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Umweltfreundliche PCB-Reinigung

Der ökologische Weg für saubere Leiterplatten und sichere Elektronik
Microcare: Umweltfreundliche PCB-Reinigung

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Die Reinigungsflüssigkeiten, die wir zum Reinigen und Trocknen von Leiterplatten (PCBs) verwenden, haben sich in den letzten vierzig Jahren enorm verändert. Schon früh verwendeten viele Elektronikhersteller Lösungsmittel auf Chlorfluorkohlenstoff- (CFC) und Hydrochlorfluorkohlenstoffbasis (HCFC) in Dampfentfettungsgeräten, um Flussmittelrückstände und andere Verunreinigungen aus der Produktion zu entfernen.

Emily Peck, Senior Chemiker, MicroCare, LLC

Dazu gehörten FCKW-113, 1,1,1-Trichlorethan, H-FCKW-141b und H-FCKW-225. Die Lösungsmittel waren gut darin, nicht ausgehärtete Lötpaste, Flussmittelrückstände, Markierungstinten, Klebstoffe, konforme Beschichtungen, Staub und Fingerabdrucköle von PCBs zu entfernen, so dass diese einwandfrei funktionieren konnten. Aber sie hatten einen Nachteil. Sie bauten die Ozonschicht ab. Anfang der 1980er Jahre beschäftigten sich Wissenschaftler mit der Frage, wie die Verwendung dieser Lösungsmittel zum sich ausdehnenden Loch in der schützenden Ozonschicht der Erde beitrug, und bezeichneten sie als Produkte mit einem hohen ODP (Ozonabbaupotenzial).

1989 trat das Montrealer Protokoll in Kraft, ein internationaler, kooperativer Vertrag zum Schutz der Ozonschicht. Der Zweck des Vertrags war es, die Produktion und Verwendung von Substanzen, die zum Ozonabbau führen, schrittweise einzustellen. Dazu gehörten viele PCB-Reiniger, die zu dieser Zeit in Gebrauch waren, einschließlich Versionen auf FCKW- und HFCKW-Basis. Mitte der 90er Jahre war der rasche Abbau von Reinigern auf FCKW- und HFCKW-Basis in vollem Gange. Ihre Verwendung wurde streng reguliert und schließlich für die Leiterplatten-Reinigung gänzlich verboten.

Wahl eines anderen Wegs

Zu diesem Zeitpunkt stellten viele Elektronikhersteller auf wässrige oder wasserbasierte Reinigungssysteme um. Andere blieben bei ihren Dampfentfettungsmethoden. Aber sie entschieden sich stattdessen für umweltfreundlichere chlorierte und bromierte Lösungsmittel zur Reinigung. Dazu gehörten Trichlorethylen (TCE) und n-Propylbromid (nPB). Aber heute werden auch diese alternativen Methoden und Lösungsmittel selbst auf den Prüfstand gestellt.

Die Reinigung auf Wasserbasis, auch bekannt als wässrige Reinigung, wurde einst als besser für die Umwelt angesehen. Doch diese Theorie wird nun in Frage gestellt. Bei der wässrigen Reinigung werden wertvolle, nicht erneuerbare natürliche Ressourcen verwendet. So erfordert sie beispielsweise einen hohen Energieaufwand, um das Wasser auf Reinigungstemperatur zu erhitzen. Die Anwendung von Wärme und Luft zum anschließenden Trocknen der gereinigten Leiterplatten verbraucht ebenfalls Strom. Die wässrige Reinigung verbraucht große Mengen an sauberem Wasser und erzeugt außerdem schmutziges Abwasser, das vor der Entsorgung sorgfältig chemisch behandelt werden muss. Diese Aspekte haben alle Auswirkungen auf die Umwelt. Außerdem stellt die Wasserreinigung einige Herausforderungen bei der PCB-Reinigung dar. In einigen Instanzen ist es schwierig, das Wasser zum vollständigen Verdunsten zu bringen. Dies gilt insbesondere bei Leiterplatten mit geringem Abstand und hoher Dichte. Restfeuchtigkeit auf den Leiterplatten verursacht Korrosion, elektrochemische Migration, Dendritenwachstum, Kurzschlüsse oder einen vollständigen Ausfall der Leiterplatte.

