PCB 제조에서 RoHS 준수: 표준, 요구 사항 및 구현

글로벌 환경 의식과 소비자 안전에 대한 우려가 높아지는 시대에, RoHS 규정 준수는 책임감 있는 전자 제품 제조의 초석이 되었습니다. PCB 생산자에게 유해 물질 제한 지침(RoHS)을 준수하는 것은 단순한 법적 의무가 아니라 품질, 지속 가능성, 시장 접근성을 나타내는 지표입니다. RoHS는 전자 제품에 유해 물질 사용을 제한하여 인체 건강과 환경을 보호하는 동시에 EU, 중국, 캘리포니아와 같은 지역에서 국경 간 무역을 가능하게 합니다.

이 가이드는 PCB 제조를 위한 RoHS 규정 준수를 자세히 설명하며, 역사, 제한 물질, 구현 과제 및 모범 사례를 다룹니다. PCB 설계자, 제조업체 또는 구매자이든 RoHS를 이해하는 것은 비용이 많이 드는 벌금을 피하고 글로벌 시장에 접근하는 데 매우 중요합니다.

RoHS 규정 준수란 무엇인가?
RoHS는 '유해 물질 제한(Restriction of Hazardous Substances)'의 약자로, 전기 및 전자 장비(EEE)에 유해 물질 사용을 제한하는 규제 프레임워크입니다. 주요 목표는 다음과 같습니다.

  a. 전자 폐기물(e-waste)로 인한 환경 오염 감소.
  b. 유해 물질 노출로부터 작업자와 소비자를 보호.
  c. 물질 표준을 조화시켜 글로벌 무역 촉진.

RoHS의 간략한 역사
RoHS는 유럽 연합에서 시작되었지만 이후 전 세계적으로 (변형되어) 채택되었습니다. 주요 이정표는 다음과 같습니다.

오늘날 RoHS와 유사한 규정은 중국(China RoHS), 대한민국, 미국(캘리포니아의 Proposition 65)을 포함하여 30개 이상의 국가에서 존재합니다.

PCB 제조에 RoHS가 중요한 이유
PCB는 거의 모든 전자 제품의 핵심이므로 RoHS 규정 준수의 중요한 초점이 됩니다. 규정을 준수하지 않는 PCB는 다음과 같습니다.

EU, 중국 및 기타 규제 시장(전 세계 전자 제품 수요의 ~40%를 차지)에서 판매가 금지됩니다.
건강 위험을 초래합니다. 예를 들어 납은 신경 손상을 일으킬 수 있고 카드뮴은 알려진 발암 물질입니다.
유해 물질이 폐기 과정에서 토양과 물로 침출되어 e-waste 흐름을 오염시킵니다.

제조업체의 경우 RoHS 규정 준수는 주요 시장에 대한 접근을 열어주고, 책임을 줄이며, 기업의 지속 가능성 목표에 부합합니다.

RoHS에 따른 제한 물질
RoHS 3는 PCB 및 전자 부품에서 10가지 물질을 제한하며, 엄격한 농도 제한(중량 기준)을 적용합니다.

참고: 특정 응용 분야(예: 항공 우주 PCB용 고온 솔더의 납)에 대한 예외가 있지만, 이는 엄격하게 규제되며 문서화가 필요합니다.

RoHS 규정 준수가 PCB 제조에 미치는 영향
RoHS 규정 준수를 달성하려면 PCB 수명 주기 전반에 걸쳐 재료, 공정 및 품질 관리에 대한 변경이 필요합니다.
1. 재료 선택
솔더: 기존의 납 기반 솔더(63% Sn/37% Pb)는 SAC305(96.5% Sn, 3% Ag, 0.5% Cu)와 같은 무연 대체재로 대체되며, 이는 217°C에서 녹습니다(납 솔더의 경우 183°C).
도금: 6가 크롬 코팅은 3가 크롬, 침지 은 또는 ENIG(무전해 니켈 침지 금)로 대체됩니다.
기판 및 플라스틱: PCB 기판 및 하우징의 난연제는 PBB/PBDE를 피해야 하며, 커넥터 및 케이블에는 프탈레이트 프리 플라스틱이 사용됩니다.
부품: 저항기, 커패시터 및 IC는 RoHS 규정을 준수해야 합니다. 하나의 규정을 준수하지 않는 부품이라도 전체 PCB를 규정을 준수하지 않게 만들 수 있습니다.

2. 제조 공정
리플로우 솔더링: 무연 솔더는 더 높은 리플로우 온도(240–260°C)가 필요하므로 PCB 손상을 방지하기 위해 오븐 및 열 관리를 업그레이드해야 합니다.
세척제: 유해 물질(예: 크롬 기반 세척제)을 포함하는 용매는 수성 또는 알코올 기반 대체재로 대체됩니다.
폐기물 관리: 제한 물질(예: 납 솔더 드로스)을 포함하는 스크랩은 환경 오염을 방지하기 위해 특수 폐기가 필요합니다.

