Anschlusstechnik, die im Automotive-Umfeld zum Einsatz kommt, muss leistungsfähig, robust und langlebig sein. Angesichts des stetig wachsenden Elektronikanteils in Fahrzeugen nutzen Komponentenhersteller verstärkt die Einpresstechnologie Press-Fit als Anschlussverfahren für Leiterplatten (PCB). Dabei werden speziell konstruierte Stiftkontakte (Pins) in passende Aufnahmebohrungen in das PCB gesteckt, wobei die Zinnoberflächen auf dem Pin und der Hülse durch Kaltverschweißen beide Schichten gasdicht intermetallisch verbinden. Die so entstandene Kontaktierung ist langzeitstabil und weist nach Erhebungen des Verbindungstechnikherstellers TE Connectivity eine zehn- bis hundertfach niedrigere Fehlerhäufigkeit als Lötverbindungen auf.

Störfaktor Whisker

Ein unerwünschter Nebeneffekt des Verfahrens liegt jedoch darin, dass – bedingt durch die relativ hohe Kontaktnormalkraft bei der Herstellung der Verbindungszone – die Wahrscheinlichkeit der Bildung von metallischen Whiskern auf der Zinnfläche steigt. Whisker sind winzige metallische Filamente, die als Entlastungsreaktion von Zinnschichten auf mechanischen Druck hervorwachsen. Zwar weisen diese lediglich einen Durchmesser von 1.4 Mikron und eine Länge von bis zu mehreren Millimetern auf. Durch ihre hohe Leitfähigkeit sowie ihr unkontrolliertes Wachstum können sie im schlimmsten Fall jedoch andere Pins erreichen und Kurzschlüsse verursachen.

Im Automotive-Umfeld betrifft die Whiskerbildung besonders Anwendungen mit Signalen im Milliampere-Bereich. Dies ist zum Beispiel bei Sensorsignalen der Fall. Die Tendenz zur Miniaturisierung mit höheren Packungsdichten und verringerten Abständen zwischen den Pins lässt das Risiko der Whiskerbildung zusätzlich steigen.

Steht ein Whisker-Revival bevor?

Whisker

Eine Beschichtung der Pins mit Bismut soll das Risiko der Whiskerbildung beim Anschluss von Leiterplatten minimieren. TE Connectivity

Das Phänomen der Whiskerbildung ist seit mehr als 75 Jahren bekannt. Zwischenzeitlich galten Whisker bereits als ausgestorben: Blei, das als Bestandteil der elektrischen Kontaktbeschichten und Lotzusammensetzung eingesetzt wurde, unterband oder minderte die Entstehung dieser Filamente erheblich. Mittlerweile ist die Verwendung von Blei in Loten durch Richtlinien wie die Restriction on Hazardous Substances (RoHS) jedoch stark eingeschränkt. Zwar zählen Automotive-Anwendungen wegen der harten Einsatzbedingungen  bisher zu den wenigen Ausnahmen des Verbots, jedoch werden die bestehenden Ausnahmegenehmigungen im Jahr 2019 erneut bewertet.

Es wird allgemein erwartet, dass die Genehmigung für die Verwendung von Blei in automobilen Anwendungen, nicht erneuert wird. Die meisten Komponentenhersteller verzichten vor diesem Hintergrund bereits auf die Verwendung von Blei in der Automotive-Anschlusstechnik. Als Ersatz für bleihaltige Legierungen dienen vor allem Lösungen aus Rein-Zinn. Dies lässt das Problem der Whisker-Bildungen jedoch erneut akut werden. Angesichts zunehmend sensiblerer Steuerungen und der besonderen Robustheit, die das Zunehmen des autonomen Fahrens erfordert, gilt es dieses Problem zu adressieren.

 

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