Ausfälle von elektronischen Bauelementen durch Schadgaseinfluss (H2S)

Ein Refarat über Korrosion an Leiterplatten und Bauteilen

Zunächst was ist H2S?

Schwefelwasserstoff (auch Wasserstoffsulfid, Dihydrogensulfid, nicht zu verwechseln mit dem Hydrogensulfid-Anion HS⁻, welches oft auch „Hydrogensulfid“ genannt wird) ist eine chemische Verbindung aus Schwefel und Wasserstoff mit der Formel H2S.

Das übel riechende, farblose, stark giftige Gas ist brennbar und in Wasser wenig, in Ethanol etwas besser löslich. H2S ist eine schwache Säure, deren Salze die Sulfide und Hydrogensulfide sind.

Schon in sehr geringen Konzentrationen ist Schwefelwasserstoff durch seinen typischen Geruch nach faulen Eiern zu erkennen. Er entsteht bei der Zersetzung von schwefelhaltigen Aminosäuren in den Proteinen von Eiklar und Dotter.

Quelle: Wikipedia

Korrosion

Korrosion (von lat. corrodere, „zersetzen, zerfressen, zernagen“) ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder Systems führen kann. Chemische Korrosion tritt an Metallen auf (DIN EN ISO 8044; ehemals DIN 50900). Die wohl bekannteste Art von Korrosion ist das Rosten, also die Oxidation von Eisen.

Oxidation dagegen beschreibt nur die Sauerstoff- Korrosion. Einige Korrosionsprodukte dienen als Passivierung, wie dies z. B. bei Zinndioxid (SnO2) oder auch Nickeloxid (NiO) bekannt ist.

Bei den meisten Korrosionsprodukten überwiegt jedoch die zerstörende Wirkung. Die Zer-setzungsprodukte bilden z. B. Säureverbindungen, die neben den Kontaktierungsstellen

oder Funktionskontakten auch andere Metallteile und Metallbeschichtungen angreifen.

Mögliche Folgen wären:

• Verlust der Schirmung

• verminderte Leitfähigkeit von Schalt- und Steckkontakten

• Leckagen von Gehäusen

Bei der Verarbeitung ist zu beachten, dass Korrosion in der Regel die Lötfähigkeit ver-
mindert und zur Erhöhung von Kontaktübergangswiderständen führt. Korrosive Mechanismen können durch folgende Faktoren beeinflusst werden:
• Hohe Luftfeuchtigkeit
• Temperatur
• Aerosole (See-Klimate)
• Schad-Atmosphäre z. B. Chlorgas (Cl2),

Stickoxide (NOx) und Schwefelverbindungen wie z. B. Schwefeldioxid (SO2), Schwefelwasserstoff (H2S) (Abgase von Kraftwerken, Chemieanlagen, Kraftfahrzeugen etc.)
• Ausgasungen aus Kunststoffen (Gehäuse, Dichtmittel, Lacke)

Zu beachten ist, dass insbesondere Kleinklimate in den Geräten, Baugruppen oder Bau-
elementen die Funktions- und Lagerfähigkeit stark einschränken können.

Bildquelle: Elesta relays

Einwirkung eines Trockenes Schadgaes niedriger Konzentration an Optokoppler und SMD-Widerstände

1) Optokoppler

2) SMD-Widerstände

unten sieht man die Sulfid-Ausblühungen, oben die Reste
vom Bondsilber und die unterwanderten Wedge-Bonds

Lagerung von Bauteilen und Fehlerbilder

Kontamination

Kontaminationen können durch Ausgasungen aus umgebenden Materialien entstehen. ‚Falsche‘ Materialwahl kann hier trotz Einhaltung der empfohlenen Lagerbedingungen zu Ausfällen führen. Werden die Temperaturgrenzwerte überschritten, ist beispielsweise ein Ausgasen von Weichmachern bei Umverpackungen zu erwarten.

Diffusion

Bei der in der Elektronik üblicherweise vorliegenden Diffusion handelt es sich um einen
physikalischen Effekt, bei dem ein Gefüge mit anderen Teilchen durchmischt wird. Dieser
Effekt, der von der Zeit, den Umweltbedingungen und den zur Verfügung stehenden Diffusionsteilchen abhängig ist, kann negative Auswirkungen haben.

Diese sind:

• Veränderung der Lötfähigkeit durch Alterungsmechanismus und Zonenwachstum
• Veränderung der Kontaktschichten, dadurch Beeinflussung der Übergangswiderstände
• Beeinträchtigung von mechanisch/thermischen Eigenschaften durch Veränderung des
Feuchtegehaltes.

Diffusionssperren können sich unter Umständen positiv auf die Langzeitlagerfähigkeit auswirken. Bei einigen dieser Diffusionssperren z. B. Passivierungsmittel, ist jedoch mit Verschlechterung der Verarbeitbarkeit zu rechnen.

Feuchtigkeit

Kunststoffe nehmen ein gewisses Maß an Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Diese Feuchtigkeit lagert sich vorwiegend an den Grenzflächen zwischen Vergussmasse und internen Strukturen der Komponenten an. Aufgrund einer raschen Temperaturerhöhung, z. B. beim Lötvorgang, verdampft diese Feuchtigkeit. Die dadurch verursachte Volumenvergrößerung

kann zu Rissen im Kunststoff bzw. zu Delaminationen an internen Grenzflächen führen. Bei manchen Komponenten kann zu viel Feuchtigkeit zu Betauung führen.

Bildquelle: Elesta relays