Wo man PFAS in der Elektronik findet

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind eine Gruppe von nahezu 15.000 synthetischen Chemikalien, „Ewigkeitschemikalien“, die extrem langsam abgebaut werden, über unbekannte Zeit in der Umwelt verbleiben und mit der Zeit möglicherweise in Boden, Wasser und Luft sickern.

Neben ihrer Umweltauswirkung sind Gesundheitsbehörden besorgt darüber, wie die Exposition gegenüber diesen Chemikalien die menschliche Gesundheit beeinflussen könnte, einschließlich eines erhöhten Risikos für bestimmte Krebsarten.

Menschen können diesen Chemikalien ausgesetzt sein, indem sie Luft einatmen, die mit PFAS verschmutzt ist, PFAS-kontaminierte Nahrung oder Wasser konsumieren oder Produkte verwenden, die PFAS enthalten. Aufgrund ihrer Beständigkeit und Allgegenwärtigkeit, da sie seit den 1950er Jahren weltweit in Verbraucherprodukten verwendet wurden, sind Menschen und Tiere ständig exponiert.

Die Exposition des Menschen gegenüber PFAS ist weit verbreitet, und die Blutspiegel einiger PFAS können sich im Laufe der Zeit aufbauen. Ein Bericht der Centers for Disease Control and Prevention, der Daten aus der National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) verwendet, fand PFAS im Blut von 97 % der Amerikaner.

Daher hat die Biden-Harris-Administration einen Plan zur Bekämpfung der PFAS-Verschmutzung gestartet. Als Teil des Ansatzes führte die EPA einen neuen PFAS-Fahrplan ein.

PCBA-Hersteller sehen sich zunehmenden regulatorischen Druck ausgesetzt, einschließlich der neuen Berichts- und Aufzeichnungspflichten des Toxic Substances Control Act (TSCA). Daher möchten Sie vielleicht wissen, wo Sie sie finden können.

Wo Sie PFAS finden können

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, wie hoher thermischer und chemischer Stabilität sowie Wasser-, Öl- und Fettabweisung, werden PFAS häufig in vielen Branchen eingesetzt, einschließlich Kosmetik, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, Textilien und Leder. 

PFAS finden sich in Hunderten von Produkten weltweit, einschließlich Haushaltsprodukten wie Kaffeemaschinen, Tastaturen, Druckern, Staubsaugern und antihaftbeschichtetem Kochgeschirr. PFAS finden sich auch wahrscheinlich in Produkten, die wasserdichte oder fleckenresistente Eigenschaften bewerben, einschließlich Kleidung, Outdoor-Ausrüstung und Möbel.

Da sie Widerstand gegen Wasser, Öl und Schmutz bieten, werden PFAS als Oberflächenschützer und Tenside bei Teppichen, Leder, Textilien, Papieren und Feuerlöschmitteln verwendet.

PFAS können als Verunreinigungen in Rohmaterialien und bei der Verarbeitung vorhanden sein oder absichtlich Produkten zugesetzt werden, um spezifische Funktionen zu erfüllen. Aber wo findet man PFAS, wenn es um Elektronik geht?

Der folgende Leitfaden bietet weitere Details zu den Produkten und Prozessen in der Elektronikfertigung, die PFAS verwenden.

Halbleiter

Aufgrund ihrer einzigartigen physikochemischen Eigenschaften sind PFAS in der Halbleiterherstellung allgegenwärtig und werden häufig in der Produktion, bei Halbleiterfertigungsgeräten (zum Beispiel in Systemen zur Verteilung von hochreinem Wasser) und in der gesamten Lieferkette verwendet. 

Obwohl es wahrscheinlich Tausende von Anwendungsfällen gibt, bieten wir hier nur einige Beispiele:

• Antireflexbeschichtungen 
• Komponenten
• Entwickler
• Ätzlösungen
• Inerte Ausrüstung 
• Spüllösungen 
• Vakuumpumpen 
• Dampfphasenlöten 
• Waferdünnung 

Bei der Halbleiterherstellung werden PFAS auch in Prozessen wie der Photolithographie und der Kapselung verwendet.

