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Dienstag, 19 Mai 2020 07:00

Fotoinitiator mit SVHC-Einstufung – Herausforderung für die Leiterplattenfertigung

von Peter Heuser
Geschätzte Lesezeit: 3 - 5 Minuten
Auch Sonderfarbtöne sind Initiator 907-frei möglich Auch Sonderfarbtöne sind Initiator 907-frei möglich

Die Fotoinitiatoren Typ 907 und Typ 369, die weltweit in Lötstopplacken für die Strukturierung von Leiterplatten verwendet werden, stehen wegen ihrer teils besorgniserregenden Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt auf der SVHC-Liste (Substances of Very High Concern). Peters hat Lötstopplacke entwickelt, die frei von diesen Fotoinitiatoren sind und sich auch hervorragend für die Direktbelichtung mit LED oder Laser-Lichtquellen eignen.

Nahezu alle fotostrukturierbaren Lötstopplacke verwenden Fotoinitiatoren in ihrer Rezeptur. Ihre Aufgabe ist es, bei der Bestrahlung mit UV-Licht die radikalische Polymerisation zu initiieren. Zu diesem Zweck wird weltweit ein Fotoinitiator mit der chemischen Bezeichnung 2-Methyl-1-[(4-methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-on (CAS 71868-10-5), vereinfachend auch als Fotoinitiator 907 bezeichnet, zumeist in Kombination mit anderen Fotoinitiatoren eingesetzt. Er lässt sich aufgrund seines charakteristischen Geruchs recht einfach unter Einwirkung von Wärme wahrnehmen, wie sie zum Beispiel beim Aushärten eines Lötstopplackes oder beim Reflow-Löten entsteht.

2-Methyl-1-[(4-methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-on2-Methyl-1-[(4-methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-onBereits im Jahre 2012 wurde der Fotoinitiator 907 zunächst durch die Industrie auf freiwilliger Basis, später auch von der Europäischen Chemikalienbehörde ECHA (European Chemical Agency) mit der 10. Anpassung an den technischen Fortschritt im Jahre 2017 rechtsverbindlich als reproduktionstoxischer Stoff der Kategorie 1B eingestuft. Infolgedessen wurden Lötstopplacke in Abhängigkeit von der Konzentration nach der damals geltenden Gefahrstoffrichtlinie 1999/45/EG mit dem Totenkopfsymbol gekennzeichnet. Zu jener Zeit hielt man bei Peters verstärkt nach Alternativen Ausschau, um schon bald Lötstopplacke vorstellen zu können, die ohne den Fotoinitiator 907 auskommen.

Seit Januar 2020 ist dieser sowie ein weiterer Fotoinitiator in Bezug auf die Gefahrstoffkennzeichnung erneut in den Fokus gerückt. Die ECHA hat den Fotoinitiator 907 ebenso wie den Fotoinitiator 369 mit der chemischen Bezeichnung 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanon-1 (CAS 119313-12-1), zur Kandidatenliste der besonders besorgniserregenden Stoffe (SVHC, Substances of Very High Concern) hinzugefügt.

Stoffe auf der SVHC-Kandidatenliste gelten als besorgniserregend, weil sie

  • kanzerogen, mutagen oder reproduktionstoxisch
  • persistent, bioakkumulierend und toxisch oder
  • sehr persistent und sehr bioakkumulierend sind oder
  • wahrscheinlich schwerwiegende Einflüsse auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt haben (als hormonähnliche Stoffe). 
Damit ist ein Prozess eingeleitet, der nach weiterer Bewertung in die Aufnahme dieser Stoffe in ,Anhang XIV Liste der zulassungspflichtigen Stoffe‘ der REACh-Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACh = Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) mündet.

Nach ihrer Aufnahme in Anhang XIV, also die Liste der zulassungspflichtigen Stoffe, unterliegen diese Stoffe der Zulassungspflicht und sind damit nur für bestimmte Anwendungen befristet zugelassen; eine Verwendung ist bis zu einem ‚Sunset date‘ bzw. Ablauftermin zulässig. Zulassungsanträge sind spätestens 18 Monate vor Ablauf der Übergangsfrist einzureichen.

