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Dieser Artikel wurde von Daniel Theis – Technical Manager bei Rhopoint Components – verfasst.
Die Entfernung von Blei aus elektronischen Komponenten ist seit Ende der 1990er Jahre ein fortlaufender Prozess, der von Umwelt- und Gesundheitsbedenken vorangetrieben wird. In der Folge wurden Vorschriften eingeführt, die den Prozess formalisierten, wie die Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS), die die Verwendung von sechs gefährlichen Stoffen, einschließlich Blei, in elektrischen und elektronischen Geräten, die in der EU verkauft werden, beschränkte, sowie die WEEE-Richtlinie, die die Abfallwirtschaft und das Recycling von elektronischen Geräten regelt.
Abb 1 – PCB mit hoher Dichte
Die Elektronikindustrie ist weitgehend auf die Verwendung von bleifreien Lötlegierungen umgestiegen, wie zum Beispiel Zinn-Silber-Kupfer (SAC), Bismut-Zinn oder Zinn-Kupfer, und Beschichtungsmaterialien wie Nickel-Gold oder Palladium. Herstellungsprozesse mussten geändert werden, um bleifreie Materialien aufnehmen zu können, da bleifreie Lote höhere Schmelzpunkte haben.
Das Risiko von Zinn-Whiskern in elektronischen Systemen
Blei- und bleifreies Löten ist heutzutage weit verbreitet, bringt jedoch einige Zuverlässigkeitsprobleme mit sich, wie z B erhöhte Sprödigkeit und das Risiko von Zinnhaaren. Zinn-Whisker sind haarähnliche metallische Filamente, die von zinnreichen Oberflächen wachsen und Risiken wie Kurzschlüsse verursachen, die zu einem Ausfall der Ausrüstung führen können.
Während sie nicht als ein besonderes Problem für irdische kommerzielle und industrielle Anwendungen angesehen werden, können sie mit Raten von 0 wachsen.3–9 mm pro Jahr je nach Belastung und Umweltbedingungen, Studien legen nahe, dass Barthaare im Weltraum schneller wachsen könnten aufgrund der Vakuumbedingungen, strahleninduzierter Belastung und thermischer Zyklen.
Abb 2 – Beispiel Zinnhaare
Bild mit freundlicher Genehmigung des IFA (Institut für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung)
Das Wachstum von Zinn-Whiskern eindämmen
Zinn-Whisker stellen ein bedeutendes Problem in hochzuverlässigen Systemen wie der Luft- und Raumfahrt, Medizin- und Verteidigungselektronik dar, wo sie durch intermittierende oder permanente Kurzschlüsse zwischen Kontakten oder Leiterbahnen auf Leiterplatten zu Ausrüstungsausfällen führen können.
Verschiedene Techniken können das Risiko von Zinnwischern reduzieren, darunter:
- Verbesserung des Plattierungsprozesses oder des Glühens zur Reduzierung innerer Spannungen.
- Einführung von Legierungszusätzen im Lot, um das Wachstum von Whiskern zu hemmen.
- Das Auftragen einer konformen Beschichtung zur Verhinderung der Bildung von Whiskern.
Jedoch beseitigen keines dieser Verfahren das Risiko vollständig, so dass eine gründliche Prüfung und Validierung von Hochzuverlässigkeitselektronik erforderlich ist.
Warum bleihaltiges Lot immer noch in der Weltraumelektronik verwendet wird
Die lange Geschichte und nachgewiesene Zuverlässigkeit von bleibasierter Lötung machen sie zu einer fortwährenden Wahl für kritische elektronische Systeme, insbesondere in Raumfahrt, Verteidigung und medizinischen Anwendungen.
Hauptvorteile von bleihaltigem Lot sind:
- Unterdrückt die Bildung von Zinnhaaren, was das Risiko elektrischer Ausfälle verringert.
- Hält extremen Temperaturschwankungen besser stand als bleifreie Alternativen.
- Weniger empfindlich gegenüber strahleninduziertem Abbau in Weltraumumgebungen.
- Minimale Ausgasungseigenschaften in einem Vakuum zur Reduzierung des Kontaminationsrisikos.
- Widerstandsfähiger gegen Spannungsrisse und Risse, die langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten.
Die Entwicklung von bleifreien Alternativen läuft weiter, aber bleihaltiges Lot bleibt der Standard für missionkritische Anwendungen im Weltraum, in denen ein Ausfall keine Option ist.
Abb 3 – Beispiel für Zinnwhisker
Bild mit freundlicher Genehmigung des IFA (Institut für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung)
Die Rolle von Hochverlässlichen Komponenten in LEO-Satelliten
Das exponentielle Wachstum von Low Earth Orbit (LEO)-Satelliten erhöht die Nachfrage nach zuverlässigen elektronischen Systemen. Projekte wie SpaceX’s Starlink, mit Plänen, ungefähr 42000 Satelliten zu starten, verdeutlichen die schnelle Expansion des LEO-Satellitenmarktes.
Da Satelliten nach dem Start nicht repariert oder gewartet werden können, ist die Systemzuverlässigkeit von größter Bedeutung. Jedes Bauteil muss für den Einsatz im Weltall qualifiziert sein, um Ausfälle zu verhindern, die zu finanziellen Verlusten und gestörten Dienstleistungen führen könnten.
Sicherung einer sicheren Lieferkette für Raumfahrt-Elektronik
Unternehmen, die elektronische Systeme für den Weltraum herstellen, müssen nicht nur geeignete Komponenten beschaffen, sondern auch über Veränderungen in den Fertigungsprozessen informiert bleiben.
Das gesamte Stücklistenmanagement (BOM) zu verwalten ist eine große logistische Herausforderung, die eine genaue Überwachung erfordert von:
- Neue Produktentwicklungen bei elektronischen Bauteilen.
- Änderungen in Industriestandards und -vorschriften.
- Veralterung und Risiken in der Lieferkette.
Der Wert von spezialisierten Distributoren
Die Zusammenarbeit mit einem spezialisierten Distributor hilft OEMs, zuverlässige, qualifizierte Komponenten von einer vertrauenswürdigen Quelle zu sichern. Verteiler bieten:
- Zugang zu den neuesten Marktdaten über neue Materialien, Produktinnovationen und regulatorische Änderungen.
- Ein optimierter Lieferkettenprozess, der die Produktionsverzögerungen reduziert.
- Unterstützung für individuelle Komponenten-Designs und COTS (Commercial Off-The-Shelf)-Alternativen, wenn zutreffend.
Rhopoint-Komponenten: Unterstützung von Elektronik mit hoher Zuverlässigkeit
Rhopoint Components ist ein autorisierter Partner von über 25 führenden Herstellern der Branche und bietet:
- Eine breite Palette an gelagerten elektronischen Bauteilen und vollständig maßgeschneiderten Lösungen.
- Technische und logistische Fachkenntnisse für komplexe Projekte.
- Effiziente Verkaufs- und Vertriebsaktivitäten mit Sitz im Vereinigten Königreich zur Unterstützung globaler Kunden.
Um das umfangreiche Sortiment an für den Weltraum zugelassenen elektronischen Komponenten von Rhopoint Components zu erkunden, besuchen Sie www.rhopointcomponents.de/branchen/luft-und-raumfahrt/
