Ist wirklich alles Gold, was glänzt?

Alexander Strehlau, Fixtest Prüfmittelbau GmbH, Engen

Allein gute Absichten unterstellen wir der EU-Kommission, die für den Erlass der RoHS-Direktive verantwortlich zeichnete: Sollten doch einige der ökologisch bedenklichen und in hohem Maße schädlichen Substanzen in ihrer Anwendungsverbreitung reduziert oder langfristig gar völlig verbannt werden. Doch welche Auswirkungen dies auf die Elektronikproduzenten hatte, die nun auf bleifreies Lot umstellen mussten, steht auf einem anderen Blatt. Das Gros der Unternehmen hat die Umstellung mittlerweile gemeistert, und Alltagsroutine scheint wieder eingekehrt zu sein. Doch gerade auf dem Gebiet der Prüftechnik gibt es nach wie vor viele Klagen über zu kurze Standzeiten der Kontakte, zu viele Systemausfälle in der Serienproduktion – kurzum zu hohe Kosten.

Der Grund: Die nachgewiesene Zinn-Gold-Affinität führt zu verstärkten Anhaftungen störender Zinn- und Zinnoxidpartikel auf den vergoldeten Prüfnadeln, die nach relativ kurzer Zeit die Kontaktqualität massiv beeinträchtigen. Zusätzlich bescheren die Rückstände der meist wasserbasierten Flussmittel weitere Probleme, denn wie jeder weis, sind es gerade die Wassermoleküle, die adhäsive Kräfte entwickeln und dazu führen, dass eben solche Flussmittelreste an den Kontakten kleben bleiben. Manch ein Hersteller suchte sein Glück in der Verwendung alternativer Metalle. Statt Gold wird so beispielsweise neuerdings gerne Nickel oder Palladium verwendet, was grundsätzlich nichts Neues ist, auch wenn fantasiereiche Marketingbezeichnungen diesen Eindruck vermitteln sollen. Doch diese Lösungen sind nicht wirklich optimal, denn aus verschiedenen Gründen kann die Goldoberfläche nach wie vor am meisten punkten. Wenn eben nur nicht diese vermaledeite Affinität zum Zinn wäre!

Rainer Rothe, Geschäftsführer der Fixtest Prüfmittelbau GmbH, hat diese Problematik bereits in den ersten Anfängen der Umstellung auf bleifreies Löten im Jahre 2003 erkannt und ernsthaft zum Anlass genommen, in einem gemeinsamen F & E-Projekt mit einem Partner aus der Nanotechnologie Lösungen zu entwickeln. Nach dem Abschluss der Entwicklungsphase im September 2006 wurden umfangreiche Feldversuche mit mehreren Pilotkunden durchgeführt. Dies betraf zum einen Prüfsockel für Halbleiter, deren Kontakte mit XXLonglife-Veredelung versehen waren. Bei anderen Kunden fanden Versuche mit hartvergoldeten, ebenfalls XXLonglife-veredelten Federkontakten in typischen Nadelbettadaptern für den In-Circuit-Test statt. Als Ergebnis konnte in beiden Anwendungsfeldern die Einsatzdauer der Kontakte erheblich verlängert werden. Zusätzlich zeigte sich, dass sich die so genannten Pseudofehler drastisch reduzieren ließen. Darunter sind Fehlermeldungen des Testsystems aufgrund von Fehlkontaktierungen zu verstehen. Dies ist besonders hervorzuheben, weil es gerade diese ungewünschten Unterbrechungen und Störfaktoren sind, die eine Serienproduktion immer wieder zum Stocken bringen und dadurch erheblich Betriebskosten verursachen.

Die Versuche der Pilotkunden zeigten eine beachtliche Zunahme der Kontaktlebensdauer bis in den Bereich von 300 bis 400 % durch die neue Zusatzbeschichtung. Die Anhaftung von Oxiden und anderen unerwünschten Kontaminationen wird stark reduziert. Dabei tritt durch die XXLonglife-Veredelung weder eine Erhöhung des ohmschen Widerstandes noch eine Tiefpasswirkung für hochfrequente Signale auf.

