DIN IEC TS 62647-2-2013 Process management for avionics - Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder - Part 2 Mitigation of deleterious effects of tin (IE.pdf

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1、September 2013 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 28DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.035; 31.

2、020; 25.160.50Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln einer Vornorm erstellt.!%k.“2027211www.din.deDDIN IEC/TS 62647-2Luftfahrtelektronik-Prozessmanagement Elektronische Systeme der Luft- und Raum

3、fahrt und Verteidigung mitbleifreiem Lot Teil 2: Verringerung der schdlichen Einflsse von Zinn(IEC/TS 62647-2:2012)Process management for avionics Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder Part 2: Mitigation of deleterious effects of tin (IEC/TS 62647-2:2012) Alleinverkauf

4、 der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 69 SeitenDIN SPEC 42647-2DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2):2013-09 2 Inhalt SeiteNationales Vorwort. 4 Einleitung . 5 1 Anwendungsbereich 6 2 Normative Verweisungen 6 3 Begriffe und Abkrzungen. 7 3.1 Begriffe 7 3

5、.2 Abkrzungen . 10 4 Technische Anforderungen . 11 4.1 Anforderungen der berwachungsstufen12 4.2 Anforderungen der berwachungsstufen14 4.3 Umsetzungsverfahren . 20 4.4 Verfahren zur Verringerung der Auswirkungen bleifreien Zinns (gilt fr berwachungsstufe 2B und berwachungsstufe 2C) 21 4.5 Bauelement

6、eauswahlprozess . 23 4.6 Bewertung und Dokumentation des Zinnwhisker-Risikos und der Wirksamkeit der Verringerungsmanahmen 24 Anhang A (informativ) Leitfaden zu berwachungsstufen, Risikobewertung und Beurteilung der Verringerungsmanahmen 26 Anhang B (informativ) Technischer Leitfaden zu Ermittlungsv

7、erfahren, Risikominderungsverfahren und Verfahren zur Begrenzung der Auswirkungen von Zinn 33 Anhang C (informativ) Zinnwhisker-Prfung. 46 Anhang D (informativ) Leitfaden zur Analyse und Risikobewertung 53 Anhang E (informativ) Aus Ltverbindungen und Ltmittelmengen herauswachsende Whisker 57 Literat

8、urhinweise 64 Bilder Bild A.1 Entscheidungsbaum 27 Bild A.2 Entscheidungsbaum, Unterbaum 1. 28 Bild A.3 Entscheidungsbaum, Unterbaum 2. 29 Bild B.1 Unzureichender Lotfluss 39 Bild C.1 Vorrichtungsaufbau zur Whiskeruntersuchung. 47 Bild C.2 Flchen und Richtung bei der Whiskeruntersuchung .48 Bild C.3

9、 Seitliche Beleuchtung mit flexiblem Licht 48 Bild C.4 Beschichtungsrckstnde und Staubteilchen auf schutzbeschichtetem Gehuserahmen 48 Bild C.5 Vergleich der Whiskerbetrachtung mit dem optischen Mikroskop und dem Rasterelektronenmikroskop. 49 Bild C.6 Grenzen der Betrachtung mit dem optischen Mikros

10、kop 49 Bild C.7 Whisker-Voruntersuchungen an nicht beschichteten Prflingen 52 Bild E1 Bildung von Whiskern und Hgeln (hillocks) nach 500 h Lagerung bei 85 C/ 85 % relativer Luftfeuchte und anschlieendem Temperaturwechsel Luft/Luft, 1 000 Zyklen, 55 C bis 85 C 57 DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2)

11、:2013-09 3 SeiteBild E.2 Langer Whisker auf SAC405-Lot, rckstandsfreie Montage, beschrieben von Terry Munson (Foresite) 58 Bild E.3 Whisker und Hgel (hillocks), die durch Flussmittelrckstnde hindurchragen und aus von Flussmittelrckstnden freiem Lot herauswachsen .59 Bild E.4 Einfluss der ionischen R

12、einheit auf die Zinnwhisker-Lnge 60 Bild E.5 Einfluss der ionischen Reinheit auf die Zinnwhisker-Dichte 60 Bild E.6 Whiskerlnge in Abhngigkeit von der Bauelemente- und Baugruppenreinheit .61 Bild E.7 Mikrostruktur von Ltverbindungen, die mit 0,8 % HBr-aktiviertem Flussmittel in Luftatmosphre hergest

13、ellt wurden, nach 1 000 h bei 85 C/85 % relativer Luftfeuchte.62 Bild E8 Mechanismus der durch Oxidation hervorgerufenen Zinnwhisker-Bildung auf Ltverbindungen 62 Bild E9 SAC105-Ltmittelmenge bei Umgebungstemperatur in einer Stickstoffkammer 63 Tabellen Tabelle A.1 Zusammenfassende Tabelle zu den be

14、rwachungsstufen.31 Tabelle B.1 Physikalische Eigenschaften von Schutzbeschichtungen nach S. Meschter 34 Tabelle B.2 Physikalische Eigenschaften von Schutzbeschichtungen nach T. Woodrow .35 Tabelle B.3 Physikalische Eigenschaften von Schutzbeschichtungen nach R. Kumar .36 DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC

15、 42647-2):2013-09 4 Nationales Vorwort Vorausgegangener Vornorm-Entwurf: E DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2):2012-04. Diese DIN SPEC nach dem Vornorm-Verfahren ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das mit Rcksicht auf die europischen Rahmenbedingungen vom DIN nicht als Norm herausgegeben wird.

