2003年，欧盟推出2002/95/EC《电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》（即RoHS指令)，引起了世界范围的关注。2011年，欧盟发布RoHS修订指令2011/65/EU,业界通常称为RoHS 2.0。RoHS指令的要求可简单归纳为：除了豁免的材料外，在电子电气设备中六种有害物质含量必须符合限值，即Pb、Hg、Cr6+、PBB、PBDE（限值均为1000ppm）、Cd（100ppm）。因此，企业对于豁免条款的解析和适当应用非常重要，鉴于此，本文将对常见豁免项进行解读，以帮助企业正确应用豁免条款，降低采购成本。

    RoHS指令的豁免机制是指基于当前的科技发展水平，当实现有害物质的替代不可能，或者替代物导致的负面环境影响更大，或者替代物的可靠性得不到保证，那么这些材料就会被考虑纳入到豁免清单中。RoHS指令自发布以来，豁免条款历经多次修订。欧盟委员会于2011年9月公布豁免清单的最新决议2011/534/EU后，最新的豁免清单达40项，涉及铅、镉、汞、六价铬四种有害物质的豁免。

1．常用豁免解读

1.1 汞豁免

    豁免清单中总共包括5条汞豁免：豁免第1、2、3、4项及第36项。

    豁免第1、2、3、4项均是针对灯具中汞的豁免。汞在灯里是气态，灯通电时通过瞬时高压使汞蒸气激发，激发后汞蒸气被电离并发生相互运动与碰撞，高压去掉后灯管内汞蒸气就可在市电电压下维持电离导通，并发出紫外线，紫外线照射灯管内壁荧光粉便可发光。

    第1、2项是针对一般照明用途的荧光灯中的汞豁免，包括单端紧凑型和双端荧光灯，汞含量限制是针对整支灯管。一般用途指的是发出可见光、具有通用、互换性的标准化日常使用的荧光灯产品。所谓单端紧凑型荧光灯具体为：荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。现在广泛使用的节能灯即属于这一类。

    豁免第3项针对特殊用途的冷阴极荧光灯和外部电极荧光灯中的汞豁免。特殊用途，指的是用在测试仪器、扫描仪、复印机、大型LCD中的灯及消毒灯、黑光灯、医用灯、冷阴极荧光灯等产品。阴极荧光灯管，是使用高压电激发水银蒸汽产生紫外线，然后紫外线激发管内的荧光涂层以发出可见光。外部电极荧光灯管与一般的荧光灯不同，主要是靠外置电极所产生的电磁场形成灯管内等离子发光体发光。对这些应用场合的直式荧光灯来说，没有等价的替代品。

    豁免第4项豁免了气体放电灯中的汞含量，不同用途及功率的放电灯中汞限值不同。气体放电灯是由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的灯，通过气体放电将电能转换为光的一种电光源。

    豁免第36项：直流等离子体显示器中作为阴极溅射抑制剂的汞，无限值要求。在直流等离子体显示器（PDP）的交流放电结构中，电极表面均覆盖有介质层，由于介质层要求有较高的透光率和良好的电气绝缘性能，所以普遍采用以PbO为主的低熔点玻璃材料制作。但是这种介质层材料不耐离子轰击，当PDP器件工作时，阴极溅射产生的气体离子会直接轰击介质层，使其电气性能及透光率均迅速劣化，致使PDP器件很快失效。因此，通常会在介质表面镀上一层耐离子轰击的薄膜如MgO，且常会添加含汞的阴极溅射抑制剂以保护介质层。

1.2铅豁免

    豁免清单中关于铅的豁免最多，包括第5、6、7、9(b)、11至29、31至34项及37项。

    豁免第5项：对阴极射线管的铅，无限值要求；荧光玻璃中铅小于0.2%。目前大部分的玻璃不含铅，但在阴极射线管、荧光玻璃内的铅却是不可避免。对阴极射线管来说，光学性质非常重要。而铅不仅可以改善玻璃的光学性质，还能屏蔽电子枪和电子束产生的辐射。荧光玻璃内的铅则起到增强玻璃管强度。此外，一些用玻璃封装的电子元器件、电子部件中常使用含铅粘结剂，是将玻璃料和其它物质粘合的不可替代材料。

图2 电视机阴极射线管及荧光管玻璃

    豁免第6项：钢合金铅含量小于0.35%；铝合金中铅含量小于0.4%；铜合金中铅含量小于4%。铅常常添加到合金中以改善合金的性能，如铸造性能、抗压性能、切削性，因此，钢合金、铝合金、铜合金中的铅一般都是有意添加的。应用此豁免的前提条件是：铅必须作为合金元素，其在上述三种合金中的含量限制才可被豁免。但当铅作为杂质时，其含量不得超过1000ppm。如所用合金原材料符合牌号规定，并且铅含量检测结果比较高的话（如超过1000ppm），属于豁免范围的可能性较大。需要注意的是，受豁免的铝合金不包括铝电解电容器的铝外壳和阳极铝箔；受豁免的铜合金不包括电线电缆用铜导线、变压器继电器绕组用漆包圆铜线。