Nun sollte man sich aufgrund dieser „selbstreinigenden“ Eigenschaften, die uns die Nanotechnologie unter anderem beschert, nicht dem Irrglauben hingeben, ein beanspruchter Kontakt brauche keinerlei weitere Wartung oder Pflege mehr. Auch der nanobeschichtete Goldkontakt kann noch immer verschmutzen – weniger und langsamer zwar als eine herkömmliche Oberfläche das tut, aber es gibt immer wieder klebrige Substanzen, deren Haftkraft stärker ist als die repulsive Wechselwirkung der Nanooberfläche. In solchen Fällen sind die richtige Vorgehensweise und der Einsatz geeigneter Mittel von größter Wichtigkeit. Die im großen Bild oben dargestellte Methode lässt sich kaum in der Realität umsetzen.

Betrachtet man weiterhin die in der Prüftechnik eingesetzten Federkontakte, und befragt man verschiedene Betreiber solcher Prüfadapter nach der Reinigungsmethode ihrer Wahl, so wird man auf teilweise skurrile Tricks und Techniken stoßen. Das reicht vom kompletten Ausbau aller Prüfnadeln und deren Reinigung im Ultraschallbad (wobei hier die unterschiedlichsten Lösungsmittel zum Einsatz kommen) bis hin zur Verwendung von Hartgummimatten, in die man, einem Nadelkissen gleich, die Prüfnadeln einstechen lässt, wobei sie ihre Anhaftungen abstreifen sollen. Da diese Matte aus dem Material besteht, aus dem auch Radiergummis hergestellt werden, finden sich darin große Mengen an abrasiven Partikeln – und die entfernen eben nicht nur den Schmutz, sondern zerstören auch die schützende Edelmetalloberfläche.

Andere Anwender wiederum setzen Glasfaserpinsel ein, die der Elektronikzubehörhandel gerne verkauft, um Knopfzellenbatterien oberflächlich von Oxidschichten zu befreien. Kurz gesagt: Bei allen diesen abrasiven Methoden treibt es dem Spezialisten für Kontaktoberflächen Falten auf die Stirne, denn sie haben eines gemeinsam: Durch die massiven Zerstörungen der Goldoberflächen wird das akute Problem nur kurzfristig und vordergründig behoben – schon nach kurzer Zeit beginnt der Zyklus aus Oxidbelastung und notwendiger Reinigung von neuem.

Doch welche Reinigungsmethode ist denn nun akzeptabel? Zumindest über sehr gute Erfahrungen berichten die Anwender der sogenannten Nanotek-Brushes. Dies sind feine, malpinselartige Bürstchen, deren Borsten – oder sollte man besser Haare sagen – aus extrem feinen Edelstahldrähten bestehen. Ein typischer Wert liegt hier bei 0,03 bis 0,05 mm Borstendurchmesser und 3 bis 5 mm Pinseldurchmesser. Aus bis zu 12.000 Einzelborsten besteht ein solcher Pinsel der vor allem bei feinen Kronenkontakten ganz hervorragende Dienste leistet. Schmutzpartikel werden wirksam entfernt, dabei die Edelmetallschicht aber nicht zu sehr strapaziert. Eine anschließende Pflege mit geeigneten, oberflächenversiegelnden Pflegemitteln wird empfohlen.

