Komponenten im Ruhestand


Titelthema a:lot 12 - Herbst 2014

Die rasante Entwicklung in der Elektronikindustrie hat zwei gegenläufige Phänomene zur Folge: Einerseits sind Bauelemente innerhalb kürzester Zeit veraltet und werden abgekündigt, andererseits müssen genau diese Komponenten über Jahrzehnte verfügbar sein, um die Gewährleistungsansprüche der Kunden erfüllen zu können. Entsprechende Mengen einzulagern, ist zwar grundsätzlich eine Lösung für das Dilemma, allerdings erfordert die Lagerung elektronischer Bauteile ein umfangreiches Know-how.

Die Automobil-Industrie setzt in vielen Bereichen die Maßstäbe für die Elektronikfertigung. Das ist auch in der Ersatzteilversorgung so, wo eine Verfügbarkeit der entsprechenden Komponenten von zehn bis 30 Jahren nach Serienauslauf gefordert wird. Rechnet man die Entwicklungs- und Produktionszeit hinzu, müssen die Bauelemente und –gruppen bis zu 40 Jahre verfügbar sein. Das wäre in vielen anderen Produktionsbereichen kein nennenswertes Problem. In der Elektronikindustrie jedoch werden die Innovationszyklen immer kürzer, sodass die Komponenten gemäß dem Mooreschen Gesetz nach ein oder zwei Jahren veraltet sind und abgekündigt werden.
Daraus ergibt sich für viele Hersteller ein gravierendes Problem, denn elektronische Komponenten sind hochkomplex. Sie lassen sich nicht ohne Weiteres wie ein Werkzeug oder –stück einlagern und bei Bedarf wieder hervorholen. Viele äußere Klimabedingungen wie Luft, Temperatur und Luftfeuchtigkeit sorgen für eine Alterung, die schwere Schäden verursachen und die Komponenten unbrauchbar machen. Dieser Effekt kann im ungünstigsten Fall bereits nach wenigen Monaten eintreten. Elektronische Komponenten dauerhaft verfügbar zu halten, ist deshalb eine wachsende Herausforderung für die Elektronikindustrie.

Redesign ist teuer und braucht viel Zeit

Grundsätzlich gibt es vier Wege, um dieses Problem zu lösen: Langzeitproduktion, Langzeitlagerung, Aufbereitung und Redesign. Welche dieser Maßnahmen am besten geeignet ist, muss im Einzelfall gründlich abgewogen und kalkuliert werden. Da jedoch die meisten Hersteller elektronischer Baugruppen und Geräte selbst keine Bauteile produzieren, ist die Langzeitproduktion in der Regel keine Option. Die Aufbereitung von elektronischen Bauteilen kann hingegen sehr lukrativ sein, wie wir bereits in Ausgabe 11 von a:lot aus dem Sommer dieses Jahres umfangreich berichtet haben.
Das Redesign ist dagegen nur in seltenen Fällen eine geeignete Alternative. Oftmals werden dafür zahlreiche Kapazitäten aus dem Unternehmen gebunden, die für andere Entwicklungen nicht mehr zur Verfügung stehen. Hinzu kommt, dass das Redesign abgekündigter Bauelemente oft mehr Zeit in Anspruch nimmt, als zur Verfügung steht. Außerdem können redesignte Komponenten nicht ohne Weiteres eingesetzt werden, selbst wenn sie eine originalgetreue Kopie darstellen. Auch sie müssen erneut qualifiziert und zertifiziert werden, insbesondere wenn sie in sicherheitssensiblen Bereichen verwendet werden – was wiederum viel Zeit und Geld kosten kann.

Zahlreiche Faktoren begünstigen die Alterung

Wie bereits angedeutet, stellt auch die Langzeitlagerung eine Herausforderung dar. Studien haben ergeben, dass hierbei die Materialalterung die größte Rolle spielt und die funktionale Alterung beinahe keine Bedeutung hat. Es gibt zahlreiche Faktoren, die einen Einfluss auf die Alterung von Komponenten und ganz unterschiedliche Auswirkungen auf deren Funktionalität haben können:

- Diffusion
- Feuchtigkeit (Aufnahme oder Entzug)
- Korrosion
- Strahlungseffekte durch UV-Licht
- Versprödung
- Kontamination
- Benetzung, Entnetzung usw.
- Popcorn-Effekt
- Whiskerbildung
- Zinnpest

