Zinnwhisker auf Leiterplatten

Konsequenzen für Sicherheitsbauteile im Maschinenbau

Detailaufnahme

Bild vergrößern

Zinnwhisker (270 µm) an IC-Anschluss, 40-fache Vergrößerung
Bild: IFA

REM-Aufnahme

Bild vergrößern

Zinnwhisker unter dem Rasterelektronenmikroskop
Bild: IFA

Sicherheitsbauteile zum Einsatz in der Sicherheitstechnik von Maschinen werden häufig durch den Einsatz von Elektronik und damit unter Verwendung von Leiterplatten realisiert. Auf diesen Leiterplatten können durch das Wachstum von Zinnwhiskern Kurzschlüsse entstehen, die zum gefährlichen Ausfall von Sicherheitsfunktionen führen.

Zinnwhisker sind nadelähnliche Ausprägungen aus Zinn, die hauptsächlich auf Oberflächen mit einer bleifreien Zinnbeschichtung auftreten. Die Abbildung zeigt Anschlusspins des Gehäuses einer integrierten Schaltung. An einem Pin hat sich ein 270 µm langer Zinnwhisker gebildet, der einen Kurzschluss zum Nachbarpin verursachen könnte.

Zinnwhisker entstehen durch mechanische Spannungen, hohe Temperaturen oder hohe Luftfeuchtigkeit. Sie weisen eine Länge von bis zu 1 mm auf, in Extremfällen bis zu 2 mm. Sie sind leitfähig und können zu Kurzschlüssen auf bestückten Leiterplatten führen.

Die Bildung von Zinnwhiskern auf Leiterplatten wurde bislang durch die Zugabe von Blei in den Loten unterdrückt. Durch die Einführung der ROHS-Richtlinie [1] wird für den Lötprozess jetzt bleifreies Lot verwendet, infolge dessen die Bildung von Kurzschlüssen durch Zinnwhisker beobachtet wird. Die bei Sicherheitsbauteilen eingesetzten Leiterkarten werden sehr häufig so gestaltet, dass das Auftreten von Kurzschlüssen verhindert wird. Aufgrund der durch die bleifreie Lötung möglichen Whiskerbildung ist nun dieser Fehlerausschluss infrage gestellt. Das IFA schlägt daher zur Behandlung der Whisker-Problematik ein zusätzliches Fehlermodell für Zinnwhisker auf Leiterplatten vor.

 

Ansprechpartner:

Christian Werner, M.Sc.

Fachbereich 5: Unfallverhütung - Produktsicherheit

Tel: 02241 231-2653
Fax: 02241 231-2234


Dipl.-Ing. Werner Grommes

Fachbereich 5: Unfallverhütung - Produktsicherheit

Tel: 02241 231-2669
Fax: 02241 231-2234