Obsoleszenzmanagement Langzeitlagerung stellt Verfügbarkeit sicher

Einlagerung von elektronischen und mechanischen Komponenten ohne Alterungseffekte im HTV-TAB-Verfahren.

Auch die Stickstoff-Lagerung kann nicht verhindern, dass sich Materialien in elektronischen Bauelementen verändern. Es ist aber möglich, Komponenten nahezu ohne diese Alterungseffekte für bis zu 50 Jahre einzulagern: mit dem HTV-TAB-Verfahren.

Neue Funktionen, höhere Geschwindigkeit und stetige Weiterentwicklung sorgen dafür, dass seitens der Hersteller immer mehr elektronische Bauteile binnen kürzester Zeit abgekündigt und somit obsolet werden. Die große Anzahl der Firmenzusammenschlüsse großer Halbleiterhersteller in den vergangenen Jahren führt zudem zur Bereinigung und Verschlankung der Produktlinien, was die Zahl der Abkündigungen noch weiter steigen lässt. In der Folge können viele Endprodukte nicht mehr gefertigt oder repariert werden, da die benötigten Bauteile beziehungsweise Komponenten nicht mehr verfügbar sind.

Als Konsequenz müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die künftige Versorgung für die Serie oder von Ersatzbauteilen sicherstellen zu können. Soll ein Redesign durchgeführt werden oder soll ein LTB (LifeTime Buy) die Verfügbarkeit der benötigten Teile bis zum Serienende oder zumindest bis zum nächsten Produkt-Update sicherstellen, um dann direkt mehrere obsolete Teile ersetzen zu können?

Unternehmen haben vielfach schon auf die Problematik reagiert und eine zuständige Stelle zur Koordination von Obsoleszenzthemen eingerichtet. Sinnvollerweise ist diese Abteilung direkt der Geschäftsleitung unterstellt, da eine wirksame und sinnvolle Strategie nur durch eine übergeordnete abteilungsübergreifende Instanz erreicht werden kann.

Die Vorbeugung und Bearbeitung von Obsoleszenzfällen muss in enger Zusammenarbeit mit der Entwicklungsabteilung, dem Qualitätsmanagement und dem Einkauf stattfinden. Hier gilt es, die Bauteile möglichst so zu wählen, dass eine Second-Source verfügbar und eine einzelne Abkündigung weitestgehend unproblematisch ist. Unter Zuhilfenahme geeigneter Tools ist eine voraussichtliche Verfügbarkeit abschätzbar. Allerdings sieht es – aller Vorausplanung zum Trotz – mit der tatsächlichen Verfügbarkeit dann doch oftmals anders aus.

Wichtige Ersatzkomponenten, insbesondere für langlebige Produkte und Investitionsgüter mit langer Nutzungsdauer, sollten unbedingt rechtzeitig eingelagert werden, um jegliche Gefahr einer mangelnden Verfügbarkeit für die Serie oder später von Ersatzteilen auszuschließen. Doch die Einlagerung von LTB-Teilen birgt 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 der Langzeitlagerung

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) die Funktion und Verarbeitbarkeit elektronischer Komponenten maßgeblich beeinträchtigen. Schon innerhalb von zwei Jahren können z.B. Daten- und Kapazitätsverluste auftreten, Leckströme ansteigen oder Verarbeitungsschwierigkeiten in Löt-oder Crimp-Prozessen auftreten. Wesentliche Alterungsprozesse sind:

  • Diffusionsprozesse (Anschlüsse und Halbleiterchip, siehe Bild 2)
  • Alterung durch Feuchte und Sauerstoff (Korrosion und Oxidation)
  • Alterung durch Schadstoffe
  • Whiskerbildung: Bildung von Haarkristallen an Lötstellen, die elektrische Verbindungen herstellen können
  • Zinnpest

Stickstoff kann Alterungsprozesse nicht stoppen

Vielfach ist die Meinung verbreitet, eine Lagerung in Stickstoff-Atmosphäre stoppe die Alterungsprozesse. Das ist falsch! Durch Stickstoff wird ausschließlich die Oxidation reduziert, die nur einen sehr kleinen Bestandteil der vorgestellten Alterungsprozesse darstellt. In den sogenannten Stickstoff-Dry-Packs, die oft für eine Langzeitlagerung verwendet werden, findet man bei einem Standardverpackungsprozess zudem 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 nicht reduziert. Die Komplexität der verschiedenen Alterungsmechanismen verdeutlicht zudem die Notwendigkeit einer um-fassenden Eingangsanalyse aber auch der Überwachung des Zustandes der Komponenten während des Lagerprozesses.

Zur Lösung der Problematik, dass Bauteile während der Lagerung auf vielfache Weise altern, hat die Firma HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH mit TAB (Thermisch-Absorptive-Begasung) ein Verfahren entwickelt, um die Langzeitverfügbarkeit elektronischer Komponenten mit der erforderlichen Qualität sicherzustellen. Als komplexe Kombination unterschiedlichster Methoden vermeidet bzw. verringert TAB im Gegensatz zur herkömmlichen Lagerung in Stickstoff-Dry-Packs oder Korrosionsschutz-Folien nahezu alle relevanten Alterungsfaktoren elektronischer Komponenten.

TAB ermöglicht es, elektronische Komponenten wie z. B. Bauteile, Baugruppen, Displays sowie Wafer und DIEs bei vollem Erhalt der Verarbeitbarkeit und Funktionalität für bis zu 50 Jahre ein¬zulagern (Bild 3).