Bleifreie Komponenten sind besonders in sicherheitskristischen Bereichen oft ein Manko »Wir können Bauteile ver- und entbleien«

Klaus Kruse, Kruse Electronic Components, »Die Umwandlung von bleifrei auf bleihaltig ist eine probate Alternative, um ein aufwändiges und teures Re-Design zu vermeiden.«

Unter dem Motto »RoHS Conversion Service« bietet Kruse Electronic Components eine nicht alltägliche Dienstleistung: »Wir können RoHS-konforme in verbleite Komponenten umwandeln um und umgekehrt«, erklärt Geschäftsführer Klaus Kruse. Die Umwandlung erfolgt in einem mehrstufigen galvanischen Prozess.

Interessant ist dieser Service vor allem für Komponenten, die in Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt, den Militärbereich, die Medizinelektronik und den Automotive-Sektor zum Einsatz kommen. Top-Tier-Firmen aus dem Militärbereich zählt Kruse bereits zu seinen Kunden für diese Dienstleistung.  

Sicherheitskritische Bereiche wie Automotive, Medizin, Luft-, Raumfahrt und Militär sowie einige Industrial-Segmente dürfen nach der RoHS-Direktive weiterhin bleihaltige Bauteile und Lötprozesse einsetzen. Der Grund hierfür ist, dass die Langzeitstabilität der Baugruppen, die mit bleifreiem Zinn-Lot verarbeitet werden, noch nicht ausreichend erprobt ist. Das Problem sei, so Kruse, dass es teilweise bestimmte Bauteile nur noch bleifrei gibt und damit wird die Verarbeitung  auf der Baugruppe im bleihaltigen Lötprozess schwierig. Bleifreie Bauelemente bzw. Baugruppen leiden außerdem unter dem Manko, dass sie zur Whiskerbildung neigen.

»Nach etwa drei Jahren Lagerzeit können sich dabei kleine Härchen bilden und die ganze Applikation zerstören«, gibt Kruse zu bedenken. Diese feinen Strukturen führen leicht zu Kurzschlüssen auf der Leiterplatte oder auch zwischen den Bauelementen. Nicht zuletzt deshalb verwendet beispielsweise die Automobilindustrie in sicherheitskritischen Anwendungen wie dem ABS- oder ESP-System weiterhin bleihaltige Lote, da dies bislang die einzige Alternative ist,  die Whiskerbildung zu verhindern. Whisker entstehen teilweise erst nach Jahren Betrieb, und die beginnende Gefahr lässt sich von außen nicht erkennen oder messen. »Die Whisker brennen zwar bei etwa 10 mA durch, bis dahin kann der geflossene Strom aber schon zur Bauteilschädigung bzw. Fehlfunktion geführt haben«, erklärt Kruse. »Insofern ist die Umwandlung von bleifrei auf bleihaltig eine probate Alternative, um ein aufwändiges und teures Re-Design zu vermeiden.« Nach Aussage von Kruse ist der Umwandlungsprozess günstiger als ein Re-Design.  Zwar gilt wie in vielen anderen Bereichen auch in diesem Fall der Grundsatz »je mehr Stückzahlen, desto günstiger wird es«, aber, so Kruse, die Umwandlung lohne sich durchaus auch für kleine Stückzahlen, wenn beispielsweise wie im Militär oder Luft- und Raumfahrtbereich die einzelnen Baugruppe sehr hochwertig ist.

Aber auch eine Umwandlung in die andere Richtung, also von bleihaltig nach bleifrei, ist möglich und kommt dann zum Tragen, wenn verbleite Bauelemente für Bereiche nutzbar werden sollen, die nicht den Ausnahmeregeln der RoHS-Direktive unterliegen. Eine durchaus wirtschaftliche Alternative kann die Umwandlung in beide Richtungen auch sein, wenn es darum geht, bestehende Lagerbestände nicht abschreiben zu müssen, sondern durch die Konvertierung die Bauteile wieder verwenden zu können. Die Langzeitverfügbarkeit, beispielsweise im Fall von Bauteilen, die kurz vor der Abkündigung stehen, sieht Kruse dabei nicht als Problem. »Im Vorfeld muss klar festgelegt sein, wie viel Stückzahlen der Kunde benötigt. Wir haben dann die Möglichkeit die Bauelemente langfristig zu lagern, auch mit Langzeitkonservierung.«


Grundsätzlich lassen sich alle Bauelemente umwandeln  


Möglich ist der Konvertierungsprozess laut Kruse in beide Richtungen grundsätzlich für alle Komponenten, von aktiv, passiv bis hin zur Elektromechanik und sogar für Batterien. Auch die Größe ist kein Hindernis: Der Prozess ist bis hinunter zu einer Bauteile-Größe von 0201 und bis zu Abmessungen von 10 cm x 40 cm erprobt. Der Umwandlungsprozess in beide Richtungen sei zuverlässig und werde seit Jahren erfolgreich für große Firmen, beispielsweise aus dem Militär-Sektor praktiziert, betont Kruse. »Wir arbeiten hier mit zwei großen Firmen zusammen, die sich auf solche galvanischen Prozesse spezialisiert haben.« Nennen möchte Kruse die Firmen aus Wettbewerbsgründen nicht - nur so viel, dass eine der beiden Firmen sich mehr auf BGA-Gehäuse und die andere auf Dioden spezialisiert hat. Einige Kunden aus den Bereichen Automotive, Medizinelektronik, Luft- und Raumfahrt sowie Top-Tier-Kunden aus dem Militärbereich nutzen den Service von Kruse bereits. Die Modi der Abwicklung sind dabei laut Kruse je nach Kundenanforderungen ganz verschieden: Der Kunde hat entweder die Möglichkeit die Bauteile zuzuliefern oder alternativ kauft Kruse die Bauteile, die konvertiert werden sollen, selbst ein, leitet alles Nötige für den Umwandlungsprozess in die Wege und liefert die konvertierten Bauteile dann fertig beim Kunden aus.

Vor der Auslieferung an Kruse führt der Galvanik-Dienstleister die Qualität der Bauteile nach Kundenvorgaben unter anderem anhand von X-Ray-Fluorescence-Analysen, Strom-, Lötbarkeits-, und Sauberkeitstests. »Wir definieren vorab, welche Tests unser Kunden fordert. Machbar ist fast alles«, sagt Kruse.


RoHS-Richtlinie


Die RoHS-Richtlinie ist eine EU-Direktive zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten und trat im Sommer 2006 in Kraft. Sie soll unter anderem die bleifreie Verlötung elektronischer Bauteile durchsetzen. Außerdem müssen auch die verwendeten Bauteile und Komponenten selbst frei von Blei (und weiteren als gefährlich eingestuften Stoffen) sein. Vorerst ausgenommen von dieser Richtlinie sind sicherheitskritische Anwendungen wie medizinische Geräte sowie Überwachungs- und Kontrollinstrumente, Bereiche der Autoelektronik sowie der militärische Sektor sowie Luft- und Raumfahrt. Bei Reparaturen per Hand sind die erhöhten Schmelztemperaturen und die Eigenschaften des bleifreien Lötzinns problematisch. Daher dürfen auch solche Reparaturen weiterhin mit bleihaltigem Lötzinn ausgeführt werden. Derzeit ist allerdings eine Revision der RoHS-Direktive in Planung und diese könnte die Bleifrei-Problematik weiter verschärfen, da die Ausnahmeregelungen eingeschränkt werden sollen.