WikiDer > Whisker (металлургия)

Whisker (metallurgy)
Серебряные усы, растущие из резисторов поверхностного монтажа

Металлические усы это явление, которое возникает в электрических устройствах, когда металлы со временем образуют длинные, похожие на усы выступы. Банка усы были замечены и задокументированы в вакуумная труба Эра электроники начала 20 века в оборудовании, в производстве которого использовался чистый или почти чистый припой на основе олова. Было замечено, что между металлическими площадками припоя росли маленькие металлические волоски или усики, вызывающие короткие замыкания. Металлические усы образуются при сжимающем напряжении. Цинк, кадмий, и даже вести усы задокументированы.[1] Для устранения проблемы используются многие методы, включая изменения в отжиг процесс (нагрев и охлаждение), добавление элементов, таких как медь и никель, и включение конформные покрытия.[2] Традиционно свинец добавляли для замедления роста усов в припоях на основе олова.

После Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS), Евросоюз запретил использование свинца в большинстве бытовых электронных товаров с 2006 года из-за проблем со здоровьем, связанных со свинцом, и проблемы «высокотехнологичного мусора», что привело к переориентации на проблему образования усов в бессвинцовые припои.

Механизм

Микроскопический вид банка используется для пайки электронных компонентов, показывая усы

Вышивка металла - это кристаллический металлургический явление, связанное со спонтанным ростом крошечных, нитевидный волосы из металлический поверхность. Эффект в первую очередь проявляется на элементаль металлов, но также встречается с сплавы.

Механизм роста металлических усов: не совсем понятно, но, кажется, поощряется механическим сжатием подчеркивает включая:

Металлические усы отличаются от металлических дендриты в нескольких отношениях; дендриты папоротник-образной формы и растут по поверхности металла, в то время как металлические усы имеют форму волос и выступают перпендикулярно поверхности. Для роста дендритов необходима влага, способная растворять металл в растворе ионов металла, которые затем перераспределяются посредством электромиграция в присутствии электромагнитное поле. Хотя точный механизм образования усов остается неизвестным, известно, что образование усов не требует ни растворение металла или наличие электромагнитного поля.

Последствия

Цинковые усы длиной несколько мм на оцинкованной стали

Усы могут вызвать короткие замыкания и дуга в электрооборудовании. Это явление было обнаружено телефонными компаниями в конце 1940-х годов, и позже выяснилось, что добавление вести залудить припаять при условии смягчения.[4] Европейский Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS), вступивший в силу 1 июля 2006 г., ограничил использование свинца в различных типах электронного и электрического оборудования. Это привело к использованию бессвинцовых сплавов с акцентом на предотвращение образования усов, см. § Смягчение и устранение. Другие сосредоточились на разработке кислородных барьерных покрытий для предотвращения образования усов.[5]

Вискеры цинка, переносимые по воздуху, являются причиной увеличения частоты отказов системы в компьютер серверные комнаты.[6] Усы цинка растут из оцинкованный (гальванические) металлические поверхности со скоростью до миллиметра в год при диаметре нескольких микрометров. На обратной стороне цинка могут образовываться усы. гальванический этаж плитка на фальшполах из-за нагрузок, возникающих при ходьбе по ним; эти усы могут затем попасть в пол пленум при повреждении плитки, обычно во время обслуживания. Усы могут быть достаточно маленькими, чтобы проходить через воздушные фильтры и оседать внутри оборудования, в результате чего короткие замыкания и сбой системы.

