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Einsatz bleifreier Lote fuer die umweltfreundliche Herstellung elektronischer Produkte

Die Lotwerkstoffe, die derzeit zur Herstellung elektronischer Baugruppen verwendet werden, enthalten ca. 36 - 40 Prozent Blei. Ziel der durchgeführten Arbeiten war die Untersuchung und Realisierung des Einsatzes bleifreier Weichlote. Da die Verwendung von Blei in elektronischen Komponenten derzeit gesetzlich nicht beschränkt ist, wurden als besonders geeignete Anwendungsbereiche die Sensor-, Automatisierungs- und Automobilelektronik ausgewählt, die aus technischen Gründen geneigt sind, zuverlässigere und thermisch stärker belastbare Lote einzusetzen. Exemplarisch wurde die Einführung eines bleifreien Alternativlotes mit dem genannten Eigenschaftsprofil beim Unternehmen Endress+Hauser GmbH+Co., Meßtechnik und Automation, Maulburg, begleitet und abgesichert. Die Wahl bleifreier Weichlotlegierungen erfolgte aus der Abschätzung der Verfügbarkeit, technischer Eigenschaften und Kosten sowie der Auswertung bekannter Literaturstellen und eigener Vorarbeiten. Zur Bestimmung der Lötbarkeit der Legierungen wurden Benetzungskraftmessungen mit verschiedenen Flußmitteln und Anschlußmetallisierungen durchgeführt. Mit den betrachteten Legierungen wurden im Wellen- und Reflowverfahren sowohl spezielle Test- und Serienbaugruppen des Kooperationspartners als auch applikationsneutrale Testleiterplatten mit einem repräsentativen Bauelementspektrum verarbeitet. Zur Beurteilung des Prozeßverhaltens wurden eine visuelle Inspektion des Lötergebnisses, Lotbadanalysen und Messungen zur thermischen Belastung der Bauteile und Leiterplatten durchgeführt. Die Zuverlässigkeit der Lötstellen auf Serien- und Testleiterplatten bei unterschiedlichen Belastungscharakteristiken wurde in Biege- und Temperaturwechselversuchen sowie Auslagerungstests ermittelt. Die Auswertung erfolgte durch makroskopische Beurteilung der Lötstellen, mit Schliffanalysen und mittels Rasterelektronenmikroskopie. Um Alternativlegierungen referentiell zu Standardlegierungen beurteilen zu können, wurden alle experimentellen Arbeiten an Standard- und Alternativloten durchgeführt. Im Hinblick auf umweltrelevante Auswirkungen wurden das Potential zur Verringerung der anfallenden Elektronikschrottmenge durch zuverlässigere Lotwerkstoffe untersucht und Unternehmen aus der Recyclingbranche in einer schriftlichen Befragung zum Einfluß bleifreier Lote auf die Aufarbeitung elektronischer Baugruppen an das Projekt angebunden.

Konstruktion und Demontageprinzipien fuer das Recycling von Leiterplatten

Abschluss des seit 1992 am Institut fuer Elektronik-Technologie, am Institut fuer Feinwerktechnik und am Institut fuer Halbleiter- und Mikrosystemtechnik bearbeiteten BMFT-gefoerderten Verbundprojektes 'Neue Technologien fuer die Fertigung recyclinggerechter elektronischer Erzeugnisse'. Ziel der Untersuchungen war es, verschiedene Alternativen zum entsorgungsgerechten Aufbau elektronischer Erzeugnisse zu konkretisieren. In einem Teilbereich der Arbeiten wurde die Entstueckelung und Zerlegung von Leiterplatten in sinnvolle Einzelfraktionen untersucht. Es wurde eine vollstaendig recyclingfaehige Leiterplatte entwickelt, die einfach zerlegbar ist, aus wiederverwend- und wiederverwertbaren Wertstoffen besteht und praktisch schadstofffrei ist. In dem zweiten Teilbereich des Projekts wurden alternative Verbindungstechniken zum standardmaessigen Loeten mit PbSn-Loten untersucht. Schwerpunkte waren hier das Loeten mit nicht-bleihaltigen Loten und das Kleben mit elektrisch leitfaehigen Klebern. Wesentliche Arbeiten sind in acht Einzelbeitraegen in der Wissenschaftlichen Zeitschrift der TU Dresden, 44 (1995) Heft 4 enthalten.

