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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Verfahren

Vornorm

Einführungsbeitrag

Der jetzt vorliegende Teil 2 der Normreihe Luftfahrtelektronik-Prozessmanagement - Elektronische Systeme der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung mit bleifreiem Lot legt Prozesse für die Dokumentation der Maßnahmen zur Verringerung der gefährlichen Auswirkungen von bleifreiem Zinn in elektronischen Systemen fest. Diese Norm gilt für elektronische Anwendungen der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie für Hochleistungsanwendungen (ADHP - Aerospace, Defence and High Performance), für die Ausrüstungen/Geräte beschafft werden, die bleifreie Zinnbeschichtungen enthalten können. Aufgrund unterschiedlicher tatsächlicher und möglicher gesundheitsrelevanter Aspekte werden zahlreiche bei der Herstellung elektronischer Produkte eingesetzte Materialien einer eingehenden Überprüfung unterzogen. Die Europäische Union (EU) hat zwei Richtlinien erlassen, die Richtlinie 2002/95/EG zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten (RoHS) und die Richtlinie 2002/96/EG über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE), die die Verwendung verschiedener Stoffe in vielfältigen, nach Juli 2006 gefertigten Produkten beschränkt oder unterbindet. Einer der von der Beschränkung betroffenen Hauptstoffe ist Blei (Pb), das breite Verwendung in Elektroniklot, in den Anschlüssen elektronischer Bauelemente und in Leiterplatten findet. Obwohl es den Anschein haben mag, dass von diesen Richtlinien nur Produkte für den Verkauf in der EU betroffen sind, ändern zahlreiche Unterlieferanten aufgrund des geringen Marktanteils der ADHP-Elektronikindustrie ihre Produkte, weil ihr primärer Markt die weltweite Unterhaltungselektronik ist. Außerdem haben mehrere asiatische Länder und US-Staaten ähnliche "grüne" Gesetze erlassen. Zahlreiche asiatische Elektronikhersteller haben unlängst vollständig "grüne" Produktgruppen angekündigt. Die Beschränkung der Verwendung von Blei hat dazu geführt, dass zahlreiche Bauelemente- und Leiterplattenlieferanten dazu übergehen, SnPb-Oberflächenbeschichtungen durch reine Zinn- oder andere bleifreie Beschichtungen zu ersetzen. Bleifreie Zinnbeschichtungen können anfällig für das spontane Wachstum von Kristallstrukturen sein, die als "Zinnwhisker" bezeichnet werden und von parametrischen Abweichungen bis hin zu katastrophalen Kurzschlüssen reichende elektrische Fehler verursachen und zum Beispiel empfindliche optische Oberflächen oder die Bewegung von Micro-Electro-Mechanical Systemen (MEMS) störend beeinflussen können. Obwohl Zinnwhisker seit Jahrzehnten untersucht und beschrieben werden, ist der hinter ihrem Wachstum stehende Mechanismus nicht hinreichend geklärt, und sie bleiben ein mögliches Zuverlässigkeitsrisiko. Weiterhin bedeutet die wachsende Anzahl der Bauelemente mit reinen Zinnbeschichtungen, dass es mehr Möglichkeiten für das Wachstum von Whiskern und durch sie verursachte Fehler gibt. Es ist wichtig festzuhalten, dass die Art und Bedeutung des 'Risikos', das Zinnwhisker darstellen, über den Bereich der Anwender dieser Norm beträchtlich variieren können. Wie bei jeder Risikobewertung müssen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers sowie die Folgen des Auftretens eines Fehlers für jede Anwendung berücksichtigt werden. Bei der Wahl/Bestimmung der anzuwendenden Überwachungsstufe(n) sind für die jeweilige Geräte-/Systemanwendung mögliche Whisker-Fehlerarten sorgfältig in Betracht zu ziehen. Beispielsweise erleiden für Whisker anfällige bedrahtete Bauelemente auf Leiterplatten, die in einem regelmäßig oder ständig betriebenen System verwendet werden, gegebenenfalls nur parametrische Abweichungen oder Unterbrechungen, da einzelne Whisker wachsen und zu einem benachbarten Anschluss einen Kurzschluss erzeugen. Andererseits können auf derselben Leiterplatte, wenn sie in einer Rakete eingesetzt wird, die jahrelang im Ruhezustand gelagert wird, zahlreiche lange Whisker heranwachsen und zu katastrophalen Kurzschlussbedingungen führen, wobei die Kurzschlüsse aber erst stattfinden, wenn die Rakete auf ihr Ziel abgeschossen wird und zu einem Fehlschlagen der Mission führt. Für die Anwendung dieser Spezifikation bezieht sich "Risiko" auf die Möglichkeit und die Folgen eines durch Whisker verursachten Fehlers, nicht auf die bloße Möglichkeit des Vorhandenseins eines Whiskers. Diese Spezifikation ist für Organisationen vorgesehen, die elektronische Baugruppen, in denen Einheiten mit bleifreien Zinnbeschichtungen enthalten sind, beschaffen, konstruieren, herstellen oder reparieren, zur Dokumentation der Prozesse, die sie zur Sicherstellung von Leistung, Zuverlässigkeit, Lufttüchtigkeit, Sicherheit und Zertifizierbarkeit dieser Baugruppen anwenden. Sie bietet einen Rahmen für die Verständigung über und Einigung auf die Prozesse, die zur Überwachung und Verringerung der Verwendung von bleifreiem Zinn in diesen Anwendungen eingesetzt werden sollen. Diese Spezifikation behandelt das mit Zinnwhiskern verbundene Risiko. Der derzeitige Forschungsstand zum Zinnwhisker-Risiko aber erlaubt noch keine genauen quantitativen Risiko- und Zuverlässigkeitsschätzungen. Diese Spezifikation legt drei grundlegende Überwachungsstufen fest, die das Maß an Aufmerksamkeit beschreiben, das dem mit Zinnwhiskern verbundenen Risiko gewidmet werden sollte: keine Beschränkung der Verwendung von Zinn, teilweise Beschränkung der Verwendung von Zinn und Verbot der Verwendung von Zinn. Ergänzt wird die Spezifikation durch sechs informative Anhänge: - Anhang A.1 enthält einen Leitfaden zur Auswahl der Überwachungsstufen und zur Durchführung von Risikobewertungen - Anhang A.2 enthält Angaben zum Hintergrund verschiedener Risikominderungsverfahren - Anhang A.3 enthält Leitlinien zur Durchführung von Zinnwhisker-Prüfungen - Anhang A.4 enthält einige zusätzliche Hinweise zur Zinnwhisker-Risikoanalyse - Anhang A.5 enthält Angaben zu Whiskern, die aus Lötmittelmengen und Lötverbindungen herauswachsen - Anhang A.6 enthält Literaturhinweise Zuständig ist das DKE/K 684 "Process Management for Avionics" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 682 - Aufbau- und Verbindungstechnik für elektronische Baugruppen