Банка усы не обязательно должны находиться в воздухе, чтобы повредить оборудование, поскольку они, как правило, уже растут в среде, где могут вызывать короткие замыкания. На частотах выше 6 ГГц или в быстрых цифровых схемах усы олова могут действовать как миниатюрные антенны, влияя на схему сопротивление и вызывая отражения. В дисководах компьютеров они могут сломаться, что приведет к поломке головки или поломке подшипников. Усы олова часто вызывают сбои в работе реле, и были обнаружены при осмотре вышедших из строя реле в атомная энергия удобства.[7] Кардиостимуляторы были отозваны из-за оловянных усов.[8] Исследования также выявили особый режим отказа для нитевидных кристаллов олова в вакууме (например, в космосе), когда в компонентах большой мощности закорачивающий нитевидный кристалл олова ионизируется в плазму, способную проводить сотни ампер тока, значительно увеличиваясь. повреждающее действие короткого замыкания.[9] Возможное увеличение использования чистого олова в электронике из-за RoHS директива вел JEDEC и МПК выпустить стандарт приемочных испытаний «усов олова» и руководство по их снижению, призванные помочь производителям снизить риск образования «усов» олова в бессвинцовых продуктах.[10]

Серебро усы часто появляются вместе со слоем сульфид серебра который образуется на поверхности серебро электрические контакты работая в атмосфере, богатой сероводород и высокий влажность. Такие атмосферы могут существовать в очистка сточных вод и бумажная фабрика.

Усы длиной более 20 мкм наблюдались на позолоченный поверхности и отмечен во внутреннем меморандуме НАСА 2003 года.[11]

Эффект от высыхания металла был зафиксирован на Исторический каналпрограмма "Инженерные катастрофы" 19.

Смягчение и устранение

Несколько подходов используются для уменьшения или устранения роста усов при продолжающихся исследованиях в этой области.

Конформные покрытия

Конформные составные покрытия не позволяют усам проникать через барьер и достигать ближайшего конца и образовывать короткое замыкание. К ним относятся барьеры из керамического или полимерного компаунда. Полимерные составы имеют тенденцию отклонять усы, в то время как химические свойства керамики предотвращают прокол покрытия.[12]

Изменение химического состава покрытия

В контролируемых испытаниях было показано, что отделочные покрытия из никеля, золота или палладия устраняют образование усов.[12][13]

Примеры и инциденты с оловянным усом

Галактика IV

Галактика IV был телекоммуникационным спутником, который был отключен и потерян из-за короткого замыкания, вызванного усами олова в 1998 году. Первоначально считалось, что космическая погода способствовали сбою, но позже было обнаружено, что конформное покрытие было нанесено неправильно, что позволило усам, образовавшимся в чистом оловянном покрытии, найти свой путь через недостающую область покрытия, что привело к отказу главного управляющего компьютера. Производитель, Hughes, перешел на никелирование, а не на олово, чтобы снизить риск роста усов. Компромиссом стало увеличение веса, добавление от 50 до 100 кг (от 110 до 220 фунтов) на полезную нагрузку.[14]

Атомная электростанция Millstone

17 апреля 2005 г. Атомная электростанция Millstone в Коннектикуте был остановлен из-за «ложной тревоги», которая указала на небезопасный перепад давления в паровой системе реактора, когда давление пара было фактически номинальным. Ложная тревога была вызвана оловянным усом, который закоротил материнскую плату, которая отвечала за мониторинг линий давления пара на электростанции.[15]

Датчики положения акселератора Toyota ложное срабатывание

В сентябре 2011 года трое исследователей НАСА заявили, что усы олова, обнаруженные ими на датчиках положения ускорителя,[16] отобранных моделей Toyota Camry могли способствовать сбоям с "заеданием акселератора", затронувшим некоторые модели Toyota в 2005–2010 годах.[17] Это противоречит более раннему 10-месячному совместному расследованию, проведенному Национальным управлением безопасности дорожного движения (NHTSA) и большой группой других исследователей НАСА, которые не обнаружили никаких электронных дефектов.[18]

Однако в 2012 году НАБДД утверждало: «Мы не считаем, что усы олова являются правдоподобным объяснением этих инцидентов ... [вероятная причина была] неправильное нажатие педали."[19]

