая свинцовые припои и покрытия. Агентство по охране окружающей среды ЕРА (Environmental Protection Agency) провело инвентаризацию всех изделий, содержащих свинец, и составило список материалов, которые могут нанести существенный вред здоровью человека. В апреле 1993 г. в США был принят закон, в соответствии с которым подлежит обложению налогом каждый фунт свинца как в изделиях собственного производства, так и импортируемых.

Маховик перехода на пайку бессвинцовыми сплавами в мировой электронике уже запущен. Его невозможно остановить в отдельно взятой стране. И всем придется волей-неволей перейти на бессвинцовую технологию, несмотря на издержки и дополнительные капиталовложения.

Свинец представляет собой яд, накапливающийся на протяжении многих лет в тканях организма; 30% попадающего в организм человека свинца адсорбируется в кожных покровах, а 70% оседает в легких. Внешними симптомами отравления являются головные боли и боли в суставах, однако оно вызывает и скрытые, более серьезные последствия в виде поражений почек и нервной системы, бесплодия и врожденных пороков у потомства.

Установлены ПДК для свинца и его неорганических соединений: для атмосферного воздуха — 0,001 мг/м3, для рабочей зоны — 0,01 мг/м3, для питьевой воды — 0,03 мг/дм3.

Свинец очень фитотоксичен. Ионы свинца быстро теряют подвижность. Они прочнее, чем другие катионы, удерживаются гумусом почвы. Очень высокие концентрации свинца в почвах подавляют рост растений и вызывают болезнь, при которой нарушается образование хлорофилла в листьях и снижается активность фотосинтеза, — хлороз. Основная часть свинца задерживается в корнях растений.

Свинец относят к наиболее токсичным металлам, опасным даже в малых дозах. Объединенная комиссия ВОЗ по пищевому кодексу (Codex Alimentarius) включила его наряду с кадмием, мышьяком, медью, стронцием, цинком и железом в число компонентов, содержание которых строго контролируется при международной торговле продуктами питания.

Сегодня ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без использования микроэлектроники. Специалисты утверждают, что двумя самыми важными технологиями сверхавтоматизированного XXI века будут компьютеры («разум») и силовая электроника («мускулы»). Технология сборки изделий электроники, особенно силовых полупроводниковых приборов, является такой же важной проблемой, как и создание кристаллов. Здесь наиболее трудоемкими являются сборочные операции, от качества выполнения которых во многом зависит эксплуатационная надежность готовых изделий. На многих сборочных операциях широко используется пайка, составляющая более 25% общей трудоемкостисборочных операций.

Бессвинцовые припои значительно более безопасны. Максимально допустимые разовые концентрации загрязняющих веществ (ЗВ): для оксида олова (в пересчете на олово) ПДК в рабочей зоне — 2 мг/м3, в атмосферных выбросах — 0,02 мг/м3; для меди соответственно. — 1 мг/м3 и 0,002 мг/м3; для серебра ПДК в рабочей зоне. — 1 г/м3, выброс в атмосферу не регламентируется.

Нами проведен сравнительный анализ применения припоев ПОС40 (содержит 40% олова и 60% свинца) и бессвинцового 95,5 Sn/4 Ag/0,5 Cu, который показал экологическую безопасность использования в производстве бессвинцовых припоев. При применении припоя, содержащего свинец, при тех же условиях организации рабочего места на участке пайки не удается достичь допустимых уровней ПДК загрязняющих веществ как в рабочей зоне, так и на выбросе в атмосферу.

При использовании свинцовых припоев источником загрязнения атмосферы свинцом является операция пайки в производстве изделий микроэлектроники (дискретные полупроводниковые изделия, печатные платы и т. д.). Уменьшить концентрацию свинца в рабочей зоне и выбросы в атмосферу при пайке свинцовыми припоями возможно за счет установления специальных фильтров очистки.

В радиоэлектронной промышленности в последнее время много внимания уделяют не содержащим свинец сплавам, несмотря на то что соответствующие законоположения к этому не обязывают. Большинство компаний мотивируют это предстоящим появлением таких законопроектов, что приведет к созданию торговых барьеров и конкуренции между производителями электроники.

