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Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte

Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 11 18.01.2004 18.01.2004

Einführung bleifreierEinführung bleifreier((RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte

Ulrich Ulrich NiklasNiklasBereichsleiter Bereichsleiter ProduktionsProduktions-und Prüftechnologie-und Prüftechnologie

Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AGIndustriestrIndustriestr. 2-14, D-93499 Zandt. 2-14, D-93499 Zandt

E-E-mailmail: : ulrichulrich__niklasniklas@@zollnerzollner.de.de

7. Europäischer7. Europäischer Elektroniktechnologie-Kolleg Elektroniktechnologie-Kolleg



Inhalt :Inhalt :

• Gesetzgebung in Europa (RoHS)

• Umsetzung der RoHS in der Praxis

• Metalle

• Kunststoffe

• Elektronische Baugruppen

•Lötmittel

•Prozesse

•Bauelemente

•RoHS konformer Artikelstamm



Gesetzgebung in Europa : Gesetzgebung in Europa : RoHSRoHS

RoHS :Restriction of Hazardous Substances

Verbot von Blei, Quecksilber, Cadmium, sechswertigem Chrom, polybromiertem Biphenyl (PBB) und polybromiertem Diphenylether (PBDE) für Elektro- und Elektronikgeräte

Diese Richtlinie gilt für alle Elektro und Elektronikgeräte, die für denBetrieb mit Wechselstrom von max. 1000 V bzw. Gleichstrom von max.1500 V ausgelegt sind.

Diese Richtlinie betrifft:

•jeden Hersteller, der Elektro- und Elektronikgeräte unter seinem Markennamen herstellt und verkauft,•Importeure, die gewerblich Elektro- und Elektronikgeräte in die EU einführen



Gesetzgebung in Europa :Gesetzgebung in Europa :ZeitschieneZeitschiene

Veröffentlichungder RoHS imAmtsblatt der EU

Nationale Gesetzgebungfür die RoHS

Inkrafttreten der RoHS (u.a.Bleiverbot für alleElektro- und Elektronikgeräte



1. Haushaltsgroßgeräte (Kühlschränke, Waschmaschinen)2. Haushaltskleingeräte (Staubsauger, Bügeleisen)3. IT- und Telekommunikationsgeräte (Großrechner, PC´s, Telefone)4. Geräte der Unterhaltungselektronik (Fernsehgeräte, Videokameras)5. Beleuchtungskörper (Leuchtstofflampen)6. Elektrische und elektronische Werkzeuge (mit Ausnahme ortsfester, industrieller

Großwerkzeuge)(Bohrmaschinen, Schweiß- und Lötwerkzeuge)

7. Spielzeug sowie Sport- und Freizeitgeräte (Spielautomaten)8. Medizinische Geräte ( Ausnahme aller implantierten und infizierten Produkte)9. Überwachungs- und Kontrollinstrumente von Industrieanlagen (z.B. in

Bedienpulten)10. Automatische Ausgabegeräte (Geldautomaten, Geräte zur automatischen

Abgabe von Produkten)

Gerätekategorien gemäß Richtlinie 2002/96/EG..(WEEE)Vom 27.Januar 2003

über Elektro- und Elektronik-Altgeräte



Ausnahmen der RoHS

1. Medizinische Geräte und Kontrollinstrumente (Kategorie 8 und 9 )2. Blei in Lötmitteln mit hohem Schmelzpunkt (d.h. Zinn-Blei- Lötlegierungen mit mehr als 85% Blei)3. Blei in Lötmitteln für Server, Speichersysteme und Storage-Array- Systeme (Freistellung bis 2010)4. Blei in Lötmitteln für Netzinfrastrukturausrüstungen für Vermittlung, Signalverarbeitung, Übertragung und Netzmanagement im Telekommunikationsbereich5. Blei in keramischen Elektronikbauteilen (z.B. piezoelektronische Bauteile)6. Blei im Glas von Kathodenstrahlröhren7. Ersatzteile für Reparaturen8. Automotive Produkte, Militär, Luftfahrt



Grenzwerte der in der RoHS verbotenen Stoffe :

Blei :

Quecksilber :

Cadmium:

Cr VI :

PBB, PBDE :

Grenzwerte sind bisher nicht festgelegt worden!

Bezugsgrößen sind nicht definiert :

eingesetzter Stoff (z.B. Lot), Bauelement, Baugruppe

0,1 %

Angaben inGewichtsprozent

0,1 %

0,01 %

0,1 %

0,1 %



Umsetzung der RoHS in der Praxis:

RoHS-Analyse: MAINFRAME (Funktionsgenerator)

Wie wird die RoHS Konformität sichergestellt ?



Flachbaugruppe

Selektiv lackiert

Metallgehäuse

FlachbaugruppeKunststoffteile

Komponenten des Mainframes



RoHS2002/95/EC

Kunststoffe namhafter Hersteller (Bayer, BASF)

sind PBB- und PBDE- frei

verfügbar

Kunststoffteile Flammhemmer ?




