Polychlorované bifenyly (PCB) a kvalita desek plošných spojů (PCB)

Zkratka PCB má dva zcela odlišné významy. Jeden se týká nebezpečných chemických látek, druhý desek plošných spojů v elektronickém průmyslu. Tato komplexní stať se zabývá oběma tématy, objasňuje jejich podstatu, rizika a význam.

Polychlorované bifenyly (PCB) - nebezpečné chemické látky

Polychlorované bifenyly (PCB) jsou skupinou 209 chemicky příbuzných látek (kongenerů) lišících se počtem a polohou atomů chloru navázaných na molekule bifenylu. Jedná se o organochlorové sloučeniny, které se vyráběly průmyslově od roku 1929 do 80. let 20. století. Celosvětově jich bylo vyrobeno kolem 750 tisíc tun. Tyto vysoce stabilní, olejovité kapaliny se používaly jako běžná aditiva v barvách, lacích, hydraulických zařízeních, teplonosných médiích a jako náplně transformátorů, kondenzátorů a dalších zařízení.

Vlastnosti a rizika PCB

Sloučeniny tohoto typu jsou dobře rozpustné v tucích (lipofilní) a proto se více hromadí jako chemické kontaminanty v tukových tkáních. Akutní toxicita těchto látek je nízká, ale při dlouhodobém zvýšeném příjmu mohou u člověka nastat zdravotní komplikace. Toxicita jednotlivých látek je rozdílná a vyjadřuje se faktorem ekvivalentní toxicity (vztaženo k účinku dioxinu 2,3,7,8-TCDD, protože PCB mohou působit podobnými mechanismy).

Podle odborníků je PCB karcinogenní, může narušovat hormonální rovnováhu nebo imunitní systém. Za nejvážnější jsou považována karcinogenní rizika, zejména pokud jde o rakovinu slinivky břišní a rakovinu jater. Dále bylo prokázáno, že PCB mají nepříznivý účinek na výkon imunitního systému, poškozují játra a snižují plodnost. Ukázala se také jejich značná odolnost vůči rozkladu a velmi špatná vyloučitelnost z organismu.

Některé PCB označované jako „PCB s dioxinovým efektem“ mají podobné toxikologické vlastnosti jako dioxiny, a proto jsou v kontextu veřejného zdraví často posuzovány společně.

Čtěte také: Nové emisní normy pro kotle

Rozšíření a znečištění

Vzhledem k jejich stálosti a nízké těkavosti jsou PCB v prostředí stále nesmírně rozšířené. Do vzduchu se z vyprodukovaného množství dostalo cca 30 tisíc tun, do povrchových vod cca 60 tisíc tun. V půdě je uloženo cca 300 tisíc tun těchto toxických látek, odkud se pomalu uvolňují.

Česko patří mezi evropské země, která je polychlorovanými bifenyly zamořena nejvíce. Přes dvě stě dvacet společností v Česku stále vlastní zařízení s jedovatými polychlorovanými bifenyly. Jedovaté látky jsou evidovány především jako chladící náplně do transformátorů a kondenzátorů. Například v areálu ostravské Nové Huti bylo zjištěno několik desítek transformátorů s obsahem PCB. Lhůta pro jejich výměnu stanovená Krajským hygienikem je do roku 2010. Celkové náklady na likvidaci zařízení a míst zamořených bifenyly pak ministerstvo odhadlo na deset miliard korun. Podle odhadů je v Česku 15 000 tun odpadů kontaminovaných PCB.

V minulosti se PCB běžně používaly jako součást nátěrových hmot, a to v silech nebo v kravínech, odkud se dostávaly do siláže a jiných krmiv a hromadily se v tělech dobytka, který byl zpracováván pro výrobu potravin. Z vody a říčních sedimentů jsou PCB akumulovány řasami a planktonem a dostávají se tak do potravních řetězců. Ryby žijící po delší dobu ve vodě kontaminované stopovými koncentracemi PCB v sobě tyto látky zakoncentrovaly až tisíckrát. PCB byly nalezeny v ovzduší i velmi daleko od urbanizovaných oblastí, které jsou zdrojem znečištění, dokonce v takových oblastech jako je Antarktida nebo Arktida. Hovoří se o procesu „globální destilace“, kdy se PCB vypařené v tropickém, subtropickém nebo mírném podnebném pásu planetárním prouděním vzduchu přesunují směrem k pólům, kde kondenzují v důsledku ochlazení vzduchu.

Regulace a opatření

Celosvětové nakládání s PCB reguluje od roku 2001 Stockholmská úmluva o persistentních organických polutantech. Jde o mezinárodní dohodu, jejímž cílem je eliminace vybraných nejnebezpečnějších chemických látek. Nařízením (EU) 2019/1021 o perzistentních organických znečišťujících látkách se provádějí mezinárodní závazky EU vyplývající ze Stockholmské úmluvy o perzistentních organických znečišťujících látkách (chemických látkách). Polychlorované bifenyly (PCB) jsou uvedeny v příloze I uvedeného nařízení.