Dennoch gewinnt die Langzeitlagerung zunehmend an Bedeutung. Die Kosten, die dadurch verursacht werden, sind vergleichsweise niedrig. Hinzu kommt, dass die eingelagerten Komponenten ohne Zeitverzögerung zur Verfügung stehen.
Vor jeder Einlagerung sollten jedoch einige Fragen geklärt werden. Beispielsweise lassen sich aktive und passive Bauelemente, Leiterplatten, bestückte Baugruppen und Elektromechanik in der Regel gut einlagern. Hingegen ist die Einlagerung von Wafern, Bare Dies und Heat-Seal-Folie problematisch bis unmöglich. Darüber hinaus lässt sich die maximale Lagerfähigkeit von einigen Komponenten durch keine zusätzlichen Maßnahmen verlängern. Dies ist zum Beispiel bei Batterien der Fall. Nicht zuletzt deshalb empfiehlt es sich, vor der Einlagerung mit dem Hersteller zu klären, ob die Komponenten sich überhaupt für eine Langzeitlagerung eignen beziehungsweise welche Funktionseinschränkungen dabei zu erwarten sind.

Langzeitlagerung ist ein dynamischer Prozess

Weil für die einzelnen Komponenten spezifische Besonderheiten gelten, gibt es für die Einlagerung elektronischer Komponenten keinen Königsweg. Es ist jeweils genau abzuwägen, welche Lagerart die beste ist und welche Lagerzeit maximal erreicht werden kann. Insgesamt ist die Langzeitlagerung deshalb ein dynamischer Prozess, der ständig überwacht werden muss, um negative Entwicklungen aufzuhalten oder sogar umzukehren. Welche Lagerform sich jeweils am besten eignet, hängt wesentlich von der gewünschten Lagerdauer ab. Während bei Zeiträumen bis zu zwei Jahren die Stickstofflagerung ausreichend sein kann (s. Kasten), stellen Trockenlagerschränke (s. S. XX) die bessere Lösung dar, um langfristig eine hohe Qualität zu gewährleisten. Inzwischen gibt es auch Dienstleister, die eine qualifizierte Lagerung bis zu 30 Jahren anbieten.


Broschüre zur Langzeitlagerung vom ZVEI

Der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) hat im Herbst 2013 den Leitfaden „Langzeitlagerfähigkeit von Bauelementen, Baugruppen und Geräten“ herausgebracht. Dieser wurde von Experten aus zahlreichen Unternehmen erstellt und behandelt auf 32 Seiten viele Aspekte dieses wichtigen Themas. Die Broschüre kann kostenlos im Internet heruntergeladen werden unter: http://www.zvei.org/Publikationen/Lagerfaehigkeit-Bauelemente-Baugruppen-Geraete.pdf


Der ZVEI empfiehlt in seiner Broschüre zur Langzeitlagerung folgende Parameter für Komponenten, wenn keine spezifischen Lagerungsbedingungen angegeben werden (Informationen zur Broschüre finden Sie hier):

- Temperatur: möglichst konstanter Wert zwischen 15 °C und 40 °C
- Feuchte: 30 Prozent rH – 70 Prozent rH
- Schadstoffarme Atmosphäre und Verpackung (Schwefelverbindungen, Stickoxide, etc.)
- Lagerung unter stickstoff- oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre ist zu prüfen
- Schutz vor (UV-)Licht
- Schutz vor Staub
- ESD-Schutz
- Schutz vor mechanischem Stress (z. B. Schock, Vibration)
- Losgröße für Verpackungseinheit = Produktionslos (soweit möglich)