3. 문서화 및 추적성
재료 선언: 공급업체는 재료(수지, 구리, 솔더)가 RoHS 제한을 충족함을 증명하는 적합성 선언(DoC) 문서를 제공해야 합니다.
테스트 기록: PCB는 물질 수준을 확인하기 위해 주기적인 테스트(예: X선 형광(XRF) 또는 실험실 분석)를 거쳐야 합니다.
공급망: 추적성 로그는 원자재 공급업체에서 완제품 PCB까지 재료를 추적하여 규정을 준수하지 않는 부품이 식별될 경우 신속한 리콜을 가능하게 합니다.

RoHS 규정 준수의 이점
규정 준수는 투자를 필요로 하지만 장기적인 이점이 비용보다 큽니다.
1. 시장 접근성
규정을 준수하는 PCB는 EU, 중국 및 기타 규제 지역에서 판매될 수 있으며, 이는 잠재적으로 수십억 달러의 수익을 나타냅니다. 예를 들어, EU 전자 제품 시장만 연간 3,500억 유로의 가치가 있으며, 규정을 준수하지 않는 제품은 접근이 차단됩니다.

2. 브랜드 평판
소비자와 기업은 점점 더 지속 가능성을 우선시합니다. RoHS 규정 준수는 안전과 환경에 대한 약속을 나타내며 브랜드 신뢰도를 높입니다. 2023년 설문 조사에 따르면 B2B 구매자의 68%가 RoHS 규정 준수 공급업체를 선호합니다.

3. 책임 감소
규정 미준수는 벌금(EU에서 최대 100,000유로), 제품 압류 및 소송으로 이어질 수 있습니다. 2022년에는 한 주요 전자 제품 제조업체가 독일에서 규정을 준수하지 않는 PCB를 판매한 혐의로 230만 유로의 벌금을 지불했습니다.

4. 환경 관리
RoHS는 e-waste 독성을 줄입니다. 예를 들어, EU 환경 보고서에 따르면 무연 솔더는 매년 약 10,000톤의 납을 매립지에서 제거합니다.

RoHS 규정 준수의 과제
RoHS 규정 준수는 이점이 있지만 PCB 제조업체에게는 어려움을 야기합니다.
1. 더 높은 비용
  a. 재료: 무연 솔더는 납 솔더보다 20–30% 더 비쌉니다. ENIG 도금은 6가 크롬보다 50% 더 비쌉니다.
  b. 장비 업그레이드: 무연 공정을 위한 리플로우 오븐 및 검사 도구는 50,000~200,000달러의 비용이 들 수 있습니다.
  c. 테스트: 10가지 물질에 대한 타사 실험실 테스트는 PCB 배치당 100~300달러의 비용이 듭니다.

중소 규모의 PCB 제조업체는 초기 규정 준수 비용으로 100,000~500,000달러를 지출할 수 있습니다.

2. 기술적 과제
  a. 솔더 접합 신뢰성: 무연 솔더는 납 솔더보다 더 부서지기 쉬우므로 진동이 심한 응용 분야(예: 자동차 PCB)에서 접합 불량을 방지하기 위해 더 엄격한 공정 관리가 필요합니다.
  b. 열 응력: 더 높은 리플로우 온도는 주의해서 관리하지 않으면 열에 민감한 부품(예: 전해 커패시터)을 손상시킬 수 있습니다.

3. 공급망 복잡성
규정 준수를 보장하려면 수백 개의 공급업체(수지 제조업체, 구리 호일 생산자, 부품 제조업체)를 심사해야 합니다. 솔더 페이스트의 규정을 준수하지 않는 단일 배치는 전체 PCB 생산 실행을 무효화할 수 있습니다.

PCB 제조에서 RoHS 규정 준수를 달성하는 방법
구조화된 접근 방식은 비용을 최소화하고 장기적인 규정 준수를 보장합니다.
1. 규정 준수 감사 수행
   a. 공급망을 매핑하여 위험 물질(예: 솔더, 도금 화학 물질)을 식별합니다.
   b. 규정을 준수하지 않는 단계에 대한 현재 공정(리플로우 프로파일, 세척제)을 검토합니다.
   c. 현재 관행과 RoHS 요구 사항 간의 격차를 계산합니다.