Nejvyšší přípustné množství (maximální limity) PCB v živočišných potravinách je stanoveno nařízením Komise (EU) č. 1259/2011, kterým se mění nařízení (ES) č. 1881/2006, pokud jde o maximální limity pro dioxiny, PCB s dioxinovým efektem a PCB bez dioxinového efektu v potravinách. Skutečný obsah je sledován dozorovými orgány ČR, především Státní veterinární správou.

Čtěte také: Podrobnosti o incidentu Raúla Jiméneze

Analýzy transformátorových olejů na obsah PCB jsou určeny vlastníkům, případně provozovatelům zařízení, která mohou obsahovat PCB a podléhají tak evidenci. Rozbory PCB v transformátorových olejích jsou prováděny dle požadavků zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, v platném znění. Nepřítomnost PCB v předmětných zařízeních lze prokázat analýzou vzorku elektroizolační/provozní kapaliny/oleje. Odběr oleje je možné provést svépomocí do vzorkovnic poskytnutých laboratoří, případně do vlastních, ideálně skleněných, uzavíratelných vzorkovnic.

PCB v potravinách a zdraví člověka

Zdrojem PCB pro člověka jsou převážně živočišné potraviny. Lidé jsou vystaveni PCB zejména v důsledku konzumace tučných živočišných potravin (mléko, máslo, maso, ryby, vejce atd.). Indikátorem, podle kterého se posuzuje zatížení lidí, je obsah těchto látek v mateřském mléce. Vyšší expoziční dávky PCB lze očekávat zejména u osob s vyšším příjmem živočišných tuků. Snížení konzumace živočišných tuků může významně přispět ke snížení expoziční dávky. Pozornost zasluhují především děti, u kterých je expoziční dávka přirozeně vyšší než u dospělých osob.

V roce 2002 bylo testováno 11 000 vzorků potravin. Nejvyšší úroveň kontaminace PCB byla pozorována u ryb a vajec. Následovalo mléko a mléčné výrobky, maso a masné výrobky z průmyslové produkce. Nejnižší koncentrace vykazovaly potraviny rostlinného původu.

Kontaminace v chovech hospodářských zvířat

Nebezpečí překročení limitu PCB v tkáních zvířat a v jejich produktech je především při chovu v provozech, kde nebyly odstraněny staré nátěry používané před rokem 1986 (v roce 1986 byly zakázány) na vnitřní kovové konstrukce stájí, dále určité stavební hmoty s obsahem PCB, se kterými zvířata přicházejí do přímého styku. U staveb před rokem 1986 je důvodné předpokládat, že nátěrové a stavební hmoty obsahují PCB. Překrýt je novým nátěrem nestačí.

I poměrně malé množství olízané barvy, izolační hmoty, nebo pozření kontaminovaného krmiva, může způsobit z hlediska platného maximálního limitu PCB jeho překročení, čímž se stává živočišný produkt nepoživatelný. V případě kontaminovaných chovů nelze uvolnit surovinu, nebo potravinu do oběhu, a zvířata musejí být utracena a neškodně odstraněna. V posledních letech nebyly zaznamenány žádné nové případy kontaminace PCB v chovech skotu a prasat.

Čtěte také: Postupy pro nátěry dřeva

Již od roku 2012 platí pro maso, masné výrobky a syrové mléko v EU maximální limit PCB ve výši 40 nanogramů na gram tuku. Vzhledem k tomu, že v České republice dosud existují staré, neasanované stáje, dochází stále ojediněle ke zjištěním nadlimitních hodnot PCB v mase skotu a prasat i syrovém mléce. V současnosti průměrné obsahy PCB v hovězím a vepřovém mase i v syrovém kravském mléce v ČR bezpečně vyhovují maximálnímu limitu a z dlouhodobého hlediska se díky zpřísnění předpisů i soustavnému veterinárnímu dozoru snižují. Například u hovězího masa loni dosahovaly 9,58 ng/g.

„V případě, kdy má chovatel podezření, že v prostorech, kde chová hospodářská zvířata, mohly být použity materiály s obsahem PCB, doporučujeme mu poradit se s místně příslušnou krajskou veterinární správou a nechat tyto materiály vyšetřit ve Státním veterinárním ústavu v Praze, Jihlavě či Olomouci,“ uvedl ústřední ředitel Státní veterinární správy Milan Malena.

Desky plošných spojů (PCB) - základ elektroniky

Desky plošných spojů (PCB) jsou základem každého elektronického zařízení. Jakost jejich výroby ovlivňuje nejen funkčnost a spolehlivost zařízení, ale i životnost, elektromagnetické vlastnosti a možnosti osazování. Nízká kvalita PCB může vést k selhání v terénu, vyšší míře reklamací nebo nutnosti nákladných oprav a úprav. Kvalita PCB je výsledkem řady technických i procesních faktorů - od materiálů přes přesné zpracování až po důkladné testování.