Metallteile : Gehäuse, Schrauben etc.Chrom(VI) Gehalt von Passivierungenpro cm²:

Blaupassivierungen :

<0,02 µg

Gelbchromatierungen:

5-15µg

Schwarz- und Olivchromatierungen:

10-50µg

Möglichkeiten:

-Wechsel der Stahlbleche auf Cr +6 arme Oberflächen

-Austausch der Galvanikbäder

-Muster sind möglich, aber derzeit keine Großserienfertigung


RoHS2002/95/EC



Leiterplatte

Bauelemente

Lötprozesse

Schutzbe-schichtung

LotpasteFlußmittel

Lot


Elektronische Flachbaugruppe:



Schutzlackierung

Bei Zollner eingesetzte Peters -Lacke entsprechen

der RoHS-Richtlinie

RoHS2002/95/EC

Lackierung




Leiterplatten (bleifreie Leiterplatten (bleifreie LeiterplattenoberflächenLeiterplattenoberflächen) :) :

Derzeit FR4 (Standard),Alternativen (halogenarm, höherer Tg ) sind möglich

Leiterplatten (Leiterplatten (RoHS RoHS konforme Basismaterialien) :konforme Basismaterialien) :

chem. Ni/Au (chemisch Nickel Gold)Alternativen sind möglich :chem. Sn (chemisch Zinn)OSP (Organische Passivierung)Hal bleifrei (SnCuNi)chem. Ag, (chemisch Silber)

Eignung für höhere Prozesstemperaturen

RoHS-Konformität

Leiterplatte




230225220215210205200190185180

TempTemp..°C°C

Schmelzpunkt / Schmelzpunkt / LiquidusLiquidus

227°C Sn99,3 Cu0,7 (Reflow) + Welle 227°C Sn99,2 Cu 0,7 Ni 0,1 (Reflow) + Welle

183°C Sn63 Pb37 Reflow + Welle

179°C Sn62 Pb36 Ag2 Reflow

BisherigeZinn-Blei

Welt

Lotpaste, Lot

Zinn-Silber-Systeme

Zinn-Kupfer-Systeme

198,5°C Sn91Zn9 (Reflow) +(Welle)

221°C Sn96,5 Ag3,5 Reflow + Welle

217°C Sn Ag 3,0-4,0 Cu 0,3-0,7Reflow + Welle217°C Sn95,5 Ag3,8 Cu0,7

Lote


Zinn-Zink-Systeme

Zinn-Silber-Kupfer

Systeme



Lötprozesse

ReflowReflow--LötprozessLötprozess : :• höhere Temperaturen nötig : evtl. Delta T kritisch !

•Für Standard-Baugruppen --> Rehm V8 im Einsatz

• Massereiche Leiterplatten oder temperaturkritische Bauelemente Vapourphaselöten

TEST :TEST :• AOI (Automatische Optische Inspektion) : Viscom S6055 Anpassung der Prüfprogramme nötig

• Röntgen, 5 DX : Anpassung der Prüfprogramme nötig



ReflowlötenReflowlöten : : ReflowprofileReflowprofile für bleifrei für bleifrei

Max. Temperaturen Vorheizung : Zeit über Liquidus (z.B. 217°C) 235°C - 260°C 150°C - 180°C 30-70 sec.

30 - 120 sec. Max. 3 K/sec. Temperaturanstieg, Prozesszeit : 5 - 6 min.

Lötprozesse



Lötprozesse

Fluxbereich

Transportgeschwindigkeit: 1m/min

Auftragsmenge Flußmittel: 10ml/min

VorheizbereichTransportgeschwindigkeit: 1m/minVorheiztemperatur Baueilseite : 140°C

Zusätzlich:

-Einsatz der Doppelwelle

-Restsauerstoff < 20ppm

Löten :Transportgeschwindigkeit: 1m/min

Lotbadtemperaturen : 260°C

Lötwinkel: 7° oder 9°

MWS 2340 (Seho)

WellenlötprozessWellenlötprozess::



Lötprozesse

WellenlötprozessWellenlötprozess:: Flußmittel: •Anpassung an höhere Vorheiztemperaturen nötig•Ablösen von Zinnoxiden (SnO) und Kupferoxiden (Cu2O)• Der Bleianteil der bisherigen Lote hat nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Oxidation des Zinns Lötprozess :

• höhere Vorheiztemperatur (120°C- 160°C)• Lotbadtemperatur min. 260°C• Optimierung für jede Leiterplatte erforderlich• Wellenkonfiguration bisher nicht optimal geeignet (evtl. andere Lötdüsen erforderlich)• Beschichtete Löttiegel erforderlich• Einsatz von N2 erforderlich



Beispiel eines Lötprofils mit Doppelwelle (260°C)Beispiel eines Lötprofils mit Doppelwelle (260°C) Lötprozesse

WellenlötprozessWellenlötprozess::



Lötprozesse

Selektivlötprozess:Selektivlötprozess:

• Bleifreie Lote sind im Selektivlötbereich praxisgerecht einsetzbar

• Eine Temperaturerhöhung ist nicht zwingend notwendig

• Auf jede einzelne Lötstelle kann individuell (selektiv) reagiert werden.

