Die aktuellen weltweiten Krisen führen auch auf dem Halbleitermarkt zu immer mehr Lieferproblemen. Halbleiterhersteller konsolidieren ihre Produktlinien oder fusionieren zu immer größeren Konzernen. Eine stark steigende Anzahl der im Portfolio vorhandenen Komponenten wird daher oft kurzfristig abgekündigt und ist nicht mehr am Markt verfügbar. Dies ist in der Industrie insbesondere für Hersteller von langlebigen oder zertifizierten Produkten ein riesiges, auch existenzielles Problem. Da ein Redesign von Elektronikbaugruppen sehr oft aufgrund des damit verbundenen Aufwandes und der dann möglicherweise fälligen Neuzulassungen wie z.B. im Bereich der Medizintechnik nicht in Frage kommt, ist die Resteindeckung mit den abgekündigten Bauteilen und die anschließende Einlagerung das Mittel der Wahl. Doch die Einlagerung von LTB (Last-Time-Buy)-Teilen birgt nicht zu unterschätzende Risiken, da nur ein qualifiziertes, speziell auf die Komponente zugeschnittenes Lagerungskonzept die Funktionalität und Verarbeitbarkeit nach einer Lagerungszeit von mehreren Jahren oder Jahrzehnten sicherstellt.

Risiken bei der Langzeitlagerung elektronischer Komponenten

Zur Beurteilung der Risiken für die Langzeitlagerung muss zunächst im Vorfeld der aktuelle Gesamtzustand der zu lagernden Komponenten erfasst werden. Dabei ist zu ermitteln, ob die Bauteile mechanisch und elektrisch einwandfrei sind und welche Risiken während der Lagerung zu erwarten sind, bzw. ob die Komponenten überhaupt für eine Lagerung geeignet sind. Verschiedenste Alterungsprozesse können bereits bei normaler Lagerung aber auch unter Stickstoffatmosphäre (Stickstoff-Dry-Pack) innerhalb von zwei Jahren die Funktionalität (z. B. durch Daten- und Kapazitätsverluste, Leckströme) und Verarbeitbarkeit (z.B. im Löt-oder Crimp-Prozess) elektronischer Komponenten maßgeblich beeinträchtigen. Wesentliche Alterungsprozesse sind:

• Diffusionsprozesse auf dem Halbleiterchip und den Anschlusspins
• Alterung durch Feuchte und Sauerstoff (Korrosion und Oxidation)
• Alterung durch Schadstoffe
• Whiskerbildung
• Zinnpest
• Delamination
• Versprödung

Beispiel für Alterungsprozesse: Korrodierte Lötkontakte

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Vielfach ist die Meinung verbreitet, eine Lagerung in Stickstoff-Atmosphäre, Trockenkammern oder Korrosionsschutzfolie stoppe die Alterungsprozesse. Das ist falsch!

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Durch Stickstoff wird ausschließlich die Oxidation reduziert, die nur ein sehr kleiner Bestandteil sämtlicher zu berücksichtigender Alterungsprozesse darstellt. In den sogenannten Stickstoff-Drypacks, die oftmals für eine Langzeitlagerung verwendet werden, findet man bei einem Standardverpackungsprozess zudem immer noch einen Sauerstoffanteil im Prozentbereich. Dementsprechend ist sogar die Wirkung der verminderten Oxidation fraglich. Die relevanten Alterungsprozesse, wie z.B. die Diffusions- oder auch Korrosionsprozesse durch ausgasende Schadstoffe, werden hierbei in keiner Weise reduziert! Die Lagerung in Trockenkammern sowie Korrosionsschutzfolien verhindern ebenfalls nur bedingt Korrosionsvorgänge, da nicht alle Faktoren berücksichtigt werden, die zu Korrosion führen können.

Reduzierung der relevanten Alterungsprozesse durch das Langzeitkonservierungsverfahren TAB®

Zur Lösung der Problematik, dass Bauteile während der Lagerung auf vielfache Weise altern, hat die Firma HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH aus Bensheim, einer der weltweiten Marktführer für Dienstleistungen rund um elektronische Komponenten, mit TAB® (Thermisch-Absorptive-Begasung) ein einzigartiges Verfahren entwickelt, um die Langzeitverfügbarkeit elektronischer Komponenten mit der erforderlichen Qualität sicherzustellen. Die drastische Reduktion der Alterung wird dabei im Wesentlichen durch 3 Faktoren erreicht:

• Zunächst wird durch gezielte individuelle Temperaturreduktion die Schwelle der Aktivierungsenergie drastisch erhöht. Chemische Reaktionen laufen dementsprechend gar nicht oder nur sehr langsam ab. Dadurch werden viele der inneren (auf dem Halbleiterchip) und äußeren Alterungsprozesse nahezu gestoppt, wie es z.B. am Wachstum der intermetallischen Phase (Diffusion am Bauteilanschluss) zwischen dem Kupfer aus dem Inneren des Bauteilpins in das Zinn der Pinoberfläche deutlich gezeigt werden kann. Die jahrzehntelange Forschung und abgestimmte Verfahren bei HTV ermöglichen es dabei, kritische Nebeneffekte, wie z. B. die Zinnpest, auszuschließen. Die Lagerung, insbesondere bei tiefen Temperaturen, erfordert eine genaue Kenntnis der Umwandlungsprozesse, um durch geeignete Einstellung der Lagerungsparameter und zugehörige Überwachungsstrategien eine Umwandlung zu verhindern.
• Der zweite wesentliche Faktor ist ein von HTV entwickeltes System aus speziellen Funktionsfolien und individuell zusammengestellten komponentenspezifischen Absorptionsmaterialien. Dieses bewirkt die Absorption organischer und anorganischer Schadstoffe, die aus den elektronischen Komponenten ausgasen oder von außen in die Verpackungen diffundieren.
• Der dritte Faktor ist ein spezieller konservierender Gascocktail, welcher die zu lagernden Komponenten umspült und Korrosionsprozessen entgegenwirkt. Zudem werden Feuchtigkeit, Sauerstoff und Gaszusammensetzung kontrolliert und auf das Produkt angepasst eingestellt, so dass eine Alterung bestmöglich reduziert ist.

