Umwelt- und Gesundheitsfragen

Samstag, April 02 2011 19: 07

Umwelt- und Gesundheitsfragen

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Branchenübersicht

Die Elektronikindustrie gilt im Vergleich zu anderen Branchen als „sauber“ in Bezug auf ihre Umweltauswirkungen. Nichtsdestotrotz verursachen die bei der Herstellung elektronischer Teile und Komponenten verwendeten Chemikalien und der erzeugte Abfall erhebliche Umweltprobleme, die aufgrund der Größe der Elektronikindustrie auf globaler Ebene angegangen werden müssen. Die Abfälle und Nebenprodukte, die aus der Herstellung von Leiterplatten (PWBs), Leiterplatten (PCBs) und Halbleitern stammen, sind Interessengebiete, die die Elektronikindustrie in Bezug auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung, die Behandlungstechnologie und die Recycling-/Rückgewinnungstechniken energisch verfolgt hat .

Der Anreiz, den ökologischen Fußabdruck elektronischer Prozesse zu kontrollieren, hat sich zu einem großen Teil von einem ökologischen Impuls in einen finanziellen Bereich verlagert. Aufgrund der mit gefährlichen Abfällen und Emissionen verbundenen Kosten und Verbindlichkeiten hat die Elektronikindustrie aggressiv Umweltkontrollen eingeführt und entwickelt, die die Auswirkungen ihrer Nebenprodukte und Abfälle stark reduziert haben. Darüber hinaus hat die Elektronikindustrie einen proaktiven Ansatz gewählt, um Umweltziele, -werkzeuge und -techniken in ihre umweltbewussten Unternehmen zu integrieren. Beispiele für diesen proaktiven Ansatz sind der Ausstieg aus FCKW und perfluorierten Verbindungen und die Entwicklung „umweltfreundlicher“ Alternativen sowie der aufkommende „Design for the Environment“-Ansatz für die Produktentwicklung.

Die Herstellung von PWBs, PCBs und Halbleitern erfordert den Einsatz einer Vielzahl von Chemikalien, spezialisierten Herstellungstechniken und Ausrüstungen. Aufgrund der Gefahren, die mit diesen Herstellungsprozessen verbunden sind, ist die ordnungsgemäße Handhabung chemischer Nebenprodukte, Abfälle und Emissionen unerlässlich, um die Sicherheit der Mitarbeiter der Branche und den Schutz der Umwelt in den Gemeinden, in denen sie leben, zu gewährleisten.

Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 geben einen Überblick über die wichtigsten Nebenprodukte und Abfälle, die bei der Herstellung von PWBs, PCBs und Halbleitern anfallen. Darüber hinaus zeigen die Tabellen die wichtigsten Arten von Umweltauswirkungen und die allgemein anerkannten Mittel zur Minderung und Kontrolle des Abfallstroms. Die anfallenden Abfälle belasten in erster Linie Industrieabwässer oder die Luft oder werden zu festen Abfällen.

Tabelle 1. PWB-Abfallerzeugung und Kontrollen

Prozessschritte	Gefährlich Rohstoffe verschwenden	Umwelt Einfluss auf	Steuergriffe¹
Werkstoff Vorbereitung	Keine	Keine	Keine
Stapeln und feststecken	Schwer-/Edelmetalle Epoxid/Fiberglas	Feste Abfälle² Feste Abfälle²	Recyceln/wiederverwerten Recyceln/wiederverwerten
Bohren	Schwer-/Edelmetalle Epoxid/Fiberglas	Feste Abfälle² Feste Abfälle²	Recyceln/wiederverwerten Recyceln/wiederverwerten
Entgraten	Schwer-/Edelmetalle Epoxid/Fiberglas	Feste Abfälle² Feste Abfälle²	Recyceln/wiederverwerten Recyceln/wiederverwerten
Stromlos Verkupferung	Metallindustrie Ätzende/ätzende Stoffe Fluoride	Abwasser Abwasser/Luft Abwasser	Chemische Fällung pH-Neutralisierung/Luftwäsche (Absorption) Chemische Neutralisierung
Imaging	Lösungsmittel Korrosiven Lösungsmittel	Air Air Feste Abfälle²	Adsorption, Kondensation bzw Verbrennung Luftwäsche (Absorption) Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
Musterplattierung	Korrosiven Metallindustrie Fluoride	Abwasser/Luft Abwasser Abwasser	pH-Neutralisierung/Luftwäsche (Absorption) Chemische Fällung Chemische Fällung
Strippen, ätzen, strippen	Ammoniak Metallindustrie Lösungsmittel	Air Abwasser Feste Abfälle²	Luftwäsche (Adsorption) Chemische Fällung Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
Lötmaske	Korrosiven Lösungsmittel Lösungsmittel/Epoxidfarben	Air Air Feste Abfälle²	Luftwäsche (Adsorption) Adsorption, Kondensation, bzw Verbrennung Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung
Lötbeschichtung	Lösungsmittel Korrosiven Blei-/Zinnlot, Flussmittel	Air Air Feste Abfälle²	Adsorption, Kondensation bzw Verbrennung Luftwäsche (Adsorption) Recyceln/wiederverwerten
Vergoldung	Korrosiven Korrosiven Metallindustrie Metallindustrie	Air Abwasser Abwasser Feste Abfälle²	Luftwäsche (Adsorption) pH-Neutralisierung Chemische Fällung Recyceln/wiederverwerten
Komponente Legende	Lösungsmittel Lösungsmittel/Tinten	Air Feste Abfälle²	Adsorptionskondensation bzw Verbrennung Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung

