Nepájivé masky bez SVHC

Historie a rizika

Všechny světlo-citlivé nepájivé masky obsahují ve svém složení fotoiniciátory, které slouží k iniciaci radikální polymerace při expozici UV zářením. K dosažení tohoto cíle byl použit fotoiniciátor s chemickým názvem 2-methyl-1-[(4-methylthio)fenyl]-2-morfolinopropan-1-on (CAS č. 71868-10-5), také jednoduše označovaný jako fotoiniciátor 907, většinou kombinovaný s jinými fotoiniciátory. Lze jej snadno vnímat podle jeho charakteristického zápachu, který se uvolňuje pod UV světlem (expozicí) nebo teplem, a který vzniká například při vytvrzování nepájivé masky nebo při pájení reflow pecí.

Obr. 1: Fotoiniciátor 907: 2-Methyl-1-[(4-methylthio)fenyl]-2-morfolinopropan-1-on

Již v roce 2012 průmysl klasifikoval fotoiniciátor typu 907 jako látku toxickou pro reprodukci kategorie 1B na dobrovolném základě. Před rokem 2017 ECHA, evropská agentura pro chemické látky, tuto klasifikaci kategorizovala právně závazným způsobem v rámci desátého přizpůsobení technickému pokroku. V důsledku toho byly nepájivé masky označeny lebkou, podle koncentrace v ní obsažené, v souladu s dříve platnou směrnicí o nebezpečnosti 1999/45/EC. V té době již Peters hledal alternativní látky pro brzké uvedení nepájivých masek, bez fotoiniciátoru 907.

Od ledna 2020 se tento i druhý fotoiniciátor znovu dostal do centra pozornosti, pokud jde o označování nebezpečnosti: ECHA přidala fotoiniciátor 907 a také typ 369 s chemickým názvem 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morfolinofenyl)-butanon-1 (CAS č. 119313-12-1) na kandidátský seznam látek vzbuzujících velmi velké obavy (SVHC).

Obr. 2: Fotoiniciátor 369: 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morfolinofenyl)-butanon-1

Látky uvedené na kandidátském seznamu SVHC jsou považovány za látky vzbuzující obavy, protože jsou:

• karcinogenní, mutagenní nebo toxické pro reprodukci,
• perzistentní, bio-akumulující a toxické nebo
• velmi perzistentní a velmi bio-akumulující, nebo
• pravděpodobně mají vážné účinky na lidské zdraví nebo životní prostředí (jako látky podobné hormonům).

Tím byl zahájen proces, který po dalším vyhodnocení povede k registraci těchto látek do „Přílohy XIV Seznam látek podléhajících autorizaci (ES)“ č. 1907/2006 (REACH = registrace, hodnocení, autorizace a omezování chemických látek).

Jakmile je taková látka zaregistrována v příloze XIV, tj. v seznamu látek podléhajících autorizaci, musí projít procesem autorizace a bude povolena pouze pro určité aplikace a po omezenou dobu. Jeho použití bude přípustné pouze do tzv. „data západu slunce“, tj. data expirace. Žádosti o povolení musí být podány nejpozději 18 měsíců před uplynutím přechodného období.

Technologie výroby a balení DPS

V minulosti a dodnes jsou fotoiniciátory 907 a 369 nejběžnějšími fotoiniciátory formulovanými ve světlo-citlivých nepájivých maskách. Jejich re-klasifikací jako kandidátů na SVHC však vzniká výrobcům DPS velká výzva k přechodu na světlo-citlivé nepájivé masky formulované z alternativních fotoiniciátorů.

Proces polymerace spuštěný během expozice nepájivé masky není zcela dokončen: ani dodatečný UV bump tento efekt nezmění. V důsledku toho můžeme v sušících a vytvrzovacích pecích najít kondenzovaný materiál s fotoiniciátory. V některých případech ve formě bílého prášku nebo jehlic. Navíc lze pomocí analýzy jasně identifikovat fotoiniciátor 907 v reflow pecích během procesu balení. Vzniká zde značné množství kondenzátu.

S ohledem na stanovení množství fotoiniciátoru 907 vypuštěného z nepájivé masky byla formulována nepájivá maska s jasně daným množstvím fotoiniciátoru 907. Následně byl odebrán vzorek nepájivé masky bez substrátu, který byl poté vystaven teplotě 288 °C po dobu 5 minut. Odpařené látky na konci zkumavky byly shromážděny do plynové promývací láhve pomocí rozpouštědla a poté následovala analýza tohoto promytého roztoku metodou GC-MS. Analyty byly poté přiřazeny pomocí retenčního srovnání na základě referenčních standardů, zatímco kvantifikace byla provedena pomocí standardní jednobodové kalibrace s příslušnými analyty. Výsledek této studie byl ohromující: 2,2 % hmotnosti nalezeného fotoiniciátoru 907 představovalo přibližně 1/3 množství odpařené nepájivé masky, aniž by bylo chemicky přeměněno. Ani použití UV bumpu nezpůsobilo v tomto smyslu významný rozdíl. V praktických podmínkách není možné fotoiniciátor snížit, protože jinak výrazně poklesne expoziční rychlost a rozlišení bude nižší, takovým způsobem, že již není zajištěna odolnost v chemických finálních úpravách.

