Interview mit Arnold Wiemers Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei der Produktion elektromechanischer Baugruppen

Anbieter zum Thema

LA-LeiterplattenAkademie GmbH

Bürklin GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Neben EU-Verordnungen sollte jede Firma auch selbst das Interesse haben, den CO₂-Ausstoß möglichst gering zu halten. In der Produktion elektromechanischer Baugruppen gibt es einige Interessante Ansätze, über welche wir mit Arnold Wiemers sprechen.

In der Produktion, der Bestückung und beim Recycling von Leiterplatten gibt es Potentiale, den CO₂-Ausstoß zu reduzieren. Im Interview mit Herrn Arnold Wiemers von der LeiterplattenAkademie erfahren wir, was die besten Ansätze für eine CO₂-neutrale Produktion sind.

Herr Wiemers, können Sie uns zum Einstieg einen kurzen Überblick über sich und über die Tätigkeiten und Ziele der LeiterplattenAkademie geben?

Nach 30 Jahren im CAD-Design und insbesondere in der Produktion hochwertiger Leiterplatten war offensichtlich, dass die Leiterplattentechnologie für die Baugruppenfunktion dominant werden würde. Also haben Frau Fechner und ich die LeiterplattenAkademie gegründet, um Schulungen und Kooperationen neutral anbieten zu können.

Auf den ersten Blick lässt sich der CO₂-Ausstoß bei der Produktion elektromechanischer Baugruppen in den Sektoren Energieeffizienz, Produktionsprozesse, Materialauswahl, Abfallmanagement, Transport und Logistik reduzieren. Gibt es darüber hinaus noch weitere Bereiche und was wäre der größte Hebel, um den CO₂-Ausstoß zu senken?

Sie haben die elementaren Schwerpunkte fast vollständig aufgezählt. Ausschlaggebend für die Aufgabenstellungen CO₂-Reduktion und Recycling ist die Akzeptanz, dass nur eine partnerschaftliche Kooperation eine Lösung bieten kann. Das setzt fachliche Kompetenz voraus und schiebt die Dokumentation der eingesetzten Basismaterialien, Bauteile und Lote in den Vordergrund. Absolut erforderlich ist die Bereitschaft des Projektmanagements, der CAD-Konstruktion, sowie der Leiterplatten- und Baugruppenhersteller zu einer offenen und fairen Kommunikation.

Wie können Unternehmen die Anforderungen des neuen EU-Gesetzes bezüglich der Verwendung nachhaltiger und recycelbarer Materialien in Ihrer Produktion umsetzen? Welche Chancen und Herausforderungen sehen Sie dabei? Und gibt es weitere Richtlinien, die bald folgen werden?

Alle Unternehmen auf dem Weg von der Projektidee bis zum Einsatz einer elektromechanischen Baugruppe stehen vor einer fast unüberschaubaren Herausforderung. Bisher war - zu recht - die physikalische Funktion einer Baugruppe im Fokus. Das darf sich auch nicht ändern. Denken Sie nur an die Anwendungsbereiche Medizin, Avionik, Nautik, Internet, Cloud/Big Data, Automotive und - leider - Militärtechnologie. Ebenfalls müssen wir akzeptieren, dass die Evolution von Elektronik, die Entscheidungen trifft auf der Basis von KI, erst vor kurzem begonnen hat. Die langfristige zuverlässige physikalische Leistungsfähigkeit von Elektronik wird im Vordergrund bleiben müssen.

Nun ist für das Recycling aber die Physik sekundär. Primär ist die Kenntnis und Bewertung der Chemie. Was ist - und welche Eigenschaften hat - das Dielektrikum der verbauten Basismaterialien (…FR4, PTFE, Polyamid, LCP, PEEK,…) ? Welche Lotlegierungen werden eingesetzt ? In welchen Bauteilen kommen denn welche chemische Verbindungen, u.a. seltene Erden, vor, usw. ?

Recycling ist eine globale Aufgabe. Die Erweiterung des physikalischen Fachwissens um chemisches Fachwissen ist erst am Anfang. Jeden Fertigungsschritt und alle eingesetzten Materialien für die Produktion einer elektromechanischen Baugruppe beurteilen zu können, überfordert die Menschen zur Zeit noch. Und wir sind noch nicht soweit, dass der Schulungsbedarf erkannt und anerkannt wird.

