Lötrauch in der Elektronikfertigung – Schadenswirkungen und Abhilfe

Lötanlage zum Selektivlöten Seho Systems

Es gibt eine ganze Reihe an Lötverfahren, die aber nicht alle in der Elektronikfertigung ihren Einsatz finden. Gängige Löttechniken in der Baugruppenproduktion sind: Wellen-Löten oder Schwall-Löten, Reflow-Löten, Tauch-Löten, Heißluft-Löten, Selektiv-Löten, Laser-Löten, Vakuum-Löten und Dampfphasen-Löten. Da beim Herstellen elektronischer Baugruppen nahezu ausschließlich Lötverfahren angewandt werden, die mit Weichlot arbeiten, ist eine effektive Luftreinhaltung unumgänglich. Die Schmelztemperatur des Lotes ist niedriger als die der zu verbindenden Elemente, zum Beispiel Anschlüsse von Bauelementen mit den Leiterbahnen (circa 180°C bis 260°C). Das geschmolzene Lot fließt zwischen die Metallteile. Ziel ist, dass zwischen dem Lot und den Metallen eine feste, luftdichte, korrosionsbeständige, strom- und wärmeleitende Verbindung entsteht. Die Lote bestehen zumeist aus Legierungen – als Lotdraht, Lotbarren oder Lotpaste. Diese bestehen je nach Anwendungsbereich des Endproduktes aus Zinn, Blei, Antimon, Silber und/oder Kupfer. In ihnen können Flussmittel enthalten sein, die aus unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen wie Kolophonium bestehen. Prinzipiell werden sogenannte halogenfreie Flussmittel eingesetzt, wobei sich deren Wirkung auf die Lötstellen bezieht.

Baugruppe beim Wellenlöten mit Lötrauch Seho Systems

Automatisierte Lötverfahren und Handlöten

Wo vor einigen Jahrzehnten noch fleißige Menschen Baugruppe für Baugruppe löteten, werden heute automatisierte Lötanlagen unterschiedlicher Größen eingesetzt. Diese Anlagen sind spezialisierte Systeme, die eine bestimmte Löttechnik, wie beispielsweise Reflowlöten oder Selektivlöten einsetzen und je nach Baugruppentyp und Losgröße verwendet werden. In vielen Fertigungslinien finden sich unterschiedliche Systeme, die entsprechend ihrer Bestimmung eingesetzt werden. Doch das Löten an Handarbeitsplätzen ist immer noch wesentlicher Bestandteil einer Baugruppenfertigung. Allerdings werden manuelle Lötaufgaben vorwiegend bei Kleinstserien, dem Prototypenbau oder an Reparaturstationen durchgeführt.

Je nach Einsatzgebiet der fertigen Baugruppe und Anforderungen der verwendeten Bauteile, werden beim Löten unterschiedliche Lotlegierungen und Flussmittel genutzt. Während des Lötprozesses verdampfen große Teile des Flussmittels und ein geringer Anteil des Lotes und die hierbei entstehenden Aerosole und Partikel können in den Fertigungsbereich gelangen. Dabei werden nicht nur unangenehme Gerüche verbreitet. Diese luftgetragenen Schadstoffe können zudem schwere Erkrankungen beim Personal hervorrufen. Ein besonders gefährliches Produkt sind hierbei die Aldehyde, die aus kolophoniumhaltigen Stoffen entstehen, wovon einige krebserregend sein können. Zusätzlich entstehen Gase, die bei der Erwärmung aus Teilen des Schutzlackes, Klebstoffes oder Trägermaterialen der Baugruppe entstehen.

Mobiles Absaug- und Filtergerät für Lötrauch zum Einsatz an Handarbeitsplätzen. ULT

Diese Gase beinhalten auch klebrige Aerosole, die sich in den Lötmaschinen − und im schlimmsten Falle auf den Produkten − absetzen und diese verschmutzen. Dies führt dann zu einem erhöhten Wartungsaufwand, da die Funktionsfähigkeit der Anlage beeinträchtigt werden kann. Zudem können die gefertigten Produkte kontaminieren oder gar korrodieren, was sich negativ auf deren Funktionalität und folglich auf die Qualität niederschlägt. Bei herkömmlichen Wellenlötprozessen wird in aller Regel die gesamte Leiterplatte vollflächig mit Flussmittel benetzt. Die hierbei entstehenden Sprühnebel bei alkoholbasierten Flussmitteln können in Verbindung mit weiteren Ausdämpfungen der Baugruppen zu explosionsgefährlichen, leichtentzündlichen Dampf-Luftgemischen führen.