Некоторые японские компании уже выпускают электронные изделия с припоями, не содержащими свинец, и маркируют их изображением зеленого листа, чтобы показать, что они «дружественны по отношению к природе». По имеющимся сообщениям, эти изделия очень популярны и получают призы, хотя такая маркировка необязательно означает, что изделия совсем не содержат свинец, поскольку в некоторых из них используются луженые с применением свинца платы и компоненты с лужеными выводами. Это заставляет других мировых производителей начать исследование вопроса, как отказаться от использования свинца, чтобы не стать аутсайдерами рынка.

В паяльном дыме содержатся опасные частицы и газы: пары канифоли (абиетиновая кислота), формальдегид, изоцианаты (метилдисоцианат и др.). Вдыхание паяльного дыма вызывает головокружение и головную боль, раздражение слизистой оболочки глаз и носоглотки, повышенную чувствительность к химикатам, хронический бронхит и одно из тяжелейших заболеваний в этом ряду — профессиональную астму.

Согласно Постановлению Минтруда РФ от 31 марта 2003 г. монтажники должны получать 0,5 л бесплатного молока, равноценных продуктов или специальных лечебно-профилактических напитков и витаминных препаратов в рабочую смену.

Специалистам известно, что на городских свалках 48,1% свинца (по весу) приходится на аккумуляторные батареи и всего лишь 4,4% — на долю свинца, содержащегося в электронной аппаратуре. Судя по этим цифрам, в первую очередь следует решать проблему утилизации аккумуляторов, а не электронной аппаратуры. Проведенные в 1998 г. обследования показали, что из 139 проб, взятых в грунтовых водах вблизи 45 городских полигонов (свалок), не было зарегистрировано ни одного случая превышения норм содержания свинца.

Утилизация узлов радиоэлектронной аппаратуры должна производиться на специализированных предприятиях. Поэтому проблема попадания в почву и подземные воды свинца из аппаратуры, содержащей данный металл, является дискуссионной и требует дополнительных всесторонних исследований специалистов различного профиля совместно с экологами. Превышение ПДК свинца в окружающей среде связано в первую очередь с выбросом предприятий, выплавляющих свинец и производящих свинцовые припои, а также с выхлопными газами бензиновых автомобилей. Отравление растений тяжелыми металлами происходит за счет выпадения токсичных металлов из атмосферы на поверхность листьев. По этому признаку лидирующее положение занимают кадмий и свинец.

***

Свинцовая угроза — результат неумеренного и недальновидного производства и использования свинца в течение минувших веков. Но сейчас на первый план выходит экологическая безопасность производств и технологических процессов, так что пришло время для тщательного анализа угроз окружающей среде. Безусловно, свинец еще долгое время не потеряет своего значения в промышленности, но если находятся альтернативы, то ими необходимо воспользоваться.

В этом отношении наша страна предприняла ряд важных шагов. Положительные результаты по преодолению вредного воздействия свинца дало принятие Федеральной программы «Охрана окружающей среды Российской Федерации от свинцового загрязнения и снижение его влияния на здоровье населения». Принят также Федеральный закон «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в РФ» от 22.03.2003 г., полностью запрещающий производство и оборот этилированного автомобильного бензина в РФ.

Но это лишь начало пути…



Литература

1. Медведев А.М. Бессвинцовые технологии монтажной пайки. Что нас ожидает?// Электронные компоненты. 2004. № 11. С. 5–8.

2. Припои и покрытия для бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники/ Зенин В.В., Рягузов А.В., Бойко В.И., Гальцев В.П. Фоменко Ю.Л.// Технологии в электронной промышленности. 2005. № 5. С. 46–51.

3. Ивасик А., Коваль Ю. Бессвинцовая пайка диктует перемены// Радиоэлектронные компоненты. 2005. № 3. С. 13–15.

4. Зенин В.В., Осенков В.Н., Рягузов А.В. Экологические аспекты пролемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники// Технологии в электронной промышленности. 2005. № 4. С. 81–83.

5. Шапиро Л. Внедрение европейской директивы RoSH// Электронные компоненты, 2006. № 1. С. 9–12.

6. Михайлова Г. Переход к бессвинцовому припою// Компоненты и технологии. 2004. № 4. С. 188–191.

7. Федеральный классификационный каталог отходов. Утвержден приказом Министерства природных ресурсов РФ № 768 от 02.12.2002.

8. Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления. СанПиН 2.1.7.1322-03. Минздрав РФ. М., 2003.

9. Дополнение к Федеральному классификационному каталогу отходов. Утверждено приказом МПР РФ № 663 от 14.08.2003.