Die jetzt diskutierten EU-Richtlinien bieten eine Orientierung, wurden teilweise ja bereits vor über 20 Jahren veröffentlicht und sind in vielen Ländern der Ausgangspunkt für die lokale Gesetzgebung gewesen. RoHs, WEEE, REACH, EAG, ElektroG entdecken das Spektrum an Schwermetallen und chemischen Schadstoffen und formulieren bereits dehr umfangreich die durchzuführenden Maßnahmen. Viele Richtlinien/Gesetze unterliegen dem Revisionsdienst, sind zeitlich nicht limitiert und bieten den Unternehmen angemessene Übergangszeiten. Bevor wir über weitere Richtlinien nachdenken, sollten wir erstmal die bestehenden Vorschläge/Regeln/Gesetze verstehen und umsetzen.

Mit Fachwissen die Zukunft gestalten

Besuchen Sie die Konferenz zu den Themen Leiterplatten, Baugruppen & 3D-gedruckte Elektronik

Wissen um die Produktion von Leiterplatten und Baugruppen ist unverzichtbar für die Konstruktion eines CAD-Layouts. Dabei gewinnt das Testen in der Produktion immer mehr an Bedeutung, was eine transparente und logistische Kooperation zwischen Kunde und Dienstleiter unabdingbar macht. CAD, Leiterplatte und Baugruppe rücken also immer enger zusammen. Zudem hat 3D-gedruckte Elektronik in den vergangenen Jahren viele Fortschritte gemacht und das Potenzial, die Herstellung von Elektronik grundlegend zu verändern. Sie gewährt eine bisher ungekannte Flexibilität im Design, eine um ein Vielfaches geringere Materialverschwendung und eine Beschleunigung der Produktentwicklungszeiten.

Erlangen Sie auf der 2-tägigen Fachtagung von Experten aus Industrie und Forschung sowie erfahrenen Anwendern und Spezialisten die fachliche Kompetenz zur effektiven Lösung aktueller und zukünftiger Herausforderungen.

Jetzt informieren

Welche Schritte lassen sich umsetzen, um Ihre Leiterplatten so zu gestalten, dass sie leichter zu reparieren oder recyceln sind? Lassen sich solche Schritte auch weitestgehend kostenneutral umsetzen?

Defekte Leiterplatten sind kaum reparierbar. Die Reparatur defekter Komponenten einer Baugruppe ist möglich, wenn im Unternehmen fachlich ausgebildete Mitarbeiter/innen eingesetzt werden können, denen ein geeigneter Arbeitsplatz zur Verfügung steht und die mit der Temperaturbelastbarkeit von Basismaterial, Loten und elektronischen Bauteilen vertraut sind. Es gibt Unternehmen, die diesen Weg bereits erfolgreich gegangen sind und damit renommierte Industrieanlagen auch nach 25 Jahren noch zuverlässig betreiben können.

Auch die individuelle Variabilität einer Leiterplatte/Baugruppe ist durch modulare Konzepte umsetzbar. Kann der Austausch von Komponenten vorhergesehen werden, dann ist die einfachste und effektivste Lösung, im CAD-Design Platz vorzusehen, damit das Auslöten defekter und das Einlöten neuer Bauteile durchgeführt werden kann.

Sie erwähnen zu Recht das Recycling von Leiterplatten. Diese Aufgabe wird gerne zweitrangig bewertet. Der zunehmende Einsatz von SMD-Komponenten führt jedoch heute schon dazu, dass das Volumen der Leiterplatte über dem Summenvolumen der Bauteile liegen kann. Während Bauteile oft erkannt werden können, gilt das nicht gleichwertig für das Basismaterial der Leiterplatte. Schon allein vom FR4 sind schätzungsweise 250 Derivate im Umlauf, mit oder ohne Halogen/TBBA, um die Entflammbarkeit zu verhindern oder mit oder ohne mineralischen Einlagerungen im Dielektrikum, um höhere Tg-Werte zu erreichen. Ein strategisch erfolgreiches Recycling ist nur möglich, wenn der Leiterplattenhersteller seinem Kunden die in einer Leiterplatte eingesetzten Materialien in Summe en Detail dokumentiert, idealerweise bereits im Angebotsmodus.

