DE10056112A1 - Einrichtung zur Steigerung der Rückverfolgbarkeit von aus Kunststoff ausgebildeten Trägern für elektronische Bauteile - Google Patents

Description

Die Umsetzung der geplanten EU-Richtlinie, nach der z. B. die Verwertungs- bzw. Wiederverwendungsquote für Computer und Telekommunikationsgeräte bei 75% resp. 65% zu liegen kommen soll, erfordert innovative Ansätze bei Konstruktion (Stichwort: Öko-Design; Life-Cycle-Analysis) und Recycling (Stichwort: End-of-Life- Management).

Hierzu gehören insbesondere eindeutige Kennzeichnungsregeln sowohl für die eingesetzten Werkstoffe (Kunststoff, Metall, Keramik) als auch für die Bauteile (Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, IC, Spulen; Ferrite; Sockel u. a. m.), die einer denkbaren Wiederverwendung zugeführt werden können.

Firmeneigene Verwertungszentren (z. B. von IBM und Siemens) können zwar nach Rücknahme ihrer 10-15 Jahren alten, firmeneigenen Geräte anhand bisheriger Kennzeichnungstechniken, von denen es zahlreiche Varianten gibt, relativ einfach die eingesetzten, mit Bauteilen bestückten Leiterplatten und die hierbei eingesetzten Werkstoffe zuordnen, jedoch wird dies bei Zukaufteilen bereits problematisch, da Bauteil-Spezifikationen in der Regel nicht mehr verfügbar sind. Noch aussichtsloser wird die Situation bei allgemeinen Verwertern, z. B. dem Zerlegungszentrum Grevenbroich der Firma Trienekens oder der Rethmann Elektrorecycling in Berlin, wo nach jahrzehntelangem Gebrauch der Elektrogeräte und unterstellter, grober und unsachgemäßer Behandlung durch das Einsammeln und Zwischenlagern der Geräte, kaum noch Etiketten oder sonstige Aufdrucke auf Bauteilen oder Platinen zu erkennen sein werden.

Grundvoraussetzung für ein zielgerichtetes Entstücken und Sortieren noch wiederverwendbarer Bauteile oder Zuführung in einen stofflichen Wiedergewinnungsprozess ist die eindeutige Kennzeichnung aller (!) Bauteile mit ihren u. U. ökologisch kritisch zu bewertenden Werkstoffen aber auch Kenntnis von bereits in die Serienproduktion umgesetzten fortschrittlicheren Fertigungsverfahren, wie z. B. bleifreies Löten oder Löten unter Stickstoffatmosphäre, sowie maximal mögliche Information über den lebenslang durchlaufenen Gebrauchszustand der Bauteile inklusive dem sie aufnehmenden Gesamtgerät.

Hier setzt die geplante Entwicklung an, indem ein unlösbar in die Leiterplatten- Platine eingebettetes Transponder-Chip-Spulen-Bauteil die geforderten, notwendigen Informationen sowohl zu Beginn der Fertigung als auch im Laufe der Gebrauchsdauer (z. B. Logistikdaten oder Reparatur-/Austausch-IWartungsdaten) aufnehmen soll. Selbst nach Beendigung und völliger Funktionslosigkeit des zu entsorgenden Elektrogerätes bzw. einzelner Komponenten davon wird durch Auslesen der auf dem Passiv-Bauteil Transponder gespeicherten Informationen ein Maximum an Hilfestellung für den Sammler und Sortierer bzw. Verwerter und dessen Entstückungsvorrichtung anfallen.

Grundvoraussetzung für diese nahezu "100%"-Kennzeichnungstechnik ist allerdings das technisch einwandfreie Einbetten eines Transponder-Systems in eine Leiterplatten-Platine und die sichere Funktion beim Ein- und Auslesen der Daten auch nach Jahren der Inaktivität. Jahrzehntelange Störeinflüsse von Seiten der bestückten Leiterplatten selbst oder anderen in der Umgebung sich befindlichen elektromagnetisch aktiven Teilen müssen sicher ausgeschlossen werden.