1. Die Verwendung von Minderungskontrollen hängt von den Einleitungsgrenzen am jeweiligen Standort ab.

2. Ein fester Abfall ist jedes entsorgte Material, unabhängig von seinem Zustand.

Tabelle 2. PCB-Abfallerzeugung und Kontrollen

Prozessschritte	Gefährlich Rohstoffe verschwenden	Umwelt Einfluss auf	Steuergriffe
Reinigung	Metalle (Blei)	Abwasser	pH-Neutralisierung, chemisch Niederschlag, Blei recyceln
Lötpaste	Lotpaste (Blei/Zinn)	Feste Abfälle	Recyceln/wiederverwerten
Klebstoff Anwendung	Epoxidkleber	Feste Abfälle	Verbrennung
Komponente Einfügen			Bänder, Rollen und Schläuche aus Kunststoff werden recycelt/wiederverwendet
Klebstoff aushärten u Lötrückfluss
Flussmittel	Lösungsmittel (IPA-Flussmittel)	Feste Abfälle	Recycling:
Wellenlöten	Metall (Lötschlacke)	Feste Abfälle	Recyceln/wiederverwerten
Inspektion und Ausbesserung	Metall (Abschnitte der Zuleitungsdrähte)	Feste Abfälle	Recyceln/wiederverwerten
Testen	Verschrottet besiedelt Bretter	Feste Abfälle	Recyceln/wiederverwerten (Bretter für Edelmetall geschmolzen Metallrückgewinnung)
Nacharbeiten u Behebung	Metall (Lötschlacke)	Feste Abfälle	Recyceln/wiederverwerten
Unterstützung Operationen – Schablone Reinigung	Metall (Blei/Zinn/Lotpaste)	Feste Abfälle	Recycling/Verbrennung

Tabelle 3. Abfallerzeugung und Kontrollen bei der Halbleiterherstellung

Prozessschritte	Gefährlich Rohstoffe verschwenden	Umwelt Einfluss auf	Steuergriffe
Lithografie/Radierung	Lösungsmittel Metallindustrie Ätzende/ätzende Stoffe Korrosiven Schwefelsäure Fluoride	Feste Abfälle Abwasser Abwasser Air Feste Abfälle Abwasser	Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung Chemische Fällung pH-Neutralisierung Luftwäsche (Absorption) Recyceln/wiederverwerten Chemische Fällung
Oxidation	Lösungsmittel Korrosiven	Feste Abfälle Abwasser	Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung pH-Neutralisierung
Doping	Giftgas (Arsenwasserstoff, Phosphin, Diboran, Bortrifluorid, Bortrichlorid usw.) Metalle (Arsen, Phosphor, Bor)	Air Feste Abfälle	Ersatz durch Flüssigkeit Quellen/Verbrennung (Nachbrenner) Recyceln/wiederverwerten
Chemische Gasphasenabscheidung	Metallindustrie Korrosiven	Feste Abfälle Abwasser	Verbrennung pH-Neutralisierung
Metallisierung	Lösungsmittel Metallindustrie	Feste Abfälle Feste Abfälle	Verbrennung Recyceln/wiederverwerten
Montage und Prüfung	Lösungsmittel Metallindustrie	Feste Abfälle Feste Abfälle	Recycling/Rückgewinnung/Verbrennung Recyceln/wiederverwerten
Reinigung	Korrosiven Fluoride	Abwasser Abwasser	pH-Neutralisierung Chemische Fällung