Kostenneutralität/Kostenersparnis erwarte ich nicht, im Gegenteil, das Recycling muss vorfinanziert werden. In der Schweiz gibt es bereits die vRG, die vorgezogene Recycling-gebühr. Dieser Betrag ist vom Verkäufer und vom Käufer eines Produktes zu leisten. Das muss uns unsere Umwelt wert sein.

Wie organisieren Unternehmen die Rücknahme und das Recycling von Leiterplatten? Welche Maßnahmen lassen sich dabei ergreifen, um die Rückgewinnung wertvoller Metalle wie Kupfer, Gold und Silber zu maximieren?

Die Unternehmen sind schon aus eigenem Interesse an einer Dokumentation ihrer Produkte interessiert. Eine organisierte Rückgewinnung ist für global verteilte Produkte, zum Beispiel Autos oder Unterhaltungselektronik, in der Praxis wohl unmöglich. Obwohl gerade das Recycling millionenfach in Umlauf gebrachter Baugruppen wirtschaftlich sein könnte. Das setzt aber eine global öffentlich zugängliche Dokumentation voraus. Die Extraktion des Goldes aus der Endoberfläche ENIG ist auch nicht so einfach. Eine Europakarte, bestückt mit SMD-Komponenten hat auf Top und Bottom zirka 0,04 Gramm Gold. Mit dem Aufschmelzen des Lotes geht das Gold in Lösung und bildet mit den Metallen des Lotes eine Legierung. Dieses Gold kann nur durch den Einsatz von Lösungsmitteln und Energie = CO₂-Ausstoß zurückgewonnen werden.

Bei der Rückgewinnung von Rohstoffen muss vor allem bedacht werden, dass zirka zwei Drittel elektronischer Baugruppen zwar in der Industrie erzeugt, aber in den Privathaushalten zur Entsorgung anfällt. Nur zirka 45 Prozent wird entsprechend der durch WEEE gesetzlich vorgegebenen Regeln eingesammelt. Die rechtliche Erwartung liegt bei 65 Prozent. Es wird angenommen, dass in Deutschland mehr als eine Million Tonnen EAGs (= Elektroaltgeräte) gar nicht erfasst werden. Es geht also nicht nur um die Industrie. Ja, sie sollte dokumentieren. Aber sorgfältig kümmern müssen auch wir uns, die Bürgerinnen und Bürger.

Aus alt macht neu

Leiterplatten-Recycling

Ist die Zusammenarbeit mit Recyclingunternehmen zur Rückgewinnung und Wiederverwertung von Materialien der richtige Weg, oder gibt es bessere Strategien?

Ja. Die Partnerschaft zwischen Industrie und Privat ist unverzichtbare Voraussetzung. Die Recyclingunternehmen sind mit zum Teil erheblichem Aufwand engagiert. Ohne den bereits erwähnten Zugang zu Dokumentationen wird das aber unbefriedigend bleiben.

Auch wir Bürger/innen sollten so langsam akzeptieren, dass es für die Entsorgung bereits Struktur, Organisation und Plätze gibt. Wälder und Meere sind ungeeignet.

Welchen Einfluss hat man bei der Produktion elektromechanischer Baugruppen bei Themen wie z.B. der Materialauswahl und der Komponentenauswahl?

Der Einfluss ist günstigstenfalls gering. Die geforderte langfristige Zuverlässigkeit Entscheidungen treffender elektromechanischer Baugruppen ist verbindlich. Wie gesagt, der Einsatz von Elektronik ist erst am Anfang. Herzschrittmacher, selbstfahrende 36- Tonnen-Container, autonome Taxi-Hubschrauber usw. werden unser Lebensumfeld mitbestimmen. Da ist die Auswahl-Priorität gesetzt.

Wie beeinflusst die Auswahl umweltfreundlicher Materialien die CO₂-Bilanz, und haben diese Materialien eventuell Folgen für die Langlebigkeit oder Durchschlagsfestigkeit?