Bessere Lösungsmittelauswahl treffen

Die Verarbeiter, die ihre PCBs weiterhin mit Dampfentfettung reinigten, entschieden sich für bessere Lösungsmittel. Sie ersetzten die Reinigungsflüssigkeiten auf FCKW- und HFCKW-Basis durch hochgradig lösungsmittelhaltige chlorierte und bromierte Lösungsmittel. Die Unternehmen verwendeten Trichlorethylen (TCE) und n-Propylbromid (nPB) in ihren bestehenden Anlagen. Diese Nachfolger, die einst als ideale Alternativen galten, erweisen sich nun als problematisch. Sowohl TCE als auch nPB bringen Bedenken hinsichtlich der Luft- und Grundwasserqualität mit sich. Sie stehen auch im Verdacht, für Pflanzen, Fische und Tiere schädlich zu sein.

Diese Bedenken führten zur Einführung der REACH-Gesetzgebung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien). Der Zweck der neuen Regelungen war es, die Verwendung von TCE und nPB zu verhindern. REACH ist eine Verordnung der Europäischen Union, die im Jahr 2006 eingeführt wurde. Sie kontrolliert die Produktion und die Verwendung von chemischen Stoffen innerhalb der Europäischen Union. Derzeit haben TCE eine karzinogene Einstufung. Seit 2016 ist es in Europa nicht mehr für die Dampfentfettungsreinigung ohne spezielle Genehmigung und ohne strenge Kontrollen der Werksemissionen erhältlich. Und gemäß den REACH-Verordnungen der EU benötigt nPB eine Sondergenehmigung für die Verwendung in Europa nach Juli 2020.

Neben dem ODP müssen PCB-Hersteller auch das GWP oder das globale Erwärmungspotenzial eines Reinigers berücksichtigen. Das GWP einer Reinigungsflüssigkeit ist die Menge an Treibhausgas, die sie ausstößt und die in der hohen Atmosphäre gefangen wird. Die in der Atmosphäre eingeschlossenen Treibhausgase absorbieren Infrarotstrahlung. Je mehr sie über einen längeren Zeitraum absorbieren, desto mehr können sie zur globalen Erwärmung beitragen. Daher verlangen viele Elektronikhersteller neben einem niedrigen ODP (Ozonabbaupotenzial) auch Reinigungsflüssigkeiten mit einem niedrigen GWP.

Innovative, ökologisch fortschrittliche Lösungen

Infolgedessen entwickeln die Hersteller von Reinigungsflüssigkeiten neue Flussmittelentferner und Elektronikreinigungsflüssigkeiten, um der Herausforderung gerecht zu werden. Die sich abzeichnenden Vorschriften sind für sie ein Anreiz, bahnbrechende Flüssigkeiten zu formulieren, die sowohl ein minimales ODP als auch ein niedriges GWP aufweisen, um strenge regionale Luftqualitätsvorschriften zu erfüllen und die Auswirkungen von Treibhausgasen zu reduzieren.

Viele der neuen Reinigungsflüssigkeiten sind mit der HFO-Technologie (Hydrofluorolefin) ausgestattet. Sie bieten verbesserte Umwelteigenschaften, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Sie sind sichere, nicht entflammbare und ökologisch fortschrittliche Flüssigkeiten. Sie haben ein niedriges GWP von normalerweise 3 oder weniger. Im Vergleich dazu hatten die alten HFCKW-Lösungsmittel durchschnittliche GWP-Werte im Tausenderbereich. Außerdem weisen die neuen Flüssigkeiten eine ODP-Einstufung von Null auf. Dies ermöglicht es ihnen, die Emissionsvorschriften der Europäischen Union zur Luftqualität einzuhalten.

Aber was ist mit der Reinigungsleistung?

Es ist ein weit verbreiteter Irrtum, dass das Ersetzen eines älteren Lösungsmittels durch eine umweltfreundlichere Reinigungsflüssigkeit immer einen Kompromiss in der Leistung bedeutet. Wenn sie in einem Dampfentfetter verwendet werden, zeigen umweltfreundliche PCB-Reinigungsflüssigkeiten ihre beste Leistung. Sie haben eine hohe Solvenz. Das bedeutet, dass sie über die starke Reinigungskraft verfügen, die erforderlich ist, um hartnäckige Verschmutzungen und weiße Rückstände zu entfernen. Sie reinigen ein breites Spektrum an unpolaren oder organischen Verunreinigungen. Dazu gehören R (Kolophonium), RA (Kolophonium-aktiviert), RMA (Kolophonium-mildaktiviert) und SA (synthetisch) sowie Öle und Fette. Sie lösen auch anorganische Verschmutzungen, wie z.B. unsaubere Flussweißrückstände und Wasser.