Lückenlose Lagerlogistik ist wichtig

Bei der Einlagerung ist grundsätzlich auch zu klären, ob einzelne Bauelemente, -gruppen oder sogar ganze Geräte eingelagert werden sollen. Unabhängig davon, für welche Variante man sich entscheidet, sollten auf jeden Fall auch alle Datenblätter und Dokumentationen aufgehoben werden. Insbesondere wenn es sich nicht um originalverpackte Ware handelt, gilt es, eine Reihe weiterer Faktoren zu beachten beziehungsweise zu klären. Eine zuverlässige Einlagerung kann zum Beispiel nur dann erfolgen, wenn die Lagerhistorie entlang der gesamten Distributionskette bekannt ist. Bereits beschädigte Verpackungen können ein unwägbares Risiko darstellen, das sich nur vermeiden lässt, indem die betreffenden Produkte neu bestellt werden.
Baugruppen und Geräte beanspruchen deutlich mehr Lagerraum und verursachen zudem höhere Kapitalbindungskosten als einzelne Bauteile. Außerdem werden sie mitunter unbrauchbar, wenn nur eine der enthaltenen Komponenten einen Defekt aufweist. Deshalb ist vor der Lagerung zu klären, ob und wie Baugruppen und Geräte nach ihrer Entnahme aus dem Lager auf Funktionalität getestet und gegebenenfalls wiederhergestellt werden können. Doch auch die Einlagerung einzelner Bauteile ist nicht ohne Tücken. Je nach Produkt müssen auch die entsprechenden Einrichtungen zur Be- und Verarbeitung sowie eventuell benötigte Hilfsmittel über den Lagerzeitraum bereitgehalten werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Einlagerung ist die Entnahme. Sie sollte idealerweise so vorbereitet werden, dass die Lagerbedingungen so kurz und so wenig wie möglich geändert werden. Außerdem sollten die Verpackungsgrößen so gewählt werden, dass sie in etwa der Menge entsprechen, die tatsächlich verarbeitet wird. Darüber hinaus empfiehlt es sich, eine Lagerstatistik zu führen und zu pflegen, damit die aktuellen Bestände bekannt sind und stets das Material zuerst entnommen wird, das die kürzeste noch ausstehende Lagerzeit aufweist. Werden bei den aus dem Lager entnommenen Komponenten Mängel festgestellt, ist das Lagerkonzept umgehend zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen.


HTV verspricht Lagerzeiten von 30 Jahren und mehr

Die HTV GmbH aus Bensheim beschäftigt sich bereits seit vielen Jahren mit der Konservierung von elektronischen Bauteilen und –gruppen. Gemeinsam mit Universitäten und Hochschulen hat das Unternehmen das Thermisch-Absorptive-Begasungsverfahren TAB entwickelt, das es möglich machen soll, elektronische Komponenten bis zu 30 Jahre lang einzulagern, ohne dass sie qualitative Verluste aufweisen. Nach Angaben von HTV wird das Verfahren weiter verfeinert, sodass schon bald Lagerzeiten von 40 bis 50 Jahren erreicht werden sollen.
TAB ist weltweit einzigartig und reduziert die entscheidenden Alterungsprozesse von Bauteilen um den Faktor 12 bis 15. Durch das hochdynamische Verfahren werden die Entstehung und das Fortschreiten von Oxidations-, Korrosions- und Diffusionsprozessen verhindert. Die eingelagerten Komponenten werden ständig überwacht und analysiert, sodass eventuell auftretende negative Entwicklungen gestoppt und sogar rückgängig gemacht werden können. Nach Angaben von HTV erfolgt die Einlagerung in einem Hochsicherheitslager und ist deutlich wirtschaftlicher als ein Redesign-Verfahren.

www.htv-gmbh.de.


Lagerhaltung schon beim Design berücksichtigen

Zwar werden die Möglichkeiten zur Langzeitlagerung immer besser, dennoch kann sie Probleme bereiten und hohe Kosten verursachen. Der beste Weg, diese Faktoren zu minimieren, ist, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen bereits beim Design der Baugruppen zu berücksichtigen. In dieser frühen Phase kann das Know-how des Entwicklungsteams dazu genutzt werden, um eine langfristige und kostengünstige Versorgungssicherheit zu erreichen. Einige Branchen setzen dieses Vorgehen bereits in ihren Anfragespezifikationen um.
Dabei geht es insbesondere darum, Risikobauteile rechtzeitig zu erkennen und diese möglichst durch andere zu ersetzen. Beispielsweise sollten keine bereits abgekündigten und/oder seltenen und schwer zu beschaffenden Bauteile verwendet werden. Die modulare Gestaltung der Baugruppen kann ebenso dazu beitragen, die Lagerhaltung zu vereinfachen wie die Verwendung von Bauteilen mit einer langen Lagerfähigkeit. Falls möglich sollten auch solche Bauteile verwendet werden, für die eine zweite Bezugsquelle (second source) zur Verfügung steht. Nicht zuletzt sollte auch der last buy rechtzeitig eingeplant werden.
Auch die rechtlichen Vorgaben sollten beim Langzeitlager-Management berücksichtigt werden. Sie gewinnen zwar zunehmend an Bedeutung, sind gleichzeitig aber nur schwer kalkulierbar. Neue technische Erkenntnisse und internationale Vorgaben können zu Entwicklungen führen, die 20 bis 30 Jahre im Voraus nicht absehbar sind. Dieses Damokles-Schwert hängt allerdings ganz allgemein über der Langzeitlagerung in der Elektronikfertigung: Die rasante Entwicklung kann am Ende alle Bemühungen überflüssig machen.


Text: Volker Neumann


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