Die folgenden sind allgemein anerkannte Mittel zur Minderung von Emissionen in der PWB-, PCB- und Halbleiterindustrie. Die gewählten Kontrollen variieren je nach technischen Fähigkeiten, Anforderungen der Regulierungsbehörde und den spezifischen Bestandteilen/Konzentrationen des Abfallstroms.

Abwasserkontrolle

Chemische Fällung

Chemische Ausfällung wird im Allgemeinen bei der Entfernung von teilchenförmigen oder löslichen Metallen aus Abwässern verwendet. Da Metalle nicht natürlich abgebaut werden und in geringen Konzentrationen giftig sind, ist ihre Entfernung aus Industrieabwässern unerlässlich. Metalle können chemisch aus dem Abwasser entfernt werden, da sie in Wasser nicht sehr löslich sind; ihre Löslichkeiten hängen vom pH-Wert, der Metallkonzentration, der Art des Metalls und der Anwesenheit anderer Ionen ab. Typischerweise erfordert der Abfallstrom eine pH-Einstellung auf das richtige Niveau, um das Metall auszufällen. Die Zugabe von Chemikalien zum Abwasser ist erforderlich, um den physikalischen Zustand von gelösten und suspendierten Feststoffen zu verändern. Üblicherweise werden Kalk-, Ätz- und Sulfidfällungsmittel verwendet. Die Fällungsmittel erleichtern die Entfernung von gelösten und suspendierten Metallen durch Koagulation, Sedimentation oder Einschluss in einem Niederschlag.

Eine Folge der chemischen Fällung von Abwasser ist die Ansammlung von Schlamm. Daher wurden Entwässerungsverfahren entwickelt, um das Schlammgewicht mittels Zentrifugen, Filterpressen, Filtern oder Trockenbetten zu reduzieren. Der resultierende entwässerte Schlamm kann dann der Verbrennung oder Deponie zugeführt werden.

pH-Neutralisierung

Der pH-Wert (die Wasserstoffionenkonzentration oder Acidität) ist ein wichtiger Qualitätsparameter in Industrieabwässern. Aufgrund der nachteiligen Auswirkungen von pH-Extremen in natürlichen Gewässern und auf Kläranlagen muss der pH-Wert von Industrieabwässern vor dem Ablassen aus der Produktionsanlage angepasst werden. Die Behandlung erfolgt in einer Reihe von Tanks, die auf die Wasserstoffionenkonzentration des Abwassers überwacht werden. Typischerweise werden Salz- oder Schwefelsäure als neutralisierende Ätzmittel verwendet, und Natriumhydroxid wird als neutralisierendes Ätzmittel verwendet. Das Neutralisationsmittel wird in den Abwasserablauf dosiert, um den pH-Wert des Ablaufs auf den gewünschten Wert einzustellen.

Vor der Anwendung anderer Abwasserbehandlungsverfahren ist häufig eine Einstellung des pH-Werts erforderlich. Solche Prozesse umfassen chemische Fällung, Oxidation/Reduktion, Aktivkohlesorption, Strippen und Ionenaustausch.

Abfallkontrolle

Materialien sind ein fester Abfall, wenn sie aufgegeben oder durch Entsorgung entsorgt werden; verbrannt oder eingeäschert; oder angesammelt, gelagert oder behandelt werden, bevor oder anstatt sie aufzugeben (US Code of Federal Regulation 40, Abschnitt 261.2). Gefährliche Abfälle weisen im Allgemeinen eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: Entzündlichkeit, Korrosivität, Reaktivität, Toxizität. Je nach Beschaffenheit des Gefahrstoffs/Abfalls werden verschiedene Mittel zur Kontrolle des Stoffes eingesetzt. Die Verbrennung ist eine gängige Behandlungsalternative für Lösungsmittel- und Metallabfälle, die bei der PWB-, PCB- und Halbleiterherstellung anfallen.