Toyota также утверждает, что оловянные усы не были причиной каких-либо проблем с заеданием акселератора: «По словам министра транспорта США Рэя Лахуда:« Вердикт вынесен. Электронных причин для непреднамеренного ускорения на высокой скорости у Toyota нет. .'«Согласно пресс-релизу Toyota,« нет данных, указывающих на то, что усы олова более склонны к появлению в автомобилях Toyota, чем на любом другом транспортном средстве на рынке ». Toyota также заявляет, что« их системы разработаны таким образом, чтобы снизить риск образования усов олова. на первом месте."[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Людмила Панащенко. «Металлические покрытия, устойчивые к образованию усов» (PDF). НЭПП НАСА. Получено 23 октября 2013.
  2. ^ Крейг Хиллман; Грегг Киттлсен и Рэнди Шуэллер. «Новый (лучший) подход к снижению воздействия оловянных усов» (PDF). Решения DFR. Получено 23 октября 2013.
  3. ^ Сун, Юн; Хоффман, Элизабет Н .; Лам, Пох-Санг; Ли, Сяодун (2011). «Оценка эволюции локальной деформации от образования металлических усов». Scripta Materialia. 65 (5): 388–391. Дои:10.1016 / j.scriptamat.2011.05.007.
  4. ^ Джордж Т. Галион. "История теории оловянных усов: 1946–2004 гг." (PDF). iNEMI. Получено 21 декабря 2012.
  5. ^ «Эффект усов». ИНЭЛКО. Получено 5 января 2011.
  6. ^ «Сбои в электронных системах, вызванные цинковыми усами». ERA Technology. Архивировано из оригинал 16 января 2013 г.. Получено 21 декабря 2012.
  7. ^ «Отчет о событии за 12 июля 1999 г.». Комиссия по ядерному регулированию США. Получено 21 декабря 2012.
  8. ^ «Тема ITG: оловянные усы - проблема, причины и решения». Управление по контролю за продуктами и лекарствами. 1986-03-14. Архивировано из оригинал 18 октября 2007 г.. Получено 21 декабря 2012.
  9. ^ Джей Брюсс; Хеннинг Лейдекер; Людмила Панащенко (5 декабря 2007 г.). «Металлические усы: режимы отказов и стратегии смягчения последствий» (PDF). НАСА. Получено 21 декабря 2012.
  10. ^ «JEDEC и IPC выпускают стандарт приемочных испытаний оловянных усов и руководство по смягчению последствий». JEDEC.org. 4 мая 2006 г.. Получено 5 января 2011.
  11. ^ Александр Теверовский (апрель 2003 г.). «Представляем нового члена семьи: золотые бакенбарды» (PDF). НАСА. Получено 21 декабря 2012.
  12. ^ а б Джон Берк (сентябрь 2010 г.). «Убраны оловянные усы».
  13. ^ Кеун-Су Ким, Сук-Сик Ким, Сонг-Джун Ким, Катусаки Суганума, ISIR, Университет Осаки, Масанобу Цудзимото, Исаму Янад, C. Uyemura & Co., Ltd., Предотвращение образования нитевидных кристаллов Sn путем обработки поверхности Sn-покрытия. Часть II., Ежегодное собрание TMS, 2008 г.
  14. ^ Фелпс, Брюс. "'Причина выхода из строя спутника Уискерс: отказ Галактики IV виной всему межзвездному феномену ». Архивировано из оригинал 3 марта 2009 г.. Получено 19 октября 2019.
  15. ^ "Выключение реактора: Доминион извлек большой урок из маленького оловянного уса"'" (PDF).
  16. ^ "Научный труд" (PDF). nepp.nasa.gov.
  17. ^ Банкли, Ник (27 марта 2018 г.). "Toyota выпускает второй отзыв по ускорителям". NYTimes.com.
  18. ^ "Исследование NHTSA-NASA непреднамеренного ускорения автомобилей Toyota". НАБДД. Получено 14 ноября 2014.
  19. ^ «НАБДД отвергает теорию« оловянных усов »о непреднамеренных инцидентах с ускорением Toyota». Автомобильные новости. Получено 14 ноября 2014.
  20. ^ "'Оловянные усы и другие опровергнутые теории непреднамеренного ускорения ». Toyota. 24 января 2012 г.. Получено 29 сентября 2019.

внешняя ссылка