2. RoHS 규정 준수 재료 소싱
  a. IEC 61249-2-21(RoHS 규정 준수 PCB 재료 표준) 인증을 받은 공급업체와 파트너 관계를 맺습니다.
  b. 공급업체에 다음을 제공하도록 요구합니다.
    물질 안전 보건 자료(MSDS)
    적합성 선언(DoC)
    공인 실험실(예: ISO 17025 인증)의 테스트 보고서

3. 공정 및 장비 업그레이드
  a. 무연 솔더 프로파일(더 높은 온도, 더 긴 체류 시간)을 처리하도록 리플로우 오븐을 재구성합니다.
  b. 재료의 자체 스크리닝을 위해 XRF 분석기에 투자합니다(타사 테스트 의존도 감소).
  c. 콜드 접합과 같은 결함을 방지하기 위해 무연 솔더링 기술에 대한 직원을 교육합니다.

4. 문서화 시스템 구현
 a. 소프트웨어(예: SAP, GreenData)를 사용하여 재료 인증 및 테스트 결과를 추적합니다.
 b. 다음을 포함하는 '규정 준수 바인더'를 유지합니다.
   공급업체 DoC
   사내 및 타사 테스트 보고서
   공정 검증 기록
c. 연간 내부 감사를 수행하여 격차를 식별합니다.

5. 숙련된 제조업체와 파트너 관계
LT CIRCUIT과 같이 RoHS 규정 준수를 전문으로 하는 PCB 제조업체와 협력하면 위험을 줄일 수 있습니다. 이러한 파트너는 다음과 같습니다.

 a. 사전 심사된 공급망을 보유하고 있습니다.
 b. 검증된 무연 공정을 사용합니다.
 c. 모든 배치에 대한 추적 가능한 문서를 제공합니다.

RoHS 규정 준수의 미래
RoHS 규정은 계속 발전할 것이며, 세 가지 주요 추세가 있습니다.

  1. 물질 목록 확장: 제안된 추가(예: 크롬산납)는 제조업체가 재료를 재평가하도록 요구합니다.
  2. 글로벌 조화: EU, 중국 및 미국의 규칙을 일치시키려는 노력은 다국적 기업의 규정 준수를 단순화합니다.
  3. 더 엄격한 시행: 관세 검사 및 벌금 증가로 인해 규정 미준수가 그 어느 때보다 더 위험해질 것입니다.

FAQ
Q: EU RoHS와 China RoHS의 차이점은 무엇입니까?
A: 둘 다 유사한 물질을 제한하지만, China RoHS는 특정 제품(예: PC, 휴대폰)에 대한 추가 라벨링 및 테스트를 요구합니다. 중국은 또한 솔더의 납에 대한 다른 면제 규칙을 가지고 있습니다.

Q: RoHS 규정 준수 PCB에 납 솔더를 사용할 수 있습니까?
A: 무연 솔더가 실패할 수 있는 고신뢰성 응용 분야(예: 항공 우주, 의료 임플란트)에 대한 제한적인 면제가 있습니다. 이러한 면제는 공식적인 승인이 필요하며 엄격하게 규제됩니다.

Q: RoHS 규정 준수를 위해 PCB를 얼마나 자주 테스트해야 합니까?
A: 테스트 빈도는 위험에 따라 다릅니다. 고용량, 고위험 PCB(예: 어린이 전자 제품)는 분기별로 테스트해야 하고, 저위험 배치는 연간 테스트할 수 있습니다. 사내 XRF 스크리닝은 실험실 테스트를 보완할 수 있습니다.

Q: 미국에서 판매되는 PCB에 RoHS 규정 준수가 필요합니까?
A: 연방 미국 RoHS는 없지만 캘리포니아의 Proposition 65는 특정 RoHS 물질을 포함하는 제품에 대한 경고를 요구합니다. 많은 미국 기업이 글로벌 시장에 접근하기 위해 자발적으로 준수합니다.

Q: 공급업체의 RoHS 규정 준수를 어떻게 확인합니까?
A: 유효한 적합성 선언(DoC), 공인 실험실의 테스트 보고서 및 원자재에 대한 추적성 기록을 요청합니다. 타사 감사(예: ISO 14001)는 또한 규정 준수에 대한 약속을 검증합니다.

결론
RoHS 규정 준수는 더 이상 PCB 제조업체에게 선택 사항이 아닙니다. 이는 비즈니스 필수 사항입니다. 유해 물질을 제한함으로써 RoHS는 건강, 환경 및 시장 접근성을 보호합니다. 규정 준수를 달성하려면 재료, 장비 및 교육에 대한 선행 투자가 필요하지만, 장기적인 이점(시장 접근성, 책임 감소 및 평판 향상)은 이를 전략적 우선 순위로 만듭니다.

규정이 발전함에 따라 숙련된 공급업체와 파트너 관계를 맺고 물질 업데이트를 앞서가는 것이 규정 준수를 유지하는 데 핵심이 될 것입니다. PCB 제조업체의 경우 RoHS는 단순히 규칙을 따르는 것이 아니라 지속 가능하고 글로벌 경쟁력을 갖춘 제품을 구축하는 것입니다.