Über den Umgang mit Gefahrstoffen in der Elektronikfertigung

Wer bereits mit einem Handlötkolben gearbeitet hat, machte zwangsläufig Erfahrung mit Lötrauch, verursacht durch das Verdampfen von Flussmittelbestandteilen. Zuerst nimmt der Anwender den Geruch wahr, der je nach Bestandteilen und persönlichem Empfinden sehr oft als unangenehm wahrgenommen wird. Gelangt der Rauch ins menschliche Auge, führt das häufig zu Tränen.

Aber Lötrauch entsteht nicht nur im Handlötbereich. Auch nahezu alle maschinellen Lötverfahren verwenden Flussmittel. Und nicht nur Löten birgt Gefahren, andere Fertigungsverfahren in der Elektronikindustrie setzen ebenfalls schädliche Emissionen frei. Neben Rauch sind es Feinstäube und Gase, aber auch Aerosole, die in den Arbeitsprozessen entstehen und sich durch die Luft verbreiten.

Löten, Lasern und Lackieren

So verwendet die elektronische Baugruppenfertigung zunehmend Schutzlacke, um vor Feuchtigkeit, Verschmutzung und Elektromigration zu schützen. Die beim Verarbeiten überwiegend eingesetzten lösungsmittelhaltigen Acryllacke oder Acrylatharzlacke (UV-Lacke) setzen Gase und Dämpfe frei, die beim Einatmen gesundheitsschädlich wirken. Auch bei der manuellen oder maschinellen Reinigung von Baugruppen entstehen Emissionen, die eine wirkungsvolle Absaugung erfordern.

Einen immer wichtigeren Stellenwert nimmt die Lasertechnik in der Elektronikfertigung ein. Ob zum Beschriften, Trennen, Beschichten oder zum Abtragen von Materialien – das Einsatzgebiet ist sehr vielfältig und zunehmend differenzierter. Hersteller von Lasertechnologie sprechen mittlerweile von Laserimpulsen im Femto-Bereich (10^-15 Sekunden). Dabei entstehen sehr feine Stäube mit Partikelgrößen im Nanobereich ebenso wie gesundheitsschädlicher Rauch und Gase.

Bild 1: Übersicht der Partikelgrößen: je diffiziler die Aufgabe, desto feiner die Partikel.AAT Aston

Partikel dringen über Atemwege ein

Je nach Fertigungsverfahren entstehen Partikel und Gase unterschiedlicher Größen, Zusammensetzungen und Konzentrationen (Bild 1). Gefahrstoffe in der Luft wirken sich nicht nur auf die Gesundheit der Mitarbeiter aus, sondern beeinflussen auch die Produktivität der Unternehmen. Denn freigesetze Partikel lagern sich auf Maschinen ab, verschmutzen Werkzeuge und beeinflussen so die Qualität von Produkten. Und mit zunehmend diffizileren Aufgaben werden die Partikel immer feiner.

Über die Atemwege dringen diese feinen Partikel in den Körper ein und können zu Atemwegserkrankungen, Herz-Kreislauf-Problemen und erhöhtem Krebsrisiko führen. Aber nicht nur Feinstäube können gesundheitliche Schäden hervorrufen. Auch Gase und Dämpfe, die etwa beim Vergießen oder Lackieren entstehen, bergen erhebliche gesundheitliche Risiken und können Kopfschmerzen hervorrufen sowie Schleimhäute reizen. (Bild 2).

Bild 2: Einfluss von Schadstoffen auf den menschlichen Organismus: Kopfschmerzen sind noch das geringste Risiko.AAT Aston

Gesetzliche Regelungen

Im April 2014 sank der allgemeine Staubgrenzwert für granulare biobeständige Stäube der A-Fraktion von 3 mg/m³ auf 1,25 mg/m³. Die TRGS 900 (Technische Regel für Gefahrstoffe) legt den neuen Arbeitsplatzgrenzwert bezogen auf eine mittlere Partikeldichte von 2,5 g/cm³ fest. Zudem gibt es Forderungen zur Beseitigung von Schadstoffen in der Atemluft, geregelt durch die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV), die technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) und die TRGS. Neben den Regelungen zur Schadstofferfassung gibt es technische Standards zur Filtration von Schadstoffen: Partikelgrößen von 0,3 µm sollten mindestens zu 99,95% gefiltert werden.

Insbesondere die Herabstufung des Staubgrenzwertes hat viele Firmen zu Neuinvestitionen in Produktionsmittel und Räumlichkeiten gezwungen. Ein geeignetes Schutzkonzept besteht aus vier Stufen:

Stufe 1 – Begrenzung der Gefahrstoffe

Stufe 2 – Substitution der Gefahrstoffe und Erfassungseinrichtungen

Stufe 3 – Geschlossene Systeme und Zugangsbeschränkungen

Stufe 4 – Abgrenzung des Gefahrenbereichs. Reinluftrückführung nur in Ausnahmefällen

Bild 3: Verhältnis Erfassungsgrad zum Reinigungsgrad (Restschadstoffe): näher dran ist besser.AAT Aston

Je näher, desto besser

Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin fordert nach der GefStoffV, dass Gefahrstoffe möglichst direkt an der Entstehungsstelle zu erfassen sind. Der Abstand zwischen Erfassungselement und Entstehungsstelle hat immensen Einfluss auf die Beseitigung der Schadstoffe. Mit größerem Abstand erhöht sich auch die zum Erfassen der Schadstoffe erforderliche Ansaugleistung. Bei doppeltem Abstand vervierfacht sich so in der Regel die Ansaugleistung. Das führt zu höheren Anschaffungskosten für technische Ausrüstungen und mehr Energiebedarf.