V této souvislosti je důležité si uvědomit, že zejména výpary z fotoiniciátoru 907 se zdají mít vliv na tavení druhé strany DPS během prvního procesu pájení reflow pecí. Níže uvedená fotografie jasně ukazuje tzv. „samoodvlhčování“ a dopad vypařujícího fotoiniciátoru na bok nepájivé masky. Aplikace UV bumpu na nepájivou masku nezabrání tomuto efektu spolehlivým způsobem.

Označení obsahu

Může vyvstat otázka ohledně požadavku na označování potažených DPS: Je třeba hodnotit DPS jako celek? Nebo by se mělo uvažovat pouze o nepájivé masce?
Odkaz je v nařízení REACH (ES) č. 1907/2006. Podle informací Federálního institutu pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (REACH CLP Biocide Helpdesk) je třeba vrstvu „suché“ nepájivé masky považovat za součást produktu, tj. desky s plošnými spoji. Odkazem na kandidátní látku tedy není samotná vrstva nepájivé masky, ale celková hmotnost DPS obsahující nepájivou masku. Pokud je tedy hmotnostní procento kandidátní látky k DPS < 0,1, není povinnost tuto informaci oznamovat.

Pokud je kandidátská látka podléhající oznámení formulována s hmotnostním procentem > 0,1, nařízení REACH nespecifikuje, jak má být oznámení předáno; příslušné oznámení může být poskytnuto buď s dodanými dokumenty, nebo označením produktu.

Na první pohled to vypadá jako dobrá zpráva, protože označení nebude ve většině případů vyžadováno. Je však třeba vzít v úvahu podstatnou akumulaci fotoiniciátoru během osazovacího procesu (lapač kondenzátu atd.), a tedy „export“ problému z výroby DPS do osazovací výroby.

Osvědčená řešení

Dva výše uvedené fotoiniciátory, zejména fotoiniciátor 907, lze z formulace nepájivé masky vynechat, aniž by došlo ke ztrátě výkonu. Krátce po oznámení nové klasifikace Lackwerke Peters vyvinul nepájivé masky bez fotoiniciátorů 907 a 369. Již několik let jsou k dispozici nepájivé masky Elpemer® od Lackwerke Peters, které jsou také vhodné pro přímý osvit pomocí LED nebo laserového světla. Mnoho výrobců DPS tyto produkty úspěšně zavedlo.

Vzhledem k tomu, že agentura ECHA nyní zařadila foto-iniciátor 907 na seznam kandidátů SVHC, diskuse o náhradních produktech byla obnovena. Tímto způsobem se nyní vyplácí brzký vývoj alternativních produktů, na kterých byly mezitím získány bohaté praktické zkušenosti. Dokonce i nová nepájivá maska bez fotoiniciátorů typů 907 a 369 dosahuje opakovatelné přesnosti až do 50 µm.

Pro Lackwerke Peters bylo důležité, že skupinou Elpemer® edicí 733, produktovou řadou pro klasickou kontaktní expozici, a Elpemer® edicí 766, produktovou řadou pro přímý osvit, byly vyvinuty řady neobsahující fotoiniciátory 907 a 369, a které pokrývají všechny běžné metody nanášení.

Mimo jiné, Elpemer® edice 733 a 766 splňují dnešní velmi náročné požadavky automobilového průmyslu a dosahují vynikajících izolačních výsledků při vystavení vlhkosti i po trvalém skladování při teplotě 175 °C. Navíc vykazují vysoký stupeň elasticity a přilnavosti bez prasklin po testech teplotními šoky.

Elpemer® edice 733 a 766 představují:

• vysokou trvalou teplotní odolnost a odolnost proti teplotním šokům až do 175 °C,
• řešení pro teplotně kritické vysokoproudé aplikace,
• vynikající povrchovou izolační odolnost (SIR) při 1000 V a
• dosáhnutí nejjemnějších struktur díky přímému osvitu a kontaktní expozici.

Obr. 7: Příklad rozlišení Elpemeru® edice 766, zdroj: Peter Roskothen

Kromě toho jsou světlocitlivé varianty nepájivých masek, také bez fotoiniciátoru typu 907, dostupné ve speciálních barvách, jako je červená, modrá, černá nebo teplotně stabilní bílá.

Obr. 8: Speciální barvy jsou také zdarma od fotoiniciátoru 907, zdroj: Peter Roskothen

Závěr

Kvůli současné situaci ohledně SVHC, jak výrobci elektroniky, tak společnosti EMS, se staly citlivými, pokud jde o obsah produktů, které zpracovávají. Výrobci desek plošných spojů, kteří brzy přešli na nepájivé masky bez typu 907, se mohou nyní cítit uvolněni díky Elpemer® a snadno odpovídat na rostoucí počet obdržených otázek týkajících se SVHC.