    豁免第7(a)项：高温熔化焊料中的铅（即：铅含量≧85%的铅基合金），无限值要求。钎焊焊料里面含铅可以使焊料熔点下降、流动性改善，焊接缝隙更容易吸入熔融的钎料，防止虚焊。以95Pb-5Sn，90Pb-10Sn 及95.5Pb-2Sn-2.5Ag等为代表的w（Pb）85％的高铅钎料在微电子封装的高温领域应用广泛。高铅钎料不但为严酷热环境下工作的微电子元器件提供了稳固而可靠的连接，它也常常作为梯级钎焊时的高熔点合金用于电子元器件的一级封装、作为半导体芯片粘结（Die-attachment）材料，是大型IT设备及网络基础设施、大功率电源及开关、汽车电子、航空航天等军工及民用领域关键电子设备封装中极为重要的互连材料。豁免第14、15、24、27、31、33项也分别涉及到不同用途的焊料中铅含量的豁免，本文不再一一描述。

    豁免第7(b)项：用于服务器，存储器和存储阵列系统焊料中的铅，用于交换，信号产生和传输，以及电信网络管理的网络基础设施设备中焊料中的铅，无限值要求。服务器系统和存储器系统、电信网络要求其硬件要具有长期高度可靠性和低故障。锡铅焊料，熔点低，与目前PCB的耐热性能接近，并且具有良好的可焊性、导电性、润湿性和延展性好、不易吸潮的特点，更适用于这些场合中。该豁免条款适用于服务器系统和存储器系统、电信网络系统内所有板卡、组件、元部件等所用焊料中的铅，但不适用于其外围设备如打印机。

    豁免第7(c)项：电子电气元件的玻璃或陶瓷中的铅或玻璃或陶瓷基混合物中的铅，电容器的介电陶瓷除外，如压电陶瓷装置；额定电压125V AC或者250V DC或更高的电容器的介电陶瓷中的铅；额定电压小于125V AC或者250V DC的电容器的介电陶瓷中的铅，均无限值要求。介电陶瓷中添加铅可降低陶瓷的烧结温度，有助于陶瓷烧结成型。陶瓷本身缺乏光泽，只有在表面施釉才能光亮。釉本身很难薄薄地、均匀地涂饰在陶瓷表面，需要添加助溶剂。而铅是熔点低于300度，是理想的助溶剂。类似地，豁免第34项豁免了金属陶瓷质的微调电位器元件中的铅。

图3 贴片电容的典型结构，豁免第7(c)项仅适用于其中的陶瓷介质

    豁免第9(b)项：用于暖通空调制冷（HVACR）设备的含制冷剂压缩机的轴承外壳与衬套中的铅,无限值要求。轴承的主要条件是耐磨,一般说来以含铜80%、含锡10%、含铅10%的铅青铜耐磨性最佳。由于铅不溶于铜而以孤立微粒分散在铜基体上，破坏了铜基体的连续性，从而改善加工型。铅青铜摩擦系数小，耐磨性和导热性好，表面不应产生疲劳裂纹和粘连，适合于制成重负荷、高转速轴承。

    豁免第11项针对C-press型和非C-press型顺应针连接器中的铅，无限值要求。顺应针是利用一个特殊截面的端子，当它插入印刷电路板电镀套孔（Plated Through Hole）时被压缩。这个特殊的截面与一定公差范围内的孔径干涉，形成并保持与电镀套孔的紧密连接，从而确保低阻抗连接。C-press是指圆形插针插入母座电镀套孔中，挤压后横截面接触面积形成C形。顺应针连接器的插针镀层通常为锡铅合金，加入铅可以起到润滑的作用，减少互联损伤；另外，铅能抑制锡须（Tin whisker）的产生。锡须是电子产品及设备中一种常见的现象，会导致线路板短路。

图4 顺应针连接器及C-press型顺应针连接器

    豁免第12项：用于热传导模块C-环的被覆材料中的铅。大规模集成电路为了导热，一般需要将集成电路与陶瓷基片密封在导热模块内。导热模块中采用的镀铅C-环进行密封，C-环基材为镍合金，上面镀有铅。