Ökonomische Grundregeln dominieren Entscheidungen der Industrie. Selbstverständlich ist die Effektivität und die Zuverlässigkeit schon lange Jahre im Blickpunkt. Änderungen hinsichtlich der CO₂-Bilanz sind in der Diskussion und vieles, zum Beispiel recycelbare Basismaterialien sind im Test. Es geht aber Nichts von heute auf morgen. Die Zuverlässigkeit von Materialien und Prozessen ist über Jahrzehnte analysiert und geprüft worden. Was ging, wurde beibehalten, was nicht ging, wurde geändert. Doch ist die fortschrittliche Kreativität nicht aufzuhalten. Zur Zeit sind innovative Multilayeraufbauen vom Typ „Any Layer“ in der Konzeption, bei denen Mehrfachverpressungen/-verklebungen mit BuriedVias und gestapelten BlindVias eingesetzt werden. Das kostet zusätzliche Energie und ist aus meiner Sicht nicht zuverlässig sondern riskant. Die Betrachtung geht also nicht nur auf das Material sondern auch auf die Produktspezifikationen der CAD-Konstrukteure.

Nachhaltigkeit

Biologisch abbaubare Alternative zu FR-4

Wie können Produktionsprozesse optimiert werden, um den Energieverbrauch zu minimieren und somit die CO₂-Emissionen zu senken?

Insbesondere in der Leiterplattentechnik hat das schon begonnen. Die Einführung der Laserbelichtung des Leiterbildes (= LDI) benötigt keine Laserplotter und keine UV-Belichter mehr (allerdings ist der Energiebedarf der Lasertechnik nicht vernachlässigbar). Die Umstellung des früheren Siebdrucks für den Lötstoplack auf Fotolack hat die Sieberstellung/-reinigung durch den Einsatz zu entsorgender Lösungsmittel und die Umstellung des Bestückungsdruckes auf Inkjetprintern ist längst umgesetzt. Ein Prozessmanagement mit optimiertem Datatransfer ist Stand der Dinge. Die Reduzierung der Kosten für den Energieverbrauch ist eine klassische ökonomische Zielstellung in den Unternehmen und die Optimierung softwaregesteuerter Produktionsabläufe über komplexe Serversysteme reduziert den Ausschuss selbst bei steigenden Anforderungen an die Leiterplattenqualität.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass oft die Einsparung von Energie an einer Stelle nur durch den Einsatz von Energie an anderer Stelle erfolgen kann.

Lohnt sich eine Investition in die Fertigung, denn möglicherweise bin ich nach einer Umstellung nicht mehr konkurrenzfähig?

Die Konkurrenzfähigkeit hängt an der Optimierung der Prozessabläufe und der Investition in moderne Anlagentechnik. Dieser Schritt wurde (s.o.) schon vor Jahren begonnen.

Arbeiten Sie mit anderen Bildungseinrichtungen, Unternehmen oder Branchenverbänden zusammen, um nachhaltige Produktionspraktiken zu fördern?

Ja. Die LeiterplattenAkademie führt seit vielen Jahren Seminare an Berufsschulen, Hochschulen und Universitäten durch, oft auf Selbstkostenbasis. Es ist wichtig das Verständnis für die Funktion einer Baugruppe und zu den Fertigungsschritten schon zur Lehrzeit der Lernenden zu vermitteln. Die Schulungseinrichtungen können diese Aufgabe selten selbst erfolgreich durchführen, weil die „Elektronik“ eigentlich noch zu jung ist, als das die Lehrenden Berufserfahrung haben und/oder an der kontinuierlichen Entwicklung teilnehmen könnten.

Es wird so langsam Zeit, dass die Leiterplatten- und Baugruppentechnologien durch die Ausbildungsstufen vom Lehrling bis zum Master installiert wird. Bedauerlicherweise sind die Kultusministerien sehr zurückhaltend. Die Versäumnisse der letzten 20 Jahre sollen durch Immigration von Fachkräften ausgeglichen werden. Diese Vorstellung zeugt von Unkenntnis und Naivität. Deutschland ist eines der industriell führenden Länder. Es gibt in der zweiten oder dritten Reihe keine besser ausgebildeten Menschen. Wir müssen selbst handeln und zwar schnell. Dazu brauchen wir Ruhe, Geduld und Ausdauer. Wenn wir jetzt beginnen, die Zielstellung CO₂-Reduktion und effektives Recycling umzusetzen, dann könnten wir das in 10 Jahren nennenswert verbessern.

Wir diskutieren Technologien, sollten aber berücksichtigen, dass auch die Politik im Zugzwang ist.

 (mr)

(ID:50049958)