Verbrennung

Verbrennung (Nachbrenner) oder thermische Zerstörung ist eine beliebte Option im Umgang mit brennbaren und giftigen Abfällen geworden. In vielen Fällen werden zündfähige Abfälle (Lösungsmittel) als Brennstoffquelle (Brennstoffmischung) für thermische und katalytische Verbrennungsanlagen verwendet. Die ordnungsgemäße Verbrennung von Lösungsmitteln und giftigen Abfällen sorgt für eine vollständige Oxidation des Brennstoffs und wandelt brennbares Material in Kohlendioxid, Wasser und Asche um, wodurch keine Haftung im Zusammenhang mit gefährlichen Restabfällen entsteht. Die gängigen Verbrennungsarten sind thermische und katalytische Verbrennungsanlagen. Die Auswahl der Art des Verbrennungsverfahrens hängt von der Verbrennungstemperatur, den Brennstoffeigenschaften und der Verweilzeit ab. Thermische Verbrennungsöfen arbeiten bei hohen Temperaturen und werden häufig mit halogenierten Verbindungen verwendet. Arten von thermischen Verbrennungsanlagen umfassen Drehrohröfen, Flüssigkeitsinjektions-, Festherd-, Wirbelbett- und andere Verbrennungsanlagen mit fortschrittlichem Design.

Katalytische Verbrennungsöfen oxidieren brennbare Materialien (z. B. VOCs) durch Einspritzen eines erhitzten Gasstroms durch ein Katalysatorbett. Das Katalysatorbett maximiert die Oberfläche, und durch Einspritzen eines erhitzten Gasstroms in das Katalysatorbett kann die Verbrennung bei einer niedrigeren Temperatur als bei der thermischen Verbrennung stattfinden.

Luftemissionen

Die Verbrennung wird auch zur Kontrolle von Luftemissionen verwendet. Absorption und Adsorption werden ebenfalls verwendet.

Absorption

Luftabsorption wird typischerweise beim Waschen von korrosiven Luftemissionen verwendet, indem die Verunreinigung durchgeleitet und in einer nichtflüchtigen Flüssigkeit (z. B. Wasser) gelöst wird. Das Abwasser aus dem Absorptionsverfahren wird typischerweise in ein Abwasserbehandlungssystem eingeleitet, wo es einer pH-Einstellung unterzogen wird.

Adsorption

Adsorption ist das Anhaften (mittels physikalischer oder chemischer Kräfte) eines Gasmoleküls an der Oberfläche einer anderen Substanz, die als Adsorbens bezeichnet wird. Typischerweise wird Adsorption verwendet, um Lösungsmittel aus einer Luftemissionsquelle zu extrahieren. Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid oder Kieselgel sind üblicherweise verwendete Adsorptionsmittel.

Recycling

Recycelbare Materialien werden als Zutaten in einem industriellen Prozess zur Herstellung eines Produkts verwendet, wiederverwendet oder zurückgewonnen. Das Recycling von Materialien und Abfällen bietet ökologische und wirtschaftliche Mittel, um bestimmte Arten von Abfallströmen, wie Metalle und Lösungsmittel, effektiv anzugehen. Materialien und Abfälle können intern recycelt werden, oder Sekundärmärkte können recycelbare Materialien akzeptieren. Die Wahl des Recyclings als Alternative für Abfälle muss anhand finanzieller Erwägungen, des regulatorischen Rahmens und der verfügbaren Technologie zum Recycling der Materialien bewertet werden.

Zukünftige Ausrichtung

Da die Nachfrage nach Vermeidung von Umweltverschmutzung steigt und die Industrie nach kostengünstigen Mitteln sucht, um die Verwendung von Chemikalien und Abfall zu bewältigen, muss die Elektronikindustrie neue Techniken und Technologien evaluieren, um die Methoden für den Umgang mit gefährlichen Materialien und die Abfallerzeugung zu verbessern. Der End-of-Pipe-Ansatz wurde durch Design-for-the-Environment-Techniken ersetzt, bei denen Umweltfragen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts angegangen werden, darunter: Materialerhaltung; effiziente Fertigungsabläufe; die Verwendung umweltfreundlicherer Materialien; Recycling, Regenerierung und Rückgewinnung von Abfallprodukten; und eine Vielzahl anderer Techniken, die eine geringere Umweltbelastung für die Elektronikfertigungsindustrie gewährleisten. Ein Beispiel ist die große Wassermenge, die bei den vielen Spül- und anderen Bearbeitungsschritten in der Mikroelektronikindustrie verbraucht wird. In wasserarmen Gebieten zwingt dies die Industrie, Alternativen zu finden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Alternative (z. B. Lösungsmittel) keine zusätzlichen Umweltprobleme verursacht.