Bei der Lagerung im TAB®-Verfahren ist nahezu kein intermetallisches Phasenwachstum (Diffusionsprozess) feststellbar Generell ist bei normaler Lagerung die Materialveränderung in den ersten Jahren am schnellsten. Komponenten, die nicht sofort benötigt werden, sollten also möglichst umgehend im TAB®-Verfahren eingelagert werden, um so ein langes Komponentenleben zu ermöglichen! Vergleich der Lagerungsverfahren Entscheidend für den Erfolg der Langzeitkonservierung sind dabei ausgeklügelte umfangreiche Überwachungs- und Analysestrategien, die sicherstellen, dass die Qualität und der Zustand der Ware für viele Jahre und Jahrzehnte nahezu unverändert bleibt. Basis hierfür ist ein kontinuierlich wachsender Bestand an hochsensitiven Analysesystemen, die eventuelle Veränderungen der Ware bereits im Anfangsstadium erkennen würden. Im akkreditierten HTV-Institut für Materialanalyse können dank solch umfassender Analysemethoden und -verfahren elektronische Komponenten bis ins kleinste Detail untersucht und damit selbst kleinste Veränderungen ausfindig gemacht werden. Einblick ins akkreditierte HTV-Institut für Materialanalyse Ein weiteres, oftmals nicht berücksichtigtes, aber wesentliches Risiko bei der Langzeitlagerung ist die physikalische Sicherheit der Komponenten. Insbesondere Feuer ist eine sehr ernstzunehmende Gefahr, deren Auftrittswahrscheinlichkeit bei Lagerdauern von mehreren Jahrzehnten nicht unerheblich ist. Dementsprechend ist bei TAB® die Lagerung in Hochsicherheitsgebäuden ein wesentlicher Bestandteil und stellt neben optimierten Lagerungsbedingungen auch den Schutz vor Brand, Diebstahl und Naturkatastrophen sicher. HTV Hochsicherheitsgebäude Klimakammern im Hochsicherheitsgebäude

Stücklisten-Obsoleszenzanalyse zur Überwachung und Vorhersage für die zukünftige Verfügbarkeit elektronischer Komponenten

Neben einer Langzeitlagerung wichtiger Komponenten ist insbesondere auch eine regelmäßige Überwachung der Produktstücklisten der Baugruppenhersteller im Rahmen eines proaktiven Obsoleszenzmanagements von großer Wichtigkeit. Die frühzeitige Benachrichtigung bei Abkündigungen und Versorgungsproblemen ermöglicht es, rechtzeitig geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Produktionsausfällen und zeit- und kostenintensiven Wiederbeschaffungskonzepten (z. B. Redesign-Prozess) zu ergreifen. So können Bauteile bevor diese obsolet sind oder unmittelbar nach einer End-of-production PCN mit dem TAB®-Verfahren für Jahrzehnte bevorratet werden. HTV bietet seinen Kunden mit der Stücklisten-Obsoleszenzanalyse die Möglichkeit, große Teile des eigenen Obsoleszenzmanagements auszulagern und damit Kosten für Personal, Hard- und Software einzusparen. Eine Kombination der bei HTV verwendeten unterschiedlichen Bauteil-Datenbanken, ermöglicht dem Auftraggeber einen breiten und belastbaren Überblick über die Verfügbarkeitssituation und zeigt Alternativen auf.

Fazit

Um, insbesondere in Zeiten der Allokation, die dauerhafte Ersatzteilverfügbarkeit sicherzustellen, sollten wichtige elektronische Komponenten bereits frühzeitig während der Produktion eingelagert werden. Die während einer Einlagerung elektronischer Komponenten auftretenden Risiken können mit dem weltweit einmaligen HTV-TAB®-Verfahren beherrscht werden, indem TAB®, im Gegensatz zur herkömmlichen Lagerung in Stickstoff Dry-Packs oder Korrosionsschutz-Folien, alle relevanten Alterungsprozesse elektronischer Komponenten extrem reduziert oder sogar verhindert. Elektronische Komponenten wie z. B. Bauteile, Baugruppen, Displays oder ganze Geräte können so bei vollem Erhalt der Verarbeitbarkeit und Funktionalität für bis zu 50 Jahre eingelagert werden. Mittels professioneller Stücklistenanalysen werden dabei im Vorfeld die entscheidenden Obsoleszenzkandidaten ermittelt! Abkündigungen oder Lieferengpässe von Komponenten verlieren damit ihre Brisanz und Produktlebenszyklen können signifikant verlängert werden. Kontakt: Annemarie Maletic Managing Director – Commercial Operations/Sales Director HTV Halbleiter Test & Vertriebs-GmbH Tel.: +49 (0) 62 51 / 8 48 00-0 E-Mail: Internet: www.HTV-GmbH.de

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