Przejdź do treści
Wczytuję...
Start / Artykuły / Dyrektywa RoHS a kwestie planowanego postarzania produktu /

Dyrektywa RoHS a kwestie planowanego postarzania produktu i awaryjności urządzeń elektronicznych

Dlaczego urządzenia się psują

Prędzej czy później nawet najwłaściwiej eksploatowane urządzenie, na skutek choćby zużycia czy zmęczenia materiału, może ulec awarii – i z tym liczyć się należy (nawet Centennial Light, żarówka działającej z niewielkimi przerwami od 1890 roku pewnie kiedyś zgaśnie…). Zatem Wszystko jest kwestią odpowiedniej perspektywy czasowej, która jednak ostatnio wydaje się ulegać skróceniu. Paradoksalnie, wraz z postępem technologicznym urządzenia wydają się żyć coraz krótszym życiem. Patrząc z perspektywy wyśrubowanych wymagań i warunków pracy urządzenia może wydawać się to zrozumiałe – coraz większa miniaturyzacja, coraz mniejsze obudowy, coraz wyższe temperatury pracy wpływają na wzrost awaryjności bardzo delikatnych podzespołów. Czy jednak nie odgrywają roli także inne czynniki?

Planowane postarzanie produktu

Planowane postarzanie produktu (planned obsolescence) jest strategią producentów polegającą na odpowiednim projektowaniu towarów aby miały one ograniczony czas działania, po czasie tym stawały się niesprawne, a ich serwisowanie okazywało się nieopłacalne. Poczynania takie maja wymusić nabywanie nowych produktów i przynosić firmom planowane zyski. Oczywiście żaden z producentów nie przyznaje się do tego typu działań, oficjalnie nawet temu zaprzeczając. Historia zna jednak takie procedery: w 1924 roku Philips, Osram i GE utworzyły kartel zawiadujący produkcją i sprzedażą żarówek mający na celu obniżenie ich żywotności do maksymalnie 1500 godzin pracy (w latach 40 limit obniżono do 1000).

Oczywiste jest, iż żadnemu wytwórcy nie opłaca się wyprodukować rzeczy niezniszczalnej. Jednak obecnie okresy życia urządzeń zdają się być szczególnie krótkie, co ma wpływ na marnotrawstwo zasobów i degradacje środowiska (rosnące góry elektro-śmieci i zużycie energii w przypadku recyklingu), na co zwracają uwagę środowiska ekologów. Z raportu sporządzonego w 2013 roku w na zlecenie partii Związek 90/Zieloni wynika, iż straty z tego tytułu wynoszą w Niemczech kilka miliardów euro rocznie. Oczywiście jak w przypadku każdych badań ważną rolę pełni zleceniodawca – trudno oczekiwać aby opłacający proces badawczy otrzymał wyniki niezgodne z jego oczekiwaniami. Niemniej jednak, choć można dywagować nad rzędem wielkości prezentowanych liczb, raport skłania do refleksji.

Strategie związane z planowym postarzaniem produktu związane są m.in. z instalowaniem części wrażliwych na ciepło w miejscach gdzie wysokie temperatury to codzienność (zmywarki), montowaniem niewymiennych baterii (smartfony), instalowaniem oprogramowania uniemożliwiającego pracę urządzenia po upływie określonego czasu (drukarki), używanie materiałów niskiej jakości w miejscach narażonych na intensywne zużycie lub uszkodzenia mechaniczne (przewody słuchawek).

Obniżenie jakości ma jednak swoja drugą stronę, o której gwoli ścisłości wspomnieć należy – są nią domniemane korzyści konsumentów wynikające z takiej filozofii życia produktu, podkreślane przez niektórych komentatorów. Zwiększenie awaryjności odbywa się kosztem obniżenia jakości produktu, które idzie w parze ze spadkiem cen towarów. Stosując gorsze podzespoły można wyprodukować tańsze urządzenia, co jest korzystne dla wszystkich, nie tylko mniej zamożnych użytkowników. Częsta rotacja sprzętu to korzystanie z coraz to nowszych generacji urządzeń zapewniających większą funkcjonalność i energooszczędność, często także bezpieczeństwo (samochody). Z pewnym przekąsem można by także wspomnieć o wzroście PKB napędzanym przez konsumpcję i korzyściach z tego płynących dla wszystkich, nawet tych konsumujących niewiele.

Dyrektywa RoHS

Z kwestiami planowanego postarzania niektórzy wiążą także rozporządzenia zawarte w europejskiej dyrektywie RoHS z 2006 roku. Choć oponenci zaliczą ich do grona zwolenników spiskowych teorii, warto zwrócić uwagę na kilka kwestii związanych z awaryjnością urządzeń elektronicznych w jej kontekście – wszelkie spiski i spekulacje pozostawiamy na boku.

