Schadstoffe in der Elektronikfertigung Wie wirkt sich Lötrauch auf Mensch und Maschine aus? 

Baugruppe beim Wellenlöten mit Lötrauch
Baugruppe beim Wellenlöten mit Lötrauch.

Das Thema Luftreinhaltung spielt in der Elektronikfertigung eine zentrale Rolle. Dabei gilt es, neben Schmutz und Gerüchen vor allem Gefahrstoffe aus der Luft zu entfernen. 

Bei der Herstellung elektronischer Baugruppen nimmt Löten nach wie vor eine primäre Stellung ein. Dabei haben die Lötprozesse eines gemeinsam: Sie produzieren luftgetragene Schadstoffe, die sich negativ auf Mitarbeiter, Anlagen und Produkte auswirken können. Die gängigen Löttechniken in der Baugruppenproduktion sind 

• Wellenlöten bzw. Schwalllöten
• Reflowlöten
• Tauchlöten
• Heißluftlöten
• Selektivlöten
• Laserlöten
• Vakuumlöten
• Dampfphasenlöten

Um elektronische Baugruppen herzustellen, nutzen Anwender fast ausschließlich Lötverfahren, die mit Weichlot arbeiten. Die Lote bestehen meistens aus Legierungen – je nach Anwendungsbereich sind sie aus Zinn, Blei, Antimon, Silber und Kupfer. In ihnen können Flussmittel enthalten sein, die aus unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen bestehen, zum Beispiel Kolophonium. Prinzipiell werden halogenfreie Flussmittel eingesetzt. 

Luftgetragene Schadstoffe

Während des Lötprozesses verdampft ein Großteil des Flussmittels und ein geringer Anteil des Lotes. Die entstehenden Aerosole und Partikel können in den Fertigungsbereich gelangen, unangenehme Gerüchen verbreiten und zu Erkrankungen der Mitarbeiter führen. Ein besonders gefährliches Produkt sind die Aldehyde, die aus kolophoniumhaltigen Stoffen entstehen, wovon einige krebserregend sein können. Zusätzlich entstehen Gase, wenn sich Teile des Schutzlackes, Klebstoffes und Trägermaterialen der Baugruppen erwärmen. Diese Gase beinhalten klebrige Aerosole, die sich in den Lötmaschinen und auf den Produkten absetzen und sie verschmutzen. Das kann die Funktionsfähigkeit der Anlage beeinträchtigen, und die gefertigten Produkte können kontaminieren oder korrodieren. Bei herkömmlichen Wellenlötprozessen benetzen Flussmittel typischerweise die gesamte Leiterplatte vollflächig. Bei alkoholbasierten Flussmitteln entstehen dabei Sprühnebel. In Verbindung mit weiteren Ausdämpfungen der Baugruppen können diese zu explosionsgefährlichen, leichtentzündlichen Dampf-Luftgemischen führen.

Differenzierung und gesetzliche Regelungen

Luftgetragene Schadstoffe lassen sich prinzipiell nach Partikelgrößen unterteilen. 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. Sie 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. In den gesetzlichen Bestimmungen der TA Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) darf eine Gesamtstaub-Massenkonzentration inklusive Feinstaub von 20 mg/m³ vorliegen.

Luftschadstoffe erfassen und filtrieren

Um entstehende Luftschadstoffe zu beseitigen, reicht es nicht aus, für eine gute Be- und Entlüftung in der Fertigungsumgebung zu sorgen. Die Berufsgenossenschaft schreibt deshalb vor, Absaug- und Filtertechnik zu nutzen. Welche Absaug- und Filtersysteme sich eignen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel die Schadstoffart und -menge und ob die Systeme in automatisierten, teilautomatisierten oder manuellen Fertigungen eingesetzt werden. Damit die Absauganlagen die Luft effektiv reinigen, müssen sie sich nahe an der Emissionsquelle der Luftschadstoffe befinden – je näher, desto besser –, einerseits um den Großteil aller Partikel zu erfassen, bevor sie in die Umgebungsluft gelangen oder sich in Anlagen und auf Produkten absetzen, andererseits um den ökonomischen Aufwand zu minimieren. Je größer der Abstand zwischen Emissionsquelle und dem Erfassungselement, umso höher ist der Energieverbrauch. Bei Erfassungselementen handelt es sich um Endstücke auf Absaugarmen, die dafür sorgen, dass die Emissionen optimal aufgenommen werden. Je nach Schadstoffmenge und -art und 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 der Menge der verbleibenden Schadstoffreste in der rückgeführten Luft resultiert.