Dies stellt hohe Anforderungen nicht nur an den eigentlichen "Verpackungsprozess" des Transponders in die Leiterplatte sondern auch an die Funktionsweise der zu entwickelnden Schreib-/Lesegeräte, die zumindest Long-Range-Funktion resp. Remote Control und Anti-Kollisions-Eigenschaft beinhalten sollten, um den End-of- Life(EOL)-Verwertungsprozess so einfach und sicher wie möglich zu gestalten.

Die nachfolgende Erfindung schafft ein funktionsfähiges, unlösbar in die Leiterplatte eingebettetes Transponder-Spulen-System, welches wesentliche Daten über Bauteile und Baugruppen zusammen mit Werkstoffinformationen in nahezu vollständiger Weise dauerhaft zu speichern gestattet.

Die Vorteile eines derartigen umfassenden Kennzeichnungssystems lassen sich tabellarisch wie folgt darstellen:

Dieser Lösungsansatz ist neu. Alle uns bisher bekannten Kennzeichnungstechniken, wie sie seit Jahren in vielfältiger Weise in Gebrauch sind haben den entscheidenden Nachteil, dass sie entweder nur visuell (vom menschlichen Auge) oder optisch (CCD- Kamera; IR) gelesen werden können oder spezielle Scannersysteme erfordern (z. B. Barcodesysteme; 2D-Matrix-Systeme). Zudem erfordern sie den ungehinderten Zugang ins Innere der Geräte bzw. der bestückten Platinen selbst, d. h. es muss zunächst eine Demontage der Gehäuseteile und sonstiger Einbauteile eines elektrischen/elektronischen Altgeräts erfolgen, ehe im einzelnen auf Platinen aufgeklebte Etiketten oder eingebrannte bzw. aufgedruckte Kennzeichnungen ausgewertet werden können. Es kann sicher ohne Übertreibung unterstellt werden, dass beim relativ groben Zerlegevorgang von Gerätegehäusen insb. die aufgeklebten Etiketten, die durch Alterung weitgehend ihre Klebekraft verloren haben dürften, verloren gehen und viele der ausgebauten Platinen quasi "anonymisiert" werden, was deren weitergehende Behandlung immens erschweren dürfte. Lediglich eingebrannte Informationen des Herstellers der Leiterplatte oder Aufdrucke des Bestückers können zur näheren Analyse der Verwertbarkeit der Bauteile bzw. der eingesetzten Materialien verwendet werden. Diese Informationen sind in der Regel jedoch äußerst dürftig und beschränken sich im wesentlichen auf den Herstellernamen, die Artikelnummer und evtl. noch das Baujahr.

Die gleiche Problematik betrifft auch die mittels Tampondruck auf bestückte Mikrochip-Bausteine oder Kondensatoren und andere Bauteile aufgebrachte Kennzeichnungen, die nach einigen Jahren z. T. völlig verblasst sind. Bessere Chancen der Lesbarkeit bieten hier nur mittels Laser eingebrannte Kennzeichnungen, was jedoch unseres Wissens nicht der Regelfall ist. Dies betrifft auch gängige Technikansätze für die automatisierte oder teilautomatisierte Entstückung gebrauchter Leiterplatten. So lassen sich mithilfe mechanisch-sensorischer und/oder optischer Erkennungstechniken zwar bestimmte, in der Geometrie standardisierte Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren, Mikrochip u. a. m. erkennen und grob auseinander halten, jedoch ist eine Zuordnung der dieserart ausgelöteten Bauteile in Hersteller-spezifische Sondertypen, z. B. bei Elkos mit zum Teil kritischen Elektrolytsubstanzen, nicht mehr möglich und sie somit evtl. getrennten Entsorgungswegen zuzuführen. Auf Gehäuseteile aufgebrachte Kennzeichnungsaufdrucke sind nach Jahren des Gebrauchs oft nicht mehr lesbar oder beinhalten nicht ausreichende Information über eingesetzte Werkstoffe, sodass der Entsorger weitgehend auf Vermutungen angewiesen ist.