16、 Erfahrungen mit dieser DIN SPEC sind erbeten: vorzugsweise als Datei per E-Mail an in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an die DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im

17、DIN und VDE, Stresemannallee 15, 60596 Frankfurt am Main. Fr diese Vornorm ist das nationale Arbeitsgremium K 684 Process Management for Avionics“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom

18、TC 107 Process management for avionics“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entspr

19、echend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein

20、 Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprec

21、henden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. N1)Nationale Funote zu: 4.2

22、.3.4 Anforderungen der berwachungsstufe 2B an die Verringerung des Zinnwhisker-Risikos Gem Diskussion in Abschnitt B.6 beruhen die Maangaben auf durchschnittlichen statistischen auf Stichproben basierenden Werten. Die daraus erfolgte Festlegung des Maes 250 m“ in Abschnitt 4.2.3.4 fhrt jedoch dazu,

23、dass ein Groteil elektronischer Komponenten (integrierte Schaltkreise) heutiger typischer Designs nicht zum Einsatz kommen knnen. Die betroffenen angesprochenen Bauelemente haben am Auslass aus dem Bauelementgehuse eine leichte Auskragung, die auf einer kurzen Strecke den Abstand auf 220 m reduziert

24、. Die Auswirkungen der Verwendung des statistischen Maes 250 m fhrt zu unverhltnismig hohen Aufwendungen. N4)Nationale Funote zu: 4.5 Bauelementeauswahlprozess Die Beschreibung in Abschnitt 4.5, dass die Bauelementeherstellung und -beschichtung auerhalb der Kontrolle der AHP-Industrie liegen und des

25、wegen nicht gengend zuverlssig sind, beschreibt die Situation nur unvollstndig. Geeignete Bauelementehersteller liefern ausfhrliche Dokumentationen ihrer Prozesse und der Qualitten ihrer Bauelemente. Es gibt keinen objektiven Grund, die Glaubwrdigkeit der Hersteller in Frage zu stellen. Bei der Baue

26、lementauswahl knnen die angegebenen Qualitten bewertet werden und als geeignete Manahme zur Verringerung des Whiskerwachstums Anwendung finden. DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2):2013-09 5 Luftfahrtelektronik-Prozessmanagement Elektronische Systeme der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung mit ble

27、ifreiem Lot Teil 2: Verringerung der schdlichen Einflsse von Zinn Einleitung Aufgrund unterschiedlicher tatschlicher und mglicher gesundheitsrelevanter Aspekte werden zahlreiche bei der Herstellung elektronischer Produkte eingesetzte Materialien einer eingehenden berprfung unterzogen. Die Europische

28、 Union (EU) hat zwei Richtlinien erlassen: die Richtlinie 2002/95/EG zur Beschrnkung der Verwendung bestimmter gefhrlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgerten (RoHS) und die Richtlinie 2002/96/EG ber Elektro- und Elektronik-Altgerte (WEEE), die die Verwendung verschiedener Stoffe in viel-fltigen

29、, nach Juli 2006 gefertigten Produkten beschrnkt oder unterbindet. Einer der von der Beschrnkung betroffenen Hauptstoffe ist Blei (Pb), das breite Verwendung in Elektroniklot, in den Anschlssen elektro-nischer Bauelemente und in Leiterplatten findet. Obwohl es den Anschein haben mag, dass von diesen

30、 Richt-linien nur Produkte fr den Verkauf in der EU betroffen sind, ndern aufgrund des geringen Anteils der Industrie der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Hochleistungsanwendungen am Elektronikmarkt zahl-reiche Unterlieferanten ihre Produkte, weil ihr primrer Markt die weltweite Unterhaltungsel

31、ektronik ist. Auerdem haben mehrere asiatische Lnder und US-Staaten hnliche grne“ Gesetze erlassen. Zahlreiche asiatische Elektronikhersteller haben unlngst vollstndig grne“ Produktgruppen angekndigt. Die Beschrnkung der Verwendung von Blei hat dazu gefhrt, dass zahlreiche Bauelemente- und Leiter-pl

32、attenlieferanten dazu bergehen, SnPb-Oberflchenbeschichtungen durch reine Zinn- oder andere bleifreie Beschichtungen zu ersetzen. Bleifreie Zinnbeschichtungen knnen anfllig fr das spontane Wachstum von Kristallstrukturen sein, die als Zinnwhisker“ bezeichnet werden und von parametrischen Abweichunge

33、n bis hin zu katastrophalen Kurzschlssen reichende elektrische Fehler verursachen und zum Beispiel empfind-liche optische Oberflchen oder die Bewegung von mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS) strend beeinflussen knnen. Obwohl Zinnwhisker seit Jahrzehnten untersucht und beschrieben werden, ist d