Dyrektywa RoHS 2011/65/EU reguluje wykorzystywanie przez przemysł elektroniczny substancji uważanych za niebezpieczne. Surowce szkodliwe wymienione w dyrektywie to głównie metale ciężkie: ołów, kadm, rtęć, chrom oraz bromowane środki przeciwpalne – polibromowane bifenyle oraz polibromowane etyle difenylowe. Szczególnie istotny dla przemysłu elektronicznego i omawianej kwestii długości życia produktu jest tutaj ołów, którego zakaz stosowania wnosi zdaniem niektórych sporo niepewności odnośnie długiej i bezawaryjnej pracy urządzeń elektronicznych. Pierwiastek ten stosowany był jako komponent stopów lutowniczych (cynowo-ołowiowych) nadając spoiwom odpowiedniej trwałości, posiadając przy tym dobre parametry temperaturowe (niska temperatura topnienia spoiwa zabezpiecza elementy przed przegrzaniem podczas procesu lutowania) oraz ekonomiczne (stopy tego typu są tańsze).

Lutowanie bezołowiowe a zwiększona awaryjność urządzeń

Z lutowaniem w technologii bezołowiowej wiążą się pewne trudności. Rozpływ lutowia wymaga wyższych temperatur, cechuje się kulkowaniem związanym z większym napięciem powierzchniowym oraz możliwością wystąpienia tzw. wąsów cynowych (tin whiskers) – powstających wraz z upływem czasu igłowych struktur wyrastających na powierzchni spoiwa i powodujących zwarcia. Zagrożenie stanowi także tzw. zaraza cynowa, rodzaj przemiany strukturalnej (alotropowej), której poddana jest cyna w niskich temperaturach – cyna biała zamienia się w szarą, która staje się krucha i odpada od powierzchni elementów łączonych. Obecność ołowiu, który jest w stopie lutowniczym inhibitorem uniemożliwia dokonania takiej przemiany. Ponadto spoiwo bezołowiowe jest matowe, o nieco ziarnistej powierzchni – jest to powodem utrudnionego wykrywania przerw w połączeniach, czyli tzw. zimnych lutów. Innymi słowy spoiwa bezołowiowe cechuje niższa lutowność w porównaniu do połączeń wykonywanych z użyciem ołowiu.

Wydaje się, iż w przypadku elektroniki konsumenckiej wyżej wymienione czynniki można uznać by za mało istotne – prawdopodobnie urządzenia tego sektora szybciej będą wychodzić z użycia ze względu na technologiczne starzenie niż awarie w efekcie wadliwych połączeń. Niemniej jednak w przypadku elektroniki medycznej, gdzie okres eksploatacji urządzeń bywa znacznie dłuższy, tego typu mankamenty mogą stanowić poważny problem.

Szczególnie newralgicznymi miejscami narażonymi na mikropęknięcia i przerwy w połączeniach są wyprowadzenia układów BGA będące niewielkiej wielkości kulkami spoiwa lutowniczego umieszczonymi na spodniej stronie układu. Powstające tam uszkodzenia związane są z niską odpornością stopów bezołowiowych na pojawiające się naprężenia na linii układ BGA – płyta główna, która w sprzętach mobilnych wraz z obudową urządzenia często poddawana jest różnym niewielkim odkształceniom. Innym powodem tego typu uszkodzeń są zmiany w rozkładzie naprężeń spoiwa związane ze współczynnikiem rozszerzalności cieplnej stopu. Skoki temperatury wewnątrz urządzenia wpływają bowiem na trwałość i odporność na zmęczenie takich połączeń. Stopy bezołowiowe są mniej odporne na wymienione czynniki i tym samym bardziej narażone na różnego rodzaju mikropęknięcia.

Zmiany wywołane dyrektywą motywowane są przez ustawodawców dbałością o środowisko, ołów bowiem należy do tzw. neurotoksyn, szczególnie niebezpiecznych trucizn powodujących nieodwracalne uszkodzenia mózgu. Ołów używany podczas lutowania jest rozproszony w ogromnej liczbie elektrośmieci i tym samym trudny do odzysku – co jest zasadniczym powodem chęci wyłączenia z użycia tego pierwiastka za pomocą omawianej dyrektywy, nie zaś ogólna ilość ołowiu zużywana przez przemysł elektroniczny, która w liczbach bezwzględnych jest niewielka i wynosi 0.5% światowego zużycia.

Jednak zasadność tej dyrektywy jest często kwestionowana. Zwraca się uwagę na fakt, iż jej ustalenia dotyczą bowiem jedynie państw członkowskich UE; w Stanach Zjednoczonych nie istnieją analogiczne regulacje dotyczące całego obszaru USA – występuje jedynie kilka stanowych aktów ustawowych. W związku z tym nie są to kompleksowe próby rozwiązania problemu i jak zwracają uwagę liczni komentatorzy, służyć mogą pewnym partykularnym interesom, do których zaliczają porozumienie z przemysłem elektronicznym mające na celu programowe skracanie życia produktu.