• Der Grad der Optimierung ist ein Maß für die Fehlerhäufigkeit.

• Technische Maßnahmen zu Brückenvermeidung sind notwendig

(z.B. Lötwelle schlagartig abschalten)

Individ.Flußmittel-

menge

Individ.Vorheiztemperatur

Lötrichtung +Geschwindigkeit X-Y-Z

Layout



Bauteil in Verwendung

UntersuchungBauelementeArtikelstamm

Nur Ersatzteilbedarf

Klärung-Kunde: Umstellung auf

Pb-freies Löten?

Nur für Pb-Prozess freigegeben

BE wird gesperrtAktivierung nur

durch Bauelementestelle

BE - Abfrage beim Lieferanten

KennzeichnungArtikelstamm

nein

ja

nein

ja

ja

Überprüfung Bauelemente Artikelstamm

nein

Bauelemente



RoHS-KonformeInhaltsstoffe

Anfrage

J-STD-020Bbzw. Profil

Wellen-lötprofil

Inhaltsstoffe-Deklarationz.B. IMDS

Alternativen Artikelevaluiereni.O.

Konformitäts-erklärung

KennzeichnungRoHS konform

Oberflächen-material

Feuchteempfind-lichkeit klären

i.O.ArtikelstammZollner i.O.

nein

nein

ja

Umstellungsdatum

Anpassungsdatum

janein

nein

i.O.

Anpassungsdatum

nein

ja

ja

ja

nein

Evtl. Redesign nötig !

Überprüfung BauelementeBauelemente



Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten

Anfrage verschiedener Lieferanten über insgesamt 1000 Bauelemente

Eigenschaften Bauelemente u.a.:

• Oberfläche der Bauelemente

• Lötwärmebeständigkeit Reflow

• Lötwärmebeständigkeit Welle

637

213

136

14

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2

SMT (85%) Bedrahtet (15%)

Aufteilung Bauelementespektrum

aktiv

passiv



Chart 3) Reflow profile

Conditions: Reflow profile like in chart 3)

Peak temperature max. ____________________ °C(to be filled in by manufacturer)

Tk over 250 °C max. ____________________ s(to be filled in by manufacturer)

Temperature gradient heating max. ____________________K/s(to be filled in by manufacturer)

Temperature gradient cooling max. ____________________K/s(to be filled in by manufacturer)

Reflow-

profil




Chart 4) Douple wave profile

Conditions: Douple wave profile like chart 4)

Peak temperature max. ____________________ °C(to be filled in by manufacturer)

Preheating PCB Top max. ____________________ °C(to be filled in by manufacturer)

Tk1 over 260 °C max. ____________________ s(to be filled in by manufacturer)

Tk2 over 260 °C max. ____________________ s(to be filled in by manufacturer)


Wellen-

lötprofil



Start der Anfrage : August 2003

Dezember 2003 -->29,2 % Rückantworten

(innerhalb 4 Monate!)

Anfragen gesamt : 1000

292708

Anfragen offen

Rückantworterhalten




Antworten:





Lötwärmebeständigkeit SMT gesamt

Datenblatt30%

230°C1%

255°C28%

260°C31%

265°C10%



Lötwärmebeständigkeit THT gesamt


260°C58%

275°C3%

265°C38%

280°C1%



Nummer des Anfragefiles: Anfragedatum: 16.06.2003

Zollner

Pb Cd Hg CrVI PBB PBDEKERKO 100N 50V 10% X7R RM5 AVX* SR215C104KAATR X 0,40% 0 0 0 0,30% 0KERKO 220N 50V 10% X7R RM5 AVX* SR305C224KAATR X 0,56% 0 0 0 0,30% 0KERKO 100P 50V 5% COG RM5 AVX* SR215A101JAATR X 0,40% 0 0 0 0,30% 0KERKO 0603 4N7 50V 10% X7R AVX 06035C472KAT.. XKERKO 0805 100N 50V 10% X7R AVX 08055C104KAT.. X

*Product will be RoHS compliant by 31/12/03

Artikelbez.JA NEIN

Nur ausfüllen, wenn nicht EU-Konform

Verbotstoff

Hersteller AVX

Name Zollner

Bezeichnung

EU-Konform

Abfrage der Inhaltsstoffe:

Auszug aus der Zollner internen Datenbank




Datenblatt: 16%

RoHS-Konform /Lötwärmebeständig: 37%

Lötwärmebeständig: 47%


Gesamtübersicht RoHS-Abfrage:Stand Dezember 03



Leiterplatte

Bauelemente

Lötprozesse

Schutzbe-schichtung

LotpasteFlußmittel

Lot


Elektronische Flachbaugruppe: RoHS -konform ?

RoHS2002/95/EC



Mainframe

Chassis

Frontblende

Flachbaugruppe 2

Bauelemente




Umsetzung der RoHS in der Praxis :

RoHS2002/95/EC

Wo befinden SIE sich auf dem Weg zur RoHS-Konformität?

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