Gravierender ist indes die Tatsache, dass die Erfassung maßgeblich zum Beseitigen der Schadstoffe beiträgt. Der Erfassungsgrad hat gezielt Einfluss auf den Wirkungsgrad der Reinigung (Bild 3). Eine hochgradige Beseitigung der Schadstoffe kann nur erfolgen, wenn diese sich möglichst vollständig erfassen lassen. Der Wirkungsgrad der Reinigung ist somit nicht nur von der Filterleistung, sondern erheblich von der Qualität der Erfassung abhängig. Es gilt daher, die Schadstoffe möglichst nah an der Entstehungsstelle abzusaugen.

Bild 4: Absaugarm Flex 75 mm mit Runddüse, optional auch mit Rechteckdüse ausgestattet.AAT Aston

Für die Erfassung stehen unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Um das Fertigungsverfahren nicht negativ zu beeinflussen, dürfen Erfassungselemente Anwendern nicht im Weg sein. Flexarme (Bild 4) bieten zum Beispiel maximale Flexibilität und hohen Wirkungsgrad bei Lötarbeitsplätzen. Die Länge des Absaugarmes lässt sich durch einzelne Gelenke variieren. Düsen können nahe am Lötkolben angebracht sein, ohne störend zu wirken. Bei Bedarf kann der Absaugarm innerhalb kürzester Zeit verschoben werden, ohne dass die Stabilität darunter leidet.

Geschlossene Arbeitskabinette (Bild 5) kommen dagegen sehr gerne bei Lösungsmitteln zum Einsatz, um die Geruchsbelästigung gering zu halten. Die Firmen Pace und Alsident (Vertrieb: AAT Aston) bieten hier passend für viele verschiedene Anwendungsgebiete und Anforderungen eine Auswahl an Erfassungselementen in unterschiedlichen Größen.

Bild 5: Arbeitskabinette gibt es in verschiedenen Größen: die Geruchsbelästigung hält sich in Grenzen.AAT Aston

Abscheiden und Filtern

In der Elektronikfertigung entstehen hauptsächlich zwei Formen von Gefahrstoffen. Zum einen handelt es sich um Festpartikel (Feinstäube), die etwa im Löt- und Laserrauch enthalten sind und Partikelgrößen von 0,01 bis 1 µm aufweisen. Diese Partikel können mechanisch über so genannte Tiefen- oder Oberflächenfilter aufgenommen werden. Ein Hepa (High Efficiency Particulate Air)- oder auch Schwebstofffilter der Klasse H14 kann Partikel mit einer Größe von 0,1 µm zu 99,995 Prozent filtern. Für noch effizientere Filterungen gibt es Hochleistungsschwebstofffilter der Klasse ULPA (Ultra Low Particulate Air Filter).

Bild 6: Mobiles Lötrauchabsauggerät AAT 260 mit Flexarm: die Länge des Arms kann variieren.AAT Aston

Beim Löten und bei der Laserbearbeitung entstehen jedoch nicht nur Festpartikel, sondern auch Dämpfe und Gase mit noch kleineren Partikelstrukturen. Auch bei Reinigungsprozessen und beim Lackieren entstehen überwiegend gasförmige Partikel. Die Oberfläche von Aktivkohle kann Gaspartikel adsorbieren. Aktivkohlefilter nehmen je nach Einsatzbedingungen bis zu 50 Prozent des Eigengewichts an Gasen auf. Somit können 6 kg Aktivkohle unter optimalen Bedingungen bis zu 3 kg an Schadstoffen aufnehmen.

Die zweite Möglichkeit bieten Materialien wie Purafil. Im Gegensatz zur Aktivkohle, wo es sich um einen physischen Vorgang handelt, werden hier Gase chemisch neutralisiert. Eine dritte Möglichkeit sind elektrostatische Filter. Die elektrische Ladung der Partikel wird verändert und mittels einer Abscheideelektrode aufgenommen.

Bild 7: Prinzip einer Absaug- und Filteranlage: Schwebstofffilter nehmen Festpartikel auf.AAT Aston

ULT (Vertrieb AAT Aston) mit Sitz in Löbau ist Hersteller von Absaug- und Filtersystemen und bietet Lösungen für nahezu alle Schadstoffarten mit unterschiedlichen Absaugleistungen. Das Produktspektrum reicht von mobilen Absaug- und Filterstationen für einzelne Arbeitsplätze bis hin zu zentralen, stationären Absaugsystemen mit Leistungen bis zu 10.000 m³/h.

SMT Hybrid Packaging 2015: Halle 7, Stand 349

(mou)