2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanon-12-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanon-1Die Fotoinitiatoren 907 und auch 369 waren und sind zurzeit weltweit noch die meist verwendeten Fotoinitiatoren in fotostrukturierbaren Lötstopplacken. Ihre Einstufung als SVHC stellt die Leiterplattenhersteller vor die Herausforderung einer Umstellung auf fotostrukturierbare Lötstopplacke mit alternativen Fotoinitiatoren.

Die bei der Belichtung des Lötstopplackes eingeleitete Polymerisation verläuft nicht vollständig; hier können auch zusätzliche UV-Bestrahlungen (‚UV-Bumps‘) nichts bewirken. Infolgedessen ist in den Trocknungs- und Härtungsöfen Kondensat mit den Fotoinitiatoren, teilweise in Form von weißem Pulver oder Nadeln, zu finden. Darüber hinaus lässt sich beim AVT-Prozess in Reflow-Lötanlagen eindeutig Fotoinitiator 907 identifizieren.

Es ist möglich, ohne Einbußen bei der Leistungsfähigkeit komplett auf diese zwei erwähnten Fotoinitiatoren und insbesondere auf Typ 907 zu verzichten. Schon kurz nach Bekanntgabe der neuen Einstufung hat Peters Lötstopplacke entwickelt, die frei von Typ 907 und Typ 369 sind. Seit mehreren Jahren stehen nun derartige Elpemer-Lötstopplacke von Peters zur Verfügung, die sich ebenfalls hervorragend für die Direktbelichtung mit LED oder Laser-Lichtquellen eignen. Viele Leiterplattenhersteller setzen diese Produkte inzwischen erfolgreich ein. Da die ECHA den Typ 907 nun in die SVHC-Kandidatenliste aufgenommen hat, nimmt die Diskussion um Ersatzstoffe wieder an Fahrt auf. Somit zahlt es sich aus, dass frühzeitig Alternativen entwickelt wurden, für die heute bereits eine breite Praxiserfahrung vorliegt. Auch mit den neuen Lötstopplacken ohne Fotoinitiator Typ 907 und 365 können Abbildegenauigkeiten von bis zu 50 µm erzielt werden.

Wichtig war es für Peters, dass sowohl eine Produktreihe für die klassische Kontaktbelichtung als auch eine Produktreihe für die Direktbelichtung verfügbar sind, die beide ohne die Fotoinitiatoren 907 und 369 auskommen. Mit den Elpemer-Editionen 733 und 766 ist das erreicht. Abgedeckt werden alle gängigen Beschichtungsverfahren.
 
Die Editionen 733 und 766 erfüllen unter anderem die aktuellen und anspruchsvollen Anforderungen aus dem Automotive-Bereich; sie erreichen ausgezeichnete Isolationswerte unter Feuchtigkeit selbst nach Temperaturdauerlagerung bei 175 °C und weisen eine sehr hohe Elastizität und Haftfestigkeit ohne Rissbildung nach Temperturschocktests auf. Die beiden Editionen stehen für
  • hohe Dauertemperatur- und Temperaturschock-beständigkeit bis 175 °C
  • temperaturkritische Hochstromanwendungen
  • eine ausgezeichnete Feuchteisolationsbeständigkeit (SIR) bei 1000 V und 
  • feinste Strukturen durch Direktbelichtung und Kontaktbelichtung. 
Auch fotostrukturierbare Lötstopplacke in Bunt- oder Sonderfarbtönen wie rot, blau, schwarz und temperaturstabilem Weiß stehen in Initiator 907-freien Varianten zur Verfügung.

Beispiel Auflösevermögen Elpemer Edition 766Beispiel Auflösevermögen Elpemer Edition 766

Durch die aktuelle Diskussion werden Elektronikhersteller und Bestücker sensibilisiert, und Leiterplattenhersteller, die schon frühzeitig den Wechsel auf Typ 907-freie Lötstopplacke vollzogen haben, können nun entspannt auf die vermehrt eingehenden Anfragen ihrer Kunden reagieren.

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