34、er hinter ihrem Wachstum stehende Mechanismus nicht hinreichend geklrt, und sie bleiben ein mgliches Zuverlssigkeitsrisiko. Weiterhin bedeutet die wachsende Anzahl der Bauelemente mit reinen Zinn-beschichtungen, dass es mehr Mglichkeiten fr das Wachstum von Whiskern und durch sie verursachte Fehler

35、gibt. Es ist wichtig festzuhalten, dass die Art und Bedeutung des Risikos“, das Zinnwhisker darstellen, ber den Bereich der Anwender dieser Spezifikation betrchtlich variieren knnen. Wie bei jeder Risikobewertung sollten die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers sowie die Folgen des Auftre

36、tens eines Fehlers fr jede Anwendung bercksichtigt werden. Bei der Wahl/Bestimmung der anzuwendenden berwachungs-stufe(n) sind fr die jeweilige Gerte-/Systemanwendung mgliche Whisker-Fehlerarten sorgfltig in Betracht zu ziehen. Beispielsweise erleiden fr Whisker anfllige bedrahtete Bauelemente auf L

37、eiterplatten, die in einem regelmig oder stndig betriebenen System verwendet werden, gegebenenfalls nur parametrische Abweichungen oder Unterbrechungen, da einzelne Whisker wachsen und zu einem benachbarten Anschluss einen Kurzschluss erzeugen. Andererseits knnen auf derselben Leiterplatte, wenn sie

38、 in einer Rakete eingesetzt wird, die jahrelang im Ruhezustand gelagert wird, zahlreiche lange Whisker heranwachsen und zu katastrophalen Kurzschlussbedingungen fhren, wobei die Kurzschlsse aber erst stattfinden, wenn die Rakete auf ihr Ziel abgeschossen wird, und dies zu einem Fehlschlagen der Miss

39、ion fhrt. Fr die Anwendung dieser Spezifikation bezieht sich Risiko“ auf die Mglichkeit und die Folgen eines durch Whisker verursachten Fehlers, nicht auf die bloe Mglichkeit des Vorhandenseins eines Whiskers. DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2):2013-09 6 1 Anwendungsbereich Diese Technische Spezi

40、fikation legt Prozesse fr die Dokumentation der Manahmen zur Verringerung der gefhrlichen Auswirkungen von bleifreiem Zinn in elektronischen Systemen fest. Diese Technische Spezifikation gilt fr elektronische Anwendungen der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung sowie fr Hochleistungsanwendungen (ADH

41、P en: Aerospace, Defence and High Performance), fr die Ausrstungen/Gerte beschafft werden, die bleifreie Zinnbeschichtungen enthalten knnen. Dieses Dokument kann auch von anderen Industrien fr Hochleistungs- und hochzuverlssige Systeme nach eigenem Ermessen angewendet werden. 2 Normative Verweisunge

42、n Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments

43、(einschlielich aller nderungen). IEC/TS 62647-1:2012, Process management for avionics Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder Part 1: Preparation for a lead-free control plan 1)IEC/PAS 62647-3, Process management for avionics Aerospace and defence electronic systems cont

44、aining lead-free solder Part 3: Performance testing for systems containing lead-free solder and finishes 2)IEC/PAS 62647-21, Process management for avionics Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder Part 21: Program management Systems engineering guidelines for managing th

45、e transition to lead-free electronics 3)IEC/PAS 62647-22, Process management for avionics Aerospace and defence electronic systems containing lead-free solder Part 22: Technical guidelines 4)ANSI/GEIA-STD-0006, Requirements for using solder dip to replace the finish on electronic piece parts ANSI Z1

46、.4, Sampling procedures and tables for inspection by attributes IPC J-STD-001, Requirements for soldered electrical and electronic assemblies IPC-CC-830, Qualification and performance of electrical insulating compounds for printed wiring assemblies JESD201, Environmental acceptance requirements for

47、tin whisker susceptibility of tin and tin alloy surface finishes JESD213, Standard test method utilizing X-ray fluorescence (XRF) for analyzing component finishes and solder alloys to determine Tin (Sn) Lead (Pb) content MIL-STD-1580, Destructive physical analysis for electronic, electromagnetic, an

48、d electromechanical parts 1)Zuvor bekannt als GEIA-STD-0005-1. 2)Zuvor bekannt als GEIA-STD-0005-3. IEC/PAS 62647-3 ist zurzeit in berarbeitung und wird als IEC/TS 62647-3 verffentlicht werden. 3)Zuvor bekannt als GEIA-HB-0005-1. IEC/PAS 62647-21 ist zurzeit in berarbeitung und wird als IEC/TS 62647

49、-21 verffentlicht werden. 4)Zuvor bekannt als GEIA-HB-0005-2. IEC/PAS 62647-22 ist zurzeit in berarbeitung und wird als IEC/TS 62647-22 verffentlicht werden. DIN IEC/TS 62647-2 (DIN SPEC 42647-2):2013-09 7 3 Begriffe und Abkrzungen Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe und Abkrzu