Ähnlich wie im Gesundheitswesen gibt es aber auch Präventivmethoden, die wir aus unserer Erfahrung heraus wärmstens empfehlen. Hierbei gibt es vieles zu beachten: Zunächst setzen die meisten Kontakthersteller irgendwelche Schmierstoffe ein, um die Gleitreibungskräfte zu verringern. Allzu oft sind die bei der Kontaktpflege mit chemischen Stoffen verwendeten Produkte nicht kompatibel mit diesen Schmierstoffen, was zu unerwünschten Nebeneffekten führt. Bevor Sie also zu irgendeinem Kontaktspray vom Elektronikdistributor greifen, sollten Sie sich ein paar Grundregeln vor Augen führen: Die Vergoldung oder Veredelung mit anderen Edelmetallen wird durchgeführt, um das Basismaterial des Kontaktes vor Oxidangriffen aus der Luft zu schützen und damit die elektrische Leitfähigkeit der Kontaktoberfläche auf Dauer sicherzustellen. Jede selbst mikroskopisch kleine Verletzung dieser Oberfläche öffnet dem Sauerstoff den Zugang zu dem meist auf Kupfer basierten Grundmaterial und führt über kurz oder lang zu Korrosionsbildung. Folglich sollten Reinigungsvorgänge entweder rein chemisch und ohne jedwede mechanische Verletzung der Oberfläche erfolgen, oder es muss sofort nach Einsatz von mechanischen Hilfsmitteln der Schutz in Form einer Sauerstoff-Abriegelung wieder hergestellt werden. Die mikroskopisch kleinen Verletzungen – meist Kratzer – sollten im Idealfall verschlossen oder verfüllt werden, um neben dem Luftabschluss gleichzeitig auch die aktive Fläche des Kontakts zu erhalten. Dies klingt alles nach sehr viel Arbeit, und Restaurateure alter Elektronikgeräte können berichten, welchen Aufwand man betreiben muss, um beispielsweise ein heute nicht mehr erhältliches Potentiometer wieder funktionsfähig zu machen. Wenn man aber nicht ganz so lange wartet und seinen Elektronikgeräten oder Prüfvorrichtungen, ebenso wie seinem Auto, Mountainbike oder anderem technischen Gerät, hin und wieder eine kleine Inspektion mit ordentlicher Wartung gönnt, kann man sich durchaus sehr viel Arbeit, Zeit und Geld sparen.

Die dazu notwendigen Mittel sind von geringer Anzahl und leicht in der Handhabung: Was beim Auto der Ölwechsel ist beim Kontakt die Oberflächenbehandlung mit DeoxIT. Dieses Mittel verfügt – der Name verrät’s – über oxidlösende Substanzen. Nun, das tun andere Produkte auch, aber eben erstens nicht so effektiv, und zweitens nicht so nachhaltig. Denn im Unterschied zu anderen Produkten reinigt DeoxIT nicht nur, sondern schützt die Oberfläche vor Sauerstoffangriff. Doch war nicht auch die Rede von Verfüllen der Kratzer und Risse? Hier kommt als zweites Mittel und in Ergänzung das Produkt DeoxIT GOLD in’s Spiel. Diese Substanz ist in der Lage, nach der oxidlösenden Vorreinigung in den Kontakt regelrecht einzudringen und die Grenzschicht zwischen Grundwerkstoff aus Cu-Legierung und der Edelmetallschicht zu erreichen. Bereits vorhandene Beschädigungen werden versiegelt und das weitere Voranschreiten einer Blister-Korrosion nachhaltig verhindert.

Insgesamt besteht die Kontaktreinigung im Rahmen eines Wartungszyklus aus drei Schritten:

Nach diesem Verfahren gereinigte Kontakte können über längere Zeit hinweg wieder ihre Funktion voll erfüllen und tragen somit aktiv zur Kostenreduzierung bei.

Gold als Oberfläche ist auch in Zeiten bleifreier und RoHS-konformer Elektronikproduktion die beste Wahl für Kontaktelemente, benötigt jedoch zusätzliche Unterstützung beispielsweise durch die Nanobeschichtung XXLonglife, speziell wenn der Kontaktpartner Lötzinn ist. Die richtige Pflege und Wartung kann zusätzlich die Lebensdauer nachhaltig verbessern.

electronica, A1.242

EPP 444