Anforderungen an die Behandlung spezifischer Elektroaltgeräte unter Ressourcen- und Schadstoffaspekten

Am 24.10.2015 trat das novellierte ElektroG 2 in Kraft. Mit dem § 24 (2) wurde die Bundesregierung ermächtigt, weitergehende Anforderungen an die Behandlung von Elektroaltgeräten festzulegen. Zur Schaffung einer Grundlage für eine solche Verordnung hat das Umweltbundesamt die vorliegende Studie in Auftrag gegeben. Gegenstand dieser Studie ist die Betrachtung verschiedener Geräte, Bauteile und Stoffe, namentlich sind dieses Leiterplatten, Flachbildschirme, Kunststoffe und Photovoltaikmodule. Die Effektivität der aktuellen Behandlungsverfahren hinsichtlich Ressourcen- und Schadstoffaspekten soll untersucht werden. Dazu werden in erster Linie Literaturrecherchen und -auswertungen sowie Interviews mit verschiedenen Unternehmen entlang der Entsorgungskette durchgeführt. Bei Bedarf wird diese Vorgehensweise durch technische Untersuchungen und chemische Analysen ergänzt. Insgesamt sollen die Ergebnisse die Ableitung spezifischer konkreter Behandlungsempfehlungen ermöglichen. Quelle: Forschungsbericht

Anforderung an die Behandlung spezifischer Elektroaltgeräte unter Ressourcen- und Schadstoffaspekten

Das novellierte ElektroG enthält in § 24 Nr. 2 die Ermächtigung der Bundesregierung, durch Rechtsverordnung weiter gehende Anforderungen an die Behandlung von Elektroaltgeräten festzulegen. Vor dem Hintergrund neuartiger Gerätetechnologien und aufbauend auf den Erfahrungen seit in Kraft treten des ElektroG 2005 besteht der Bedarf, die Effektivität einzelner Behandlungsverfahren durch Analysen zu belegen und ggf. weitere Anforderungen fortzuentwickeln. Die bereits im ElektroG enthaltenen Vorgaben für die Behandlung, stellen lediglich Anforderungen an die Schadstoffentfrachtung der Geräte, Aspekte der Ressourcenschonung werden bislang nicht beachtet. Insbesondere bei der Behandlung von Leiterplatten, Flachbildschirmgeräten, Kunststoffen und Photovoltaikmodulen besteht aufgrund von technischen Innovationen und gesetzlicher Änderungen der Bedarf zur Überprüfung der Anforderungen.In dem Projekt werden die vier oben genannten Gerätegruppen bzw. -bauteile betrachtet und auf Aktualisierungsbedarf bezüglich der Behandlung untersucht.

Teilvorhaben: Aufbautechniken, Charakterisierung und Zuverlässigkeit von Leistungs-Logik-Modulen, Teilvorhaben: Leiterplattensubstrate mit eingebetteten aktiven und passiven Bauelementen und erhöhten thermischen Anforderungen

Ziel des Teilvorhabens ist die Erforschung einer neuen Substrattechnologien, die für Baugruppen mit einer höheren thermischen Belastung und gleichzeitiger Miniaturisierung der Baugruppen ausgelegt sind. Themenschwerpunkt wird hier die Antriebs- und Beleuchtungstechnik sein. Bei der Antriebstechnik werden vermehrt Leiterplattensubstrate für die ständig steigende Leistung, insbesondere bei Elektro-Mobilität benötigt. Hierzu sind Lösungen für die Bewältigung von höheren Strömen der Baugruppen mit den daraus resultierenden steigenden Temperaturen bei der Substrattechnik zu suchen. In der Beleuchtungstechnik, werden ebenfalls durch steigende Leuchtdichte der LEDs höhere Temperaturen auf den Baugruppen erzeugt. Bei der Beleuchtungstechnik soll zusätzlich noch stärker auf die Miniaturisierung der LED-Module eingegangen werden, da durch die Verkleinerung der LED-Module neue Freiheiten bei der Allgemeinbeleuchtung und im Leuchten Design offen stehen. Ziel von unserem Teilvorhaben ist es, Substrate nach den Anforderungen der Projektpartner zu verbessern und Grundlagen für neue Substrate zu erforschen, die ein besseres thermisches Management und auch eine Miniaturisierung der Baugruppen ermöglichen.