Die neuen Reinigungsflüssigkeiten sind stark und haben eine gute Materialverträglichkeit. Die meisten reinigen eine Vielzahl von Substraten. Sie reinigen effektiv Multi-Komposit-Substrate, Glas-Epoxid, Phenolharz und die meisten Kunststoffe ohne Beschädigung.

Drei Eigenschaften einer guten Reinigungsflüssigkeit

Die Reinigungsflüssigkeit sollte bestimmte physikalische Eigenschaften haben, um die Reinigung zu verbessern. Dazu gehören hohe Dichte, niedrige Oberflächenspannung und schnelle Trocknungsgeschwindigkeit.

Eine hohe Dichte ermöglicht es, den Flüssigkeiten unter unlösliche Partikel zu gelangen, um diese von der PCB-Oberfläche abzuheben. Sie eignen sich gut zur Entfernung von Staub, Schmutz, Stofffasern und Metallspänen. Wenn diese Flüssigkeiten in einer Dampfentfettungs-Reinigungsanwendung verwendet werden, hilft eine zusätzliche Bewegung durch die siedende Wirkung der Reinigungsflüssigkeit und mit Ultraschallenergie oder einem Sprühstab, die Partikel von der PCB-Oberfläche zu lösen und die Wirksamkeit der Reinigungsflüssigkeit zu erhöhen.

Niedrige Oberflächenspannung bedeutet, dass der Reiniger in enge Bereiche, z. B. unter BGA-Komponenten, eindringt. Da die Flüssigkeit jedoch schnell trocknet, verbleibt sie nach der Reinigung nicht unter den Komponenten. Sie trocknet auch rückstandsfrei. Diese Reinigungsflüssigkeiten haben einen besonderen Vorteil gegenüber wässrigen oder wasserbasierten Reinigern, die eine höhere Oberflächenspannung haben, langsamer verdampfen und gespült werden müssen, um Tenside und andere Zusätze im Waschwasser abzuwaschen. Außerdem sind die Flüssigkeiten chemisch und thermisch stabil, so dass sie bei Gebrauch nicht sauer werden. Dies verringert Sicherheitsrisiken und trägt zur Senkung der Kosten für die Wartung der Flüssigkeiten bei.

Ökologisch moderne Fluide für heute und morgen

Viele Verarbeiter benötigen hochleistungsfähige PCB-Reinigungsflüssigkeiten, um ihren langfristigen Geschäftserfolg zu unterstützen. Aber die Flüssigkeiten müssen auch den zunehmenden Umweltgesetzen folgen, die ihre Verwendung und Entsorgung regeln. Immer mehr Aufsichtsbehörden in der Europäischen Union und auf dem Rest der Welt verabschieden neue Gesetze über Reinigungsflüssigkeiten. Sie setzen diese Gesetze auch drastisch durch, um negative Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.

Für PCB-Hersteller ist es sinnvoll, von ihren weniger umweltfreundlichen PCB-Reinigungsmitteln auf umweltfreundlichere Alternativen umzusteigen. Indem sie sich jetzt umstellen, bereiten sich die Unternehmen nicht nur darauf vor, ihren heutigen PCB-Reinigungsbedarf zu decken, sondern sie rüsten sich auch für die Erfüllung neu entstehender, langfristiger Vorschriften weit in die Zukunft hinein.

Wenn es um die Reinigung von PCB geht, gibt es viele neue Reinigungsflüssigkeiten. Sie reinigen nicht nur außergewöhnlich gut, sondern sind auch sicherer für den Planeten. Sie helfen den Herstellern, möglichst umweltverträglich zu arbeiten, und ermöglichen es ihnen gleichzeitig, hochwertige PCBs zu produzieren, um ihr Unternehmen erfolgreich zu halten. Außerdem erfüllen sie die sich entwickelnden REACH-Verordnungen.

Unternehmen, die Hilfe bei der Auswahl und dem Einsatz von ökologisch fortschrittlichen Elektronikreinigungsflüssigkeiten suchen, müssen mit einem Partner zusammenarbeiten. Ein Partner, der sowohl über Fachwissen im Bereich der Reinigungsflüssigkeit als auch der Dampfentfettung verfügt. Auf der Grundlage der spezifischen PCB-Zusammensetzung und der angetroffenen Kontamination können sie die besten Flüssigkeiten und PCB-Reinigungsmethoden empfehlen, die am besten funktionieren.

www.microcare.com

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