Lösungsansätze, Transponder in Leiterplattenmaterial einzubetten, hat es unserer Marktkenntnis nach bisher nur im Bereich der (Kfz)Schlüsseltechnik gegeben, wo das Transponder-Spulensystem zwischen 2 Plättchen aus Leiterplattenmaterial, deren eine Seite zu einem Hohlraum ausgefräst wurde, quasi eingehaust wurde. Das Leiterplatten-Halbzeug wurde dabei unter den üblichen Bedingungen verpresst um sich einen weiteren Klebevorgang zu ersparen. Ziel unseres Lösungsansatzes soll jedoch sein, den üblichen Leiterplatten-Herstellprozess möglichst gar nicht zu stören oder entscheidend zu modifizieren, außer dass das Transponder-Spulensystem beim Verpressvorgang lagegenau zugeführt werden muss.

Den ebenfalls denkbaren Lösungsansatz, ein fertig gehaustes Transponder- Spulensystem einfach auf eine Leiterplatte zu bestücken bzw. zu verlöten, halten wir nicht für handlings-sicher genug, die gespeicherte Information bis zum Gebrauchsdauer-Ende zur Verfügung zu halten. Das Risiko der vorzeitigen Beschädigung bzw. der unbeabsichtigten Entfernung aus der Platine ist ähnlich hoch wie bei nur aufgeklebten Etiketten. Zusätzlich beansprucht ein derartiges Bauteil wertvollen Platz auf der Platinenoberfläche, was zu deren Vergrößerung (und somit zusätzlichen Verteuerung) führt.

Claims (6)

1. Datenspeichereinrichtung in einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte entweder als pla­ nares Bauelement oder als dreidimensionale Einheit ausgeführt sein kann wobei der Datenträger in die Leiterplatte dergestalt eingebacht sein kann, dass eine Aussparung (E) in einer Laminatschicht (C) das notwendige Verbauvolumen schafft, die darunter liegende Laminatschicht (C), den notwendigen Halbleiterchip trägt, und die Kontaktie­ rung (I) der notwendigen Komponenten des Datenträgers untereinander mit durch die Leiterplattenfertigung verfügbaren Technologien hergestellt wird dadurch gekennzeichnet dass:
Der Datenträger vollständig in das Bauvolumen der Leiterplatte eingebracht ist,(Zeichnung 1)
dass der Datenträger aus einer Übertragungsspule (G) für die berührungslose Kommuni­ kation nach außen und einem Halbleiterbaustein (F) besteht,
dass der Halbleiterbaustein galvanische Verbindungen (I) mit der Leiterplatte besitzt,
dass über diese galvanische Verbindung einerseits die Übertragungsspule (G, H) und an­ derseits Durchkontaktierungen angeschlossen sind (J)
dass über die Durchkontaktierung eine Verbindung zu der später auf die Leiterplatte aufzubringenden Schaltung hergestellt wird.

• 1.a. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbauvolumen aus der Flexibilität der verwendeten Laminatschichten während des Laminierens resultiert.

2. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip im Direct Bonding mit der Übertragungsspule verbunden ist dass der Halbleiterchip im Wire Bonding mit den Durchkontaktierungen verbunden ist dass die Übertragungsspule als Kupferspule ausgeführt ist

3. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip im Wire Bonding mit den Durchkontaktierungen verbunden ist dass die Spule als Leiterbahnspule ausgeführt ist

4. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip im Wire Bonding mit den Durchkontaktierungen verbunden ist dass die Spule direkt auf dem Halbleiterchip mit Methoden der Halbleiterindustrie auf­ gebracht ist.

• 4.a. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip im FlipChip-Verfahren montiert wird, wobei die galvanische Ver­ bindung durch leitfähigen Kleber ausgeführt ist.
• 4.b. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip im FlipChip-Verfahren montiert wird, wobei die galvanische Ver­ bindung durch Löten hergestellt ist.

5. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1 und (2 oder 3 oder 4) dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip nichtflüchtigen Speicher enthält

6. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 1 und 5 und (2 oder 3 oder 4), dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip eine direkte Kommunikation von der Datenübertragungsspule zu den galvanischen Verbindungen der später noch aufzubringenden elektronischen Schaltung ermöglicht.