SiRKo - Simultane Rückseiten-Kontaktierung von dünnen Solarzellen

Die Herstellung von Solarmodulen ist auf einen sequentiellen Prozess zugeschnitten, bei dem jeweils benachbarte Zellen von vorne nach hinten verbunden werden. Sogenannte Rückseitenkontakt-Zellen ermöglichen die Kontaktierung von einer einzigen Seite, damit auch eine wirtschaftlichere und schonendere Zellverbindung. Zudem lassen sich mit Rückseitenkontakt-Zellen optische und elektrische Verluste verringern. Unser Vorhaben zielt auf die Entwicklung eines Verfahrens zur simultanen Kontaktierung von Rückseitenkontaktzellen (RSKZ) für die Herstellung von PV-Modulen. Es geht sowohl um ein neues Zellverbinder-Material wie auch einen zugehörigen Verbindungsprozess. Die Technologie soll für sehr dünne Zellen einsetzbar sein und die Prozeßdauer für die Zellkontaktierung verringern.

Regenerierung von ammoniakalischen Ätzlösungen

Im Rahmen des Vorhabens der Ruwel AG aus dem nordrhein-westfälischen Geldern werden Platinen emissionsfrei und in einem geschlossenen Kreislauf durch Ätzen von Kupfer befreit. In der Leiterplattenherstellung ist das Ätzen ein zentraler Fertigungsschritt. Bislang reicherte sich das von der Platine abgelöste Kupfer in der Ätzlösung an. Ab einem bestimmten Punkt war die Lösung unbrauchbar und musste erneuert werden. Das entfällt künftig ebenso wie die aufwändige Aufbereitung dieser Lösung durch spezialisierte Verwertungsbetriebe, die lediglich den Kupferanteil zurückgewonnen haben. Die übrigen Komponenten, darunter insbesondere Ammoniak, mussten umweltbelastend entsorgt werden. Die hiermit verbundenen Gefahrguttransporte sind künftig nicht mehr erforderlich. Ziel des Vorhabens ist es, Spülwasser und Abluft in die Kreislaufführung zu integrieren, um Schadstoffemissionen zu vermeiden und zugleich die Wertstoffe wieder nutzbar zu machen. Daneben erhöht das neue Verfahren die Prozessstabilität und damit die Qualität der Leiterplatten. Zugleich sinken die Fertigungskosten. Das bedeutet einen erheblichen Wettbewerbsvorteil.

Entwicklung von thermoplastischen Leiterplatten als Beitrag zur Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben 1: Projektkoordination und Begleitforschung, Teilvorhaben 1

Innerhalb der übergeordneten Zielstellung der Qualifizierungsphase, das entwickelte Konzept der thermoplastischen Leiterplatten im Hinblick auf eine spätere großtechnische Umsetzung zu qualifizieren, wird das Öko-Institut e.V. durch eine übergreifende Projektkoordination sicher stellen, dass dieses Ziel sowohl inhaltlich als auch terminlich im Projektverbund eingehalten wird. Ferner wird im Teilvorhaben des Öko-Instituts die wissenschaftliche Begleitforschung durchgeführt. Im Rahmen der Projektkoordination wird zur Koordination der Arbeits- und Zeitpläne der Teilvorhaben gemeinsame Projektsitzungen organisiert, durchgeführt und protokollarisch dokumentiert. Die Begleitforschung wird mittels der Instrumente der Ökobilanzierung, der Öko-Effizienz-Analyse und der Lebenszykluskostenrechnung durchgeführt. Weiterhin werden ökoeffiziente Strategien für die Redistribution und das Recycling der HTT-Leiterplatten entwickelt. Durch Presse- und Öffentlichkeitsarbeit des Öko-Instituts werden die Ergebnisse der FuE-Arbeiten des Verbundes potenziellen Anwendern und der (Fach-)Öffentlichkeit vermittelt, um so die wirtschaftliche Verwertung vorzubereiten.

Verbundvorhaben: Entwicklung von thermoplastischen Leiterplatten als Beitrag zur Kreislaufwirtschaft, Musterschaltungen - Teilvorhaben 7

Entwicklung von thermoplastischen Leiterplatten als Beitrag zur Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben 6: Entwicklung und Qualifizierung der Multilayer- und Flexlayertechnologie, Feinstrukturierung, neue Verfahren

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