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3. Normenausschüsse

DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Verfahren

Vornorm

Einführungsbeitrag

Dieses Dokument enthält Angaben zum technischen Hintergrund und beschreibt einen Beschaffungsleitfaden sowie technische Verfahren und Leitlinien zur Unterstützung von Organisationen, die Nacharbeiten/Reparaturen an elektronischen Systemen der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Hochleistungsanwendungen durchführen, welche unter Verwendung herkömmlicher Legierungen, z. B. SnPb-Legierungen, oder bleifreier Legierungen oder einer Kombination aus SnPb- und bleifreien Loten und Oberflächenbeschichtungen montiert oder zuvor nachgearbeitet/repariert wurden. Dieses Dokument enthält einen Überblick über bekannte Auswirkungen und Probleme sowie über Prozesse für die Nacharbeit/Reparatur und stellt technische Regeln bereit, die es den Reparaturtechnikern ermöglichen, ihre Aufgabe auszuführen. Dieses Dokument behandelt schwerpunktmäßig die Bauteilentnahme und den Austausch von Bauteilen. Im Rahmen dieses Dokuments wird der Begriff "Nacharbeit/Reparatur", wie zutreffend, verwendet. Dieses Dokument kann auch von anderen Industrien für Hochleistungs- und hochzuverlässige Systeme nach eigenem Ermessen angewendet werden. Der weltweite Übergang zur bleifreien Elektronik wirkt sich in unterschiedlicher Weise auf die Industrie der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Hochleistungsanwendungen (ADHP) sowie auf weitere Industrien für hochzuverlässige Anwendungen aus. Dieses Dokument ist als Hilfestellung bei der Entwicklung von Verfahren und Prozessen für die Nacharbeit/Reparatur von elektronischen Systemen der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Hochleistungsanwendungen vorgesehen. Es umfasst hinreichende Angaben zur Unterstützung der Verarbeitung von Ausrüstungen/Geräten, die entweder SnPb- oder bleifreie Lotlegierungen, SnPb- oder bleifreie Bauelemente und Leiterplattenbeschichtungen oder eine Kombination aus bleihaltigen und bleifreien Materialien enthalten. Dieses Dokument ist zur Anwendung durch Hersteller von Originalausrüstungen/-geräten (OEMs), Vertragshersteller (CMs) und Handelsdepots vorgesehen. Dieses Dokument kann auch von Personal angewendet werden, das Nacharbeiten/Reparaturen auf der Instandhaltungsstufe "O" (Organizational Level), der Werkstatt-Instandhaltungsstufe "I" (Intermediate Level) und der Instandhaltungsstufe "D" (Depot Level) durchführt. In jüngerer Zeit erlassene Richtlinien und Gesetzgebungen von Staaten in der ganzen Welt verordneten die Unterbindung des Gebrauchs von Blei und anderen gefährlichen Stoffen in Bereichen der Elektronikindustrie bis zum Jahr 2006. Blei (Pb) war in der Elektronik mehr als 50 Jahre lang ein wesentlicher Bestandteil in SnPb-Loten, die zur Bauteilbefestigung eingesetzt wurden, sowie in Leiterplattenbeschichtungen, und in jüngerer Zeit in den Lotkugeln zur Befestigung von BGA-Gehäusen. Da es keinen "hundertprozentigen" Ersatz für SnPb-Lotlegierungen gibt, tauchten in der Fertigungsindustrie zahlreiche bleifreie Ersatzlegierungen auf. Diese vielfältigen Ersatzlegierungen werden in Leiterplattenbeschichtungen, Bauteilanschlussbeschichtungen und als Lotlegierungen eingesetzt und lassen die Nacharbeits-/Reparaturtechniker mit buchstäblich Hunderten von möglichen metallischen Verbindungen bei der Reparatur zurück. Die meisten der in Betracht kommenden bleifreien Legierungen weisen Schmelztemperaturen auf, die 34 °C bis 44 °C mehr betragen als die Schmelztemperatur von eutektischem SnPb-Lot. Diese bei bleifreien Legierungen höheren Verarbeitungstemperaturen erfordern erhebliche Änderungen der konvektiven Nacharbeits-/Reparaturverfahren und geringere Anpassungen der konduktiven Handlötverfahren, um die Fertigung von Qualitätsprodukten sicherzustellen. Ein weiteres wesentliches Problem ist das mögliche erneute Auftreten von Zinnwhiskern als zusätzlicher Geräteausfallmechanismus. Zinnwhisker sind elektrisch leitende, kristalline Strukturen aus Zinn (Sn), die unter Druckkraft auf Oberflächen, auf denen Zinn (insbesondere galvanisches Zinn) als eine Endbeschichtung verwendet wird, wachsen. Es wurden Zinnwhisker mit einer Länge von mehreren Millimetern (mm) beobachtet. Zahlreiche Ausfälle elektronischer Systeme wurden auf Kurzschlüsse zurückgeführt, welche durch Zinnwhisker, die dicht angeordnete Schaltungselemente überbrücken, verursacht worden waren. Jahrzehntelang wurde das Auftreten von Zinnwhiskern durch die Zugabe von Blei (Pb) zu der in hochzuverlässigen Anwendungen eingesetzten Verzinnung erfolgreich unterbunden. Mit der weltweiten Umstellung auf bleifreie Lote stellt das erneute Auftreten von Zinnwhiskern ein wesentliches Zuverlässigkeitsproblem dar. Weitere Aspekte zum Zinnwhiskerwachstum und zu Risikominderungsmaßnahmen werden in IEC/TS 61647-2 beschrieben. Hinsichtlich des Verfahrens gleicht die konduktive Nacharbeit/Reparatur von bleifreien Legierungen der von SnPb-Legierungen. Es müssen jedoch Anpassungen vorgenommen werden, um der allgemein schwächeren Benetzungsfähigkeit bleifreier Lote sowie den Unterschieden hinsichtlich des Erscheinungsbilds und der Prüfkriterien Rechnung zu tragen. Die konvektive Nacharbeit/Reparatur erfordert die Neuentwicklung von Schmelzprofilen zwecks Anpassung der höheren Schmelztemperaturen bleifreier Legierungen. Im Vergleich zu SnPb-Legierungen weist die Nacharbeit/Reparatur mit bleifreien Legierungen auch ein engeres Prozessfenster mit geringerer Toleranzgrenze für Fehler auf. Mit den richtigen Materialien, ordnungsgemäßer Vorbereitung, angemessener Fertigkeit und dem Einsatz grundsätzlich zuverlässiger Verfahren kann die Nacharbeit/Reparatur mit bleifreien Legierungen erfolgreich und sicher durchgeführt werden. Zuständig ist das DKE/K 684 "Process Management for Avionics" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE.

Zuständiges nationales Arbeitsgremium

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