Um die Öffentlichkeit aufzuklären und die öffentliche Politik besser zu informieren, hat die Semiconductor Industry Association das Semiconductor PFAS Consortium gegründet, „eine internationale Gruppe von Stakeholdern der Halbleiterindustrie, die gegründet wurde, um die technischen Daten zu sammeln, die benötigt werden, um einen branchenweiten Ansatz für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) auf der Grundlage von Wissenschaft zu formulieren.“

Elektronische Geräte

PFAS können auch in vielen Materialien und Komponenten gefunden werden, die in elektronischen Geräten wie PCB-Laminatmaterialien, Batterien, Displays sowie passiven Komponenten wie Kondensatoren und Verpackungsmaterialien verwendet werden.

Tatsächlich enthalten fast alle PCBs der Klasse FR4 PFAS als Teil des Laminataufbaus. Laut einem Bericht der United States Environmental Protection Agency, „verwenden über 90 Prozent der FR-4-PCBs Epoxidharze, die das reaktive Flammschutzmittel Tetrabrombisphenol A (TBBPA) enthalten, um den Flammbarkeitsstandards zu entsprechen.“

Elektronische Geräte, die wahrscheinlich PFAS enthalten, umfassen:

• Akustische Ausrüstung
• Flachbildschirme
• Brennstoffzellen
• Flüssigkristallanzeigen (LCD)
• Lithium-Ionen-Batterien
• Smartphones und Tablets
• Solarmodule
• Verkabelung und Kabel

Herstellung

Auch wenn ein Endprodukt frei von PFAS ist, war der Herstellungsprozess, unter dem es produziert wurde, dies wahrscheinlich nicht.

Nachfolgend finden Sie eine Liste von Produkten, die im Herstellungsprozess verschiedener elektronischer Geräte verwendet werden und PFAS enthalten.

• Reinigungsprodukte
• Dielektrische Flüssigkeiten
• Verpackungen für allgemeine elektronische Ausrüstungen
• Wärmeübertragungsflüssigkeiten
• Piezoelektrische Keramikfilter
• Gepulste Plasma-Nanobeschichtungen
• Lösungsmittel, Trägerflüssigkeiten und Schmiermittelbeschichtungen
• Testverbindungen

Obwohl PFOS und PFOA im Rahmen des Stockholmer Übereinkommens 2009 bzw. 2019 eingeschränkt wurden und seitdem weitgehend ausgemustert wurden, wurden sie in vielen Fällen durch kürzerkettige PFAS ersetzt.

Da die Entwürfe und Formeln von Endprodukten nicht öffentlich bekannt gegeben werden, ist das volle Ausmaß der Verwendung von PFAS in der Elektronikindustrie noch nicht vollständig verstanden.

Einschränkung der Verwendung von PFAS

PFAS bieten eine breite Palette von kritischen Eigenschaften, die sie wertvoll (und schwer zu ersetzen) in elektronischen Anwendungen machen, wie chemische Inertheit, dielektrische Stärke, Flammschutz und Hydrophobizität. Ihre Verwendung einzuschränken, wird eine Kombination von Strategien und eine Bewertung von Fall zu Fall erfordern.

Obwohl es je nach Anwendung einige Alternativen gibt, wie silikonbasierte Materialien, natürliche Öle und Wachse sowie biobasierte Polymere, bleiben die Möglichkeiten, PFAS zu eliminieren oder sogar zu reduzieren, etwas begrenzt.

Es gibt einige Anwendungsfälle, in denen, obwohl Alternativen verfügbar sind, PFAS-haltige Produkte immer noch die bevorzugte „Go-to“-Lösung sind, einschließlich Kondensatoren, Verkabelung und Kabel. In anderen Szenarien wird der Wechsel zu alternativen Materialien die Neugestaltung von Verarbeitungsschritten oder die Anpassung von Qualitätsstandards und Parametern erfordern.

Insgesamt sind nicht-PFAS-Alternativen für den Elektroniksektor derzeit nicht leicht verfügbar. Die Verfügbarkeit von umwelt- und gesundheitsfreundlichen Alternativen wird sich jedoch mit der Zeit, Innovation und Ressourceninvestition verbessern.