Whisker (металлургия)
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Серебряного уса )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Серебряные усы, растущие из резисторов поверхностного монтажа

Волосы металла - это явление, которое возникает в электрических устройствах, когда металлы со временем образуют длинные, похожие на усы выступы. Вискеры олова были замечены и задокументированы в эпоху электронных ламп в начале 20 века в оборудовании, в производстве которого использовался чистый или почти чистый припой из олова. Было замечено, что между металлическими контактными площадками припоя росли небольшие металлические волоски или усики, вызывающие короткие замыкания . Металлические усы образуются при сжимающем напряжении. Были зарегистрированы усы цинка , кадмия и даже свинца . [1] Многие методы используются для смягчения проблемы, включая изменения в отжиге.процесс (нагрев и охлаждение), добавление элементов, таких как медь и никель, и включение защитных покрытий . [2] Традиционно свинец добавляли для замедления роста усов в припоях на основе олова.

Следуя Директиве об ограничении использования опасных веществ (RoHS), Европейский Союз с 2006 года запретил использование свинца в большинстве бытовых электронных товаров из-за проблем со здоровьем, связанных со свинцом, и проблемы "высокотехнологичного мусора", что привело к переориентации на проблема образования усов в бессвинцовых припоях .

Механизм

Микроскопический вид олова, используемого для пайки электронных компонентов, показывает усы

Волосы металла - это кристаллическое металлургическое явление, связанное с самопроизвольным ростом крошечных нитевидных волосков на металлической поверхности. Эффект в первую очередь проявляется на элементарных металлах, но также наблюдается и на сплавах .

Механизм роста металлических усов не совсем понятен , но, похоже, ему способствуют сжимающие механические напряжения, в том числе:

Металлические усы отличаются от металлических дендритов по нескольким параметрам; дендриты имеют форму папоротника и растут по поверхности металла, в то время как металлические усы имеют форму волос и выступают перпендикулярно поверхности. Для роста дендритов требуется влага, способная растворять металл в растворе ионов металла, которые затем перераспределяются за счет электромиграции в присутствии электромагнитного поля . Хотя точный механизм образования «усов» остается неизвестным, известно, что для образования «усов» не требуется растворения металла или наличия электромагнитного поля.

Последствия

Цинковые усы длиной несколько мм на оцинкованной стали

Усы могут вызвать короткое замыкание и искрение в электрическом оборудовании. Это явление было обнаружено телефонными компаниями в конце 1940-х годов, а позже было обнаружено, что добавление свинца к оловянному припою смягчает его. [4] Европейская директива об ограничении содержания вредных веществ (RoHS), вступившая в силу 1 июля 2006 г., ограничила 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 нитевидных кристаллов. [5]

Цинковые усы, переносимые по воздуху, являются причиной увеличения частоты отказов системы в компьютерных серверных комнатах . [6] Цинковые усы вырастают из оцинкованных (гальванических) металлических поверхностей со скоростью до миллиметра в год при диаметре нескольких микрометров. Усы могут образовываться на нижней стороне цинковой гальванической плитки для пола на фальшполах из-за нагрузок, возникающих при ходьбе по ним; эти усы могут затем попасть в воздух внутри напольного пространства, когда плитки потревожены, обычно во время технического обслуживания. Усы могут быть достаточно маленькими, чтобы проходить через воздушные фильтры и оседать внутри оборудования, что приводит к коротким замыканиям и отказу системы.

Усы олова не обязательно должны находиться в воздухе, чтобы повредить оборудование, поскольку они, как правило, уже растут в среде, где могут возникать короткие замыкания. На частотах выше 6 ГГц или в быстрых цифровых цепях оловянные усы могут действовать как миниатюрные антенны , влияя на импеданс цепи и вызывая отражения. В дисководах компьютеров они могут сломаться, что приведет к поломке головки или поломке подшипников. Неровности олова часто вызывают отказы реле и были обнаружены при обследовании вышедших из строя реле на объектах ядерной энергетики . [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, которая способна проводить сотни ампер тока, значительно увеличиваясь. повреждающее действие короткого замыкания. [9] Возможное увеличение использования чистого олова в электронике из-за директивы RoHS побудило JEDEC и IPC выпустить стандарт приемочных