Als Beispiel für zukünftige Richtungen im PWB- und PCB-Prozess zeigt Tabelle 4 verschiedene Alternativen zur Schaffung umweltfreundlicherer Praktiken und zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Es wurden vorrangige Bedürfnisse und Ansätze ermittelt.

Tabelle 4. Matrix der vorrangigen Bedürfnisse

Prioritätsbedarf (abnehmend Reihenfolge der Priorität)	Ansatz	Ausgewählte Aufgaben
Effizientere Nutzung, Regenerierung und Recycling von gefährliche Nasschemie	Verlängern Sie die Lebensdauer von Elektrolyten und stromlose Plattierungsbäder. Chemie entwickeln und Prozesse, um Recycling zu ermöglichen oder Inhouse-Regeneration. Beseitigen Sie Formaldehyd aus Materialien und Chemie. Förderung des Recyclings vor Ort und Rekultivierung/Regeneration.	Forschung zur Verlängerung der Bäder. Online recherchieren Reinigung/ Regenerierung. Alternative erforschen Chemie. Regierungsvorschriften ändern Recycling zu fördern. Linienfertigung weiterbilden Drag-In/Drag-Out-Probleme.
Reduzieren Sie die erzeugten festen Abfälle durch Schrott PWBs, Leads u Bestandteile im Abfall Strom.	Entwickeln und fördern Recycling von Altleiterplatten, Leitungen und Komponenten. Entwickeln Sie eine neue Prozesssteuerung und Performance-Tools. Verbesserung der Lötbarkeit von Leiterplatten.	Infrastruktur entwickeln, um mit recyceltem Material umgehen. Etablieren Sie verbessert Prozesskontrolle und Auswertung Werkzeuge verwendbar durch kleine und mittelständische Unternehmen. Konsequent sauber liefern, lötbare Platinen.
Etablieren Sie einen besseren Lieferanten Beziehungen zur Verbesserung der Entwicklung und Akzeptanz von umweltfreundlich Materialien.	Lieferanten fördern, Hersteller, Kunde Partnerschaften umzusetzen Umweltmaterialien.	Entwickeln Sie ein gefährliches Modell Materialwirtschaft System für kleine u mittelgroße PWB Firmen.
Minimieren Sie die Auswirkungen von Gefahrstoffeinsatz in PWB-Fertigung.	Reduzieren Sie den Einsatz von Bleilot, wenn möglich und/oder reduzieren die Bleigehalt des Lotes. Alternativen zum Löten entwickeln Plattierung als Ätzresist.	Ändern Sie die Spezifikationen, um sie zu akzeptieren Lötstopplack über blankem Kupfer. Validieren Sie die Qualität des Leads Beschichtungsalternativen.
Verwenden Sie additive Prozesse, die konkurrieren mit bestehenden Prozesse.	Vereinfacht entwickeln, kostengünstiges Additiv Material und Verfahren Technologien. Suchen Sie nach alternativen Quellen und Ansätze für Additiv Investitionsgüter verarbeiten Bedürfnisse.	Arbeiten Sie an Projekten zusammen, um neuartiges Additiv etablieren Dielektrika und Metallisierung Technologien und Prozesse.
Beseitigen Sie Lochverschmierungen in PWB Herstellung.	Entwickeln Sie schmierfreie Harze oder Bohrsysteme.	Alternative untersuchen Laminat und Prepreg Materialien. Entwickeln Sie den Einsatz von Laser und andere Alternativen zum Bohren Systemen.
Reduzieren Sie den Wasserverbrauch und Entlastung.	Wassernutzung entwickeln optimieren und recyceln System funktionieren. Reduzieren Sie die Anzahl der Reinigungsschritte in PWB Herstellung. Eliminieren Sie die Teilehandhabung und Vorbereitung zu reduzieren Nachreinigung.	Ändern Sie die Spezifikationen, um sie zu reduzieren Reinigungsanforderungen. Alternative untersuchen Methoden der Teilehandhabung. Ändern oder beseitigen Chemie, die erfordert Reinigung.

Quelle: MCC 1994.

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Veröffentlicht in 83. Mikroelektronik und Halbleiter

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