Differenzierung und gesetzliche Regelungen

Luftgetragene Schadstoffe werden prinzipiell nach Partikelgrößen unterteilt. Diese Klassifizierung orientiert sich in erster Linie am Einfluss der Emissionen auf den menschlichen Organismus. So werden luftgetragene Schadstoffe nicht nur dahingehend differenziert, ob sie hirn-, nerven- oder atemwegsschädigend sind, sondern ob sie einatembar (E-Fraktion) oder alveolengängig (A-Fraktion) sind. Schadstoffe der A-Fraktion überwinden die sogenannte Blut-Luft-Barriere, die in der Lunge den luftgefüllten Raum der Lungenbläschen (Alveolen) vom Blut in den Kapillaren trennt. Hierzu gibt es gesetzliche Grenzwerte gemäß DIN EN 481. Diese liegen nach TRGS (Technische Regel für Gefahrstoffe) 900 für die E-Fraktion bei 10 mg/m³ und für die A-Fraktion bei 1,25 mg/m³ (seit 01.01.2017). In den gesetzlichen Bestimmungen der TA Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) darf eine Gesamtstaub-Massenkonzentration inkl. Feinstaub von 20 mg/m³ vorliegen.

Erfassen der Luftschadstoffe und nachhaltige Filtration

Um entstehende Luftschadstoffe zu beseitigen, reicht es nicht aus, für eine gute Be- und Entlüftung in der Fertigungsumgebung zu sorgen. Der Einsatz effizienter Absaug- und Filtertechnologie ist hier erforderlich und wird von der Berufsgenossenschaft auch entsprechend vorgeschrieben. Die Vielfalt der angebotenen Absaug- und Filtersysteme ist dabei hoch. Ihr Einsatz wird durch Schadstoffart und -menge, den Einsatz in automatisierten, teilautomatisierten oder manuellen Fertigungen sowie hinsichtlich Mobilität oder Flexibilität bestimmt.

Moderne Absaug- und Filteranlagen erreichen eine derart hohe Reinigung der Prozessluft, dass diese anschließend in den Arbeitsbereich zurückgeführt werden kann. Wichtig beim Einsatz von Absauganlagen zur Luftreinigung ist auch die Erfassung der Luftschadstoffe. Dabei ist die Nähe zur Emissionsquelle entscheidend – je näher, desto besser. Nicht nur, um den Großteil aller Partikel zu erfassen bevor diese in die Umgebungsluft gelangen oder sich in Anlagen und auf Produkten absetzen, sondern auch, um den ökonomischen Aufwand zu minimieren. Je größer der Abstand zwischen Emissionsquelle und dem Erfassungselement umso höher die erforderliche Ansaugleistung des Absaug- und Filtersystems – was sich im Energieverbrauch nachhaltig niederschlägt.

Verschiedene Arten von Erfassungselementen. ULT

Erfassung der Emissionen wichtig

Erfassungselemente helfen, die Effektivität der Absaugung zu erhöhen. Dabei handelt es sich um Endstücke auf Absaugarmen, die eine optimale Aufnahme der Emissionen sicherstellen. Je nach Schadstoffmenge und -art sowie hinsichtlich Luftströmungsprinzipien sind sie in unterschiedlichen Ausführungen – bis zur Komplett-Einhausung – erhältlich. Der Einsatz des richtigen Erfassungselements entscheidet über die Qualität des kompletten Absaug- und Filtersystems. Denn die Höhe des Erfassungsgrades ist die Grundlage für eine nachträglich stattfindende hochgradige Filtration, was schließlich im Wirkungsgrad und folglich der Menge der verbleibenden Schadstoffreste in der rückgeführten Luft resultiert.

SMT/Hybrid/Packaging 2017: ULT: Halle 5, Stand 312, Seho: Halle 4, Stand 129

(hw)