Přehled hlavních faktorů kvality PCB

  • Volba materiálů a jejich specifikace
  • Přesnost obrazce včetně fotolitografie
  • Preciznost vrtání a výroby otvorů
  • Rovnoměrnost a typ povrchových úprav
  • Důkladné testování
  • Čistota procesů a chemikálií
  • Příprava dat a komunikace zákazník-výrobce (DFM)

Každý z těchto faktorů výrazně ovlivňuje výslednou desku a její elektrické i mechanické vlastnosti.

Materiál (FR-4, specifikace, certifikace)

Materiál, z něhož se PCB vyrábí, je základem kvality. Nejčastěji se používá FR-4, avšak jeho parametry se mohou lišit podle výrobců a konkrétních materiálových listů. Důležité jsou vlastnosti jako:

  • tepelná odolnost (Tg)
  • koeficient teplotní roztažnosti (CTE)
  • dielektrické vlastnosti (Dk/Df)

Tyto vlastnosti ovlivňují stabilitu při pájení a funkčnost signálových cest - zvláště u vysokorychlostních aplikací. Tvrdé materiály s vyšší Tg jsou vhodnější pro náročné provozy, zatímco flexibilní materiály se používají pro flex a rigid-flex desky.

Přesnost fotolitografie a měděných vrstev

Obrazec měděných cest na každé vrstvě desky vzniká pomocí fotolitografických procesů - od přípravy dat v CAM systémech přes expozici až po leptání. Důležitým parametrem je zde minimální šířka stop a mezera, která u výrobce může být okolo 75 µm u standardních technologií PCB.

Kontrola vrtání - díry, tolerance, rozměrová přesnost

Přesné vrtání je nezbytné pro:

  • PTH (pokovené průchozí otvory)
  • blind a buried vias (slepé, zaslepené a skryté otvory)
  • mikrootvory pro HDI PCB

Precizní vrtání je důležité nejen pro elektrické spojení vrstev, ale také pro mechanickou stabilitu a opakovatelnost výroby.

Povrchové úpravy a jejich rovnoměrnost

Povrchová úprava mědi chrání spoje před oxidací a umožňuje spolehlivé pájení. Rovnoměrná aplikace povrchové úpravy je nezbytná pro minimalizaci problémů při pájení, aby byla zajištěná kvalita PCB a pro dlouhodobou spolehlivost výrobku.

Testování: AOI, elektrické testy, impedance

Každá deska prochází kontrolou:

  • optickým a elektronickým testováním (AOI a E-Test)
  • případně měřením impedance tam, kde je to specifikováno

Tyto kontroly odhalují chyby v obrazcích, špatná spojení nebo zkraty ještě před expedicí produktu.

Čistota a kompatibilita chemických procesů

Chemické procesy - leptání, pokovování, čištění - musí probíhat v čistém a stabilním prostředí. Kontaminační látky by mohly negativně ovlivnit pájitelnost, mechanickou integritu nebo elektrické charakteristiky.

Jak zákazník může ovlivnit kvalitu

Zákazník může výrazně ovlivnit výslednou kvalitu PCB tím, že:

  • dodá správně připravené výrobní podklady (Gerber, ODB++/IPC-2581)
  • využije možnosti konzultace vyrobitelnosti
  • zvolí vhodný stack-up a materiály podle aplikace
  • specifikuje kontrolu impedance, pokud je potřeba

Správná komunikace a spolupráce s výrobcem minimalizují riziko chyb, zrychluje výrobu a podporuje se vysoká kvalita PCB a výsledného produktu.

Příklad z praxe: Gatema PCB

Gatema PCB je český výrobce PCB s více než 30 let zkušeností, který vyrábí desky pro zákazníky v celé Evropě. Ve výrobním procesu firma využívá:

  • CAM oddělení s moderním systémem pro přípravu dat
  • CNC vrtací, frézovací a slotovací stroje
  • fotolitografické procesy s digitálním tiskem
  • linky pro chemické zpracování (čištění, leptání, pokovování)
  • automatizované lisovací zařízení pro vícevrstvé PCB
  • širokou škálu povrchových úprav
  • elektrické a optické testování

Firma také integruje moderní digitalizaci a automatizaci (Průmysl 4.0) - v podobě propojení MES systému s ERP pro rychlé zpracování dat a optimalizaci výroby. Společnost Gatema PCB je certifikovaná podle AS9100 pro letecký průmysl a pravidelně inovuje procesy, což jí umožňuje vyrábět kvalitní PCB i pro náročné aplikace. Gatema PCB umí vyrobit mikrootvory průměru až 0,12 mm PTH a 0,15 mm blind vias, což umožňuje vysokou hustotu propojení i u kompaktních desek. Gatema PCB standardně nabízí různé povrchové úpravy: HAL (lead-free i PbSn), imerzní cín a gold (ENIG), gold pro konektory, další speciality jako masky a potisk. Gatema PCB má kontrolu chemie ve výrobě a také vlastní automatickou neutralizační stanici pro odpadní vody, čímž zajišťuje jak produktovou kvalitu, tak i environmentální soulad, a tím je také zajištěná kvalita PCB.

tags: #zakaz #pcb #natery #informace

Oblíbené příspěvky: