Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Definitives "Aus" für bleihaltige Werkstoffe - Elektronikgeräte in Zukunft ohne schlummerndes Gift

30.06.2006
Löten mit Zinn-Blei war bis vor kurzem eine der wichtigsten Verbindungstechniken in der Elektronikindustrie. Am 1. Juli 2006 tritt nun ein neues EU-Gesetz in Kraft, das Blei in Elektronikanwendungen verbietet. Empa-Forschende haben der Industrie geholfen, Ersatzlegierungen zu finden und ihre Produktionstechniken auf die neuen bleifreien Lote umzustellen.
In einem alltäglichen elektronischen Gerät wie einem Handy sind auf den Leiterplatten Hunderte von Lötstellen zu finden. Bis anhin verwendete die Industrie Lote aus Zinn-Blei, um die Komponenten mit den Leiterplatten zu verbinden. Ab 1. Juli 2006 ist dies allerdings verboten. Dann tritt in der EU die Verordnung "RoHS" (Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment) in Kraft. Sie verbietet im Elektronikbereich den Gebrauch bestimmter gesundheits- und umweltgefährdender Stoffe. Neben Blei sind Kadmium, Quecksilber, sechswertiges Chrom sowie die Flammhemmer PBBC und PBDE untersagt. Auch in der Schweiz wird diese Verordnung gelten; die Schweizerische Chemikalien-Risiko-Reduktions-Verordnung (ChemRRV) trat am 1. August 2005 in Kraft.

Giftige Materialien ersetzen

Die Verwendung von Zinn-Blei-Loten ist darum so problematisch, weil Blei giftig ist, sich in Organismen entlang der Nahrungskette anreichert und dort kaum mehr abgebaut werden kann. Das neue Gesetz schreibt deshalb vor, dass "Blei in einem homogenen Material nur noch in einer Konzentration von höchstens 0,1% vorhanden" sein darf. Im von der EU finanzierten Eureka-Projekt "Leadfree" befasst sich die Empa seit fünf Jahren mit Alternativen zu den bisher verwendeten Zinn-Blei-Loten. Der Wunschkatalog der Industrie lautet: Zuverlässig müssen die neuen Lote sein, möglichst tiefe Schmelztemperaturen haben und mit bestehenden Technologien zu verarbeiten sein; ausserdem dürfen sie keine neuen Umweltgifte enthalten und nicht teuer sein. Aus über 200 möglichen Legierungen wählten ForscherInnen der Empa, dem Fraunhofer Institut ISIT in Itzehoe, der TU Wien und zahlreiche europäische Partner aus der Industrie schliesslich fünf Legierungen, welche zukünftig als Lote in der Elektronik dienen könnten.

Empa-Wissen über Zuverlässigkeit

Lötstellen dürfen nicht verfrüht ausfallen, denn eine einzige defekte Lötstelle kann ein ganzes Handy zum Verstummen bringen. Das Umstellen von einem bleihaltigen auf ein bleifreies Lot bringt neue Schwierigkeiten mit sich: Denn Ersatzlote besitzen höhere Schmelztemperaturen und wirken im flüssigen Zustand sehr aggressiv auf eine Vielzahl von Metallen. Durch diese Umstände können nicht nur elektronische Komponenten, sondern auch ganze Produktionsanlagen beschädigt werden. Der neue Lötprozess mit bleifreien Loten - ebenfalls Zinn-Verbindungen - stellt deshalb höhere Anforderungen an die industrielle Produktion. Hier konnte und kann die Empa viel an Entwicklungsarbeit beitragen. Zum Beispiel indem sie ihr Wissen über die Zuverlässigkeit elektronischer Systeme einfliessen liess. Sie zeigte beispielsweise, wie Schäden aufgrund von überhitzten Komponenten oder in Lötstellen bereits in der Theorie, also in der Planung der Herstellungsabläufe, ausgeschlossen werden können. Eine an der Empa entstandene Dissertation modellierte zudem das Deformationsverhalten des populärsten bleifreien Lotes, Zinn-Silber-Kupfer (SnAg3.8Cu0.7).

Entsprechen die Bauteile den neuen Gesetzen?

In der Praxis hat sich die Analyse, wie viele gesundheits- und umweltgefährdende Stoffe sich in den einzelnen Komponenten befinden, als äusserst schwierig erwiesen. Denn oft bestehen sogar winzige Bauteile aus vielen verschiedenen Materialien. Ob in den Komponenten nun beispielsweise insgesamt mehr oder weniger als 0,1% Blei vorhanden ist, kann ohne aufwendige physikalisch-chemische Analysen nicht beurteilt werden. Für Messungen im Labormassstab besitzt die Empa zwar Röntgengeräte, mit denen sie Bauteile "durchleuchten" kann. Diese sind jedoch für die Industrie viel zu teuer. Der Gesetzgeber muss also erst noch festlegen, wie die Einhaltung der neuen Richtlinien in Zukunft kontrolliert werden soll.

Auch in den nächsten Jahren wird sich die Empa mit der Zuverlässigkeit und der Analyse RoHS-kompatibler Technologien und Werkstoffe beschäftigen, zunächst weiterhin im Rahmen des Eureka-Projekts "Leadfree"und in Projekten des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms. Eines der Ziele ist es, Informationen darüber, welche elektronischen Komponenten RoHS-kompatibel sind, den Herstellern leichter zugänglich zu machen. Der von der Empa herausgegebene Kompatibilitätsleitfaden soll dazu laufend ergänzt und ausgebaut werden.

Redaktion und Bilderbezug
Martina Peter, Abt. Kommunikation, Tel. +41 44 823 49 87,
E-mail martina.peter@empa.ch

Fachliche Ansprechpersonen
Günter Grossmann, Abt. Elektronik/Messtechnik, Tel. +41 44 823 42 79
E-mail guenter.grossmann@empa.ch
Dr. Urs Sennhauser, Abt. Elektronik/Messtechnik, Tel. +41 44 823 41 73,
E-mail urs.sennhauser@empa.ch
Dr. Heinz Vonmont, Abt. Analytische Chemie, Tel. +41 44 823 41 32
E-mail heinz.vonmont@empa.ch

Martina Peter | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Berichte zu: Blei Zinn-Blei

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein
20.09.2017 | Technische Universität Hamburg-Harburg

nachricht Strom im Flug erzeugen
20.09.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik