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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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 22 18.01.2004 18.01.2004
Inhalt :Inhalt :
• Gesetzgebung in Europa (RoHS)
• Umsetzung der RoHS in der Praxis
• Metalle
• Kunststoffe
• Elektronische Baugruppen
•Lötmittel
•Prozesse
•Bauelemente
•RoHS konformer Artikelstamm
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 33 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 44 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 55 18.01.2004 18.01.2004
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
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 66 18.01.2004 18.01.2004
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
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 77 18.01.2004 18.01.2004
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 %
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 88 18.01.2004 18.01.2004
Umsetzung der RoHS in der Praxis:
RoHS-Analyse: MAINFRAME (Funktionsgenerator)
Wie wird die RoHS Konformität sichergestellt ?
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 99 18.01.2004 18.01.2004
Flachbaugruppe
Selektiv lackiert
Metallgehäuse
FlachbaugruppeKunststoffteile
Komponenten des Mainframes
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1010 18.01.2004 18.01.2004
RoHS2002/95/EC
Kunststoffe namhafter Hersteller (Bayer, BASF)
sind PBB- und PBDE- frei
verfügbar
Kunststoffteile Flammhemmer ?
Komponenten des Mainframes
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1111 18.01.2004 18.01.2004
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
Komponenten des Mainframes
RoHS2002/95/EC
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1212 18.01.2004 18.01.2004
Leiterplatte
Bauelemente
Lötprozesse
Schutzbe-schichtung
LotpasteFlußmittel
Lot
Komponenten des Mainframes
Elektronische Flachbaugruppe:
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1313 18.01.2004 18.01.2004
Schutzlackierung
Bei Zollner eingesetzte Peters -Lacke entsprechen
der RoHS-Richtlinie
RoHS2002/95/EC
Lackierung
Elektronische Flachbaugruppe:
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Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1414 18.01.2004 18.01.2004
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
Elektronische Flachbaugruppe:
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1515 18.01.2004 18.01.2004
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
Elektronische Flachbaugruppe:
Zinn-Zink-Systeme
Zinn-Silber-Kupfer
Systeme
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1616 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1717 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1818 18.01.2004 18.01.2004
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::
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 1919 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2020 18.01.2004 18.01.2004
Beispiel eines Lötprofils mit Doppelwelle (260°C)Beispiel eines Lötprofils mit Doppelwelle (260°C) Lötprozesse
WellenlötprozessWellenlötprozess::
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2121 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2222 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2323 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2424 18.01.2004 18.01.2004
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
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2525 18.01.2004 18.01.2004
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
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2626 18.01.2004 18.01.2004
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)
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Wellen-
lötprofil
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2727 18.01.2004 18.01.2004
Start der Anfrage : August 2003
Dezember 2003 -->29,2 % Rückantworten
(innerhalb 4 Monate!)
Anfragen gesamt : 1000
292708
Anfragen offen
Rückantworterhalten
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2828 18.01.2004 18.01.2004
Antworten:
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 2929 18.01.2004 18.01.2004
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Antworten:
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3030 18.01.2004 18.01.2004
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Lötwärmebeständigkeit SMT gesamt
Datenblatt30%
230°C1%
255°C28%
260°C31%
265°C10%
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3131 18.01.2004 18.01.2004
Lötwärmebeständigkeit THT gesamt
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
260°C58%
275°C3%
265°C38%
280°C1%
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3232 18.01.2004 18.01.2004
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
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3333 18.01.2004 18.01.2004
Datenblatt: 16%
RoHS-Konform /Lötwärmebeständig: 37%
Lötwärmebeständig: 47%
Anfrage Bauelemente bei den Lieferanten
Gesamtübersicht RoHS-Abfrage:Stand Dezember 03
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3434 18.01.2004 18.01.2004
Leiterplatte
Bauelemente
Lötprozesse
Schutzbe-schichtung
LotpasteFlußmittel
Lot
Komponenten des Mainframes
Elektronische Flachbaugruppe: RoHS -konform ?
RoHS2002/95/EC
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3535 18.01.2004 18.01.2004
Mainframe
Chassis
Frontblende
Flachbaugruppe 2
Bauelemente
Komponenten des Mainframes
Einführung bleifreier (Einführung bleifreier (RoHS RoHS konformer) Produktekonformer) Produkte
Ulrich Ulrich Niklas Niklas Zollner Elektronik AGZollner Elektronik AG 3636 18.01.2004 18.01.2004
Umsetzung der RoHS in der Praxis :
RoHS2002/95/EC
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