    豁免第13项：在光学应用中白色玻璃内使用的铅；在滤光玻璃和反射镜中所用的铅和镉,均无限值要求。玻璃中经常添加铅或氧化铅。氧化铅烧结温度低，膨胀系数与玻璃相近，防水性能好，常作为添加剂广泛应用玻璃材料中以改善玻璃性能。此外，铅还能很好地阻挡X射线和放射性射线。豁免第20、21、25、26、29、32、37项也涉及玻璃中铅或氧化铅的豁免。

    豁免第16项：带有硅酸盐灯管的线型白炽灯中的铅，无限值要求。硅酸盐粉末熔化温度较高，需通过一种含铅的粘接材料才能有效涂附于灯管玻璃内壁。

    豁免第17项：用于专业复印设备的高强度放电灯(HID)中用作激发的卤素铅。复印设备使用的HID通常采用卤化铅作为发光试剂，具有效率高、寿命长、适当的演色性。

    豁免第23项：小螺距零部件表面处理中的铅（螺距不超过0.65mm的连接器不在豁免之内）。一般电子元件终端都会镀有镀层，这些镀层往往是由铅-锡合金组成。添加铅是为了抑制锡须。

    豁免第27项：用作大功率扬声器（用在长时间操作125分贝以上的音响系统）的换能器中焊料的铅合金。某些高声律级别的恶劣条件下，换能器的焊料会受到连续的机械应力和热应力影响。为保持其性能，故而加入铅合金。

图 5扬声器分解图及换能器

1.3 六价铬豁免

    RoHS豁免清单中，仅有一条即第9(a)项是关于六价铬的豁免。

    豁免第9(a)项：在吸收式电冰箱中用作碳钢冷却系统的抗腐蚀剂的六价铬的重量比不超过冷却液的0.75%。近年来，由于制冷剂氟利昂对大气臭氧层具有破坏作用，市场上普遍采用溴化锂吸收式制冷机。而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，需添加防腐剂。在冷却水循环系统中，如吸热帮浦、工业用冷冻库及冰箱热交换器中常用重铬酸钠作为防腐蚀剂。

1.4 镉豁免

    RoHS豁免清单中，涉及镉的豁免有：第8、13(b)、21、30、38、39、40项。

    豁免第8项：单端球形热镕断体中、电气触点中的镉及镉化合物，无限值要求。热熔断体是一种不可复位的热保护器件，其内置小感温体可在某一预定温度熔化，致使电路断开，主要用于各种电热器具和各种电动工具及工业设备的过热保护。感温体是一种易熔合金，由铋、铅、锡和镉等元素制成，不同类型易熔合金熔点不同。因为银氧化镉具有耐电弧、抗熔融、耐电器磨损等特性，电子电气产品的电源开关和续电器常用银氧化镉作为触点。

图6 单端球形热镕断体

    豁免第13(b)项：在滤光玻璃和反射镜中所用的铅和镉，无限值要求。氧化镉能降低玻璃的粘度,明显增加玻璃的机械强度,以及耐化学腐蚀性。

    豁免第21项：用在玻璃表面瓷釉，如硅酸盐玻璃和碱石灰玻璃上的印刷油墨中的铅和镉，无限值要求。瓷釉在装饰贴花中需要加入铅、镉等重金属元素，再经一定的彩烤和工艺烧制，可使陶瓷画面鲜艳明快、线条清晰。

豁免第30项：电导体直接与音压大于或等于100分贝大功率扬声器的换能器上音圈进行电气或机械焊接时，所用焊料中的镉合金。镉合金焊料熔化范围适中，润湿性、流动性和填充性好，钎料能渗透极狭小的缝隙，可以使用所有的加热方法。换能器上音圈上的电气或机械焊接常用镉合金焊料。

    豁免第40项：专业音频设备的模拟光耦合器中使用的光敏电阻中的镉。光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。在特定波长的光照射下，这些制作材料阻值会迅速减小。

2．豁免时效

    部分豁免具有有效期，豁免到期后此条豁免失效，或限值下调，企业需关注豁免有效期。表1列出已到期或即将到期豁免项。企业应调查这些已到期或即将到期豁免材料使用情况，及时更换材料。

表1 已到期或即将到期豁免项（截至2012年12月1日）

结语

    企业在应用豁免时应注意：

    1. 部分豁免项目也是有限量的，因此，使用这些豁免材料是，也要保证其有害物质含量符合豁免要求的限值。

    2. 豁免条款的修订与科技发展密切相关，不是一成不变的。所以，欧盟会定期修订豁免清单，且部分豁免具有有效期。企业应关注豁免更新并调查豁免有效期，做到及时更换材料。

    3. 所有的豁免，均是针对该特定的应用（或材料），在应用该豁免是必须确认产品在豁免范围内，避免误用豁免导致损失。

    4. 现行豁免项目是否取消取决于技术进步。因此企业应加紧研发豁免材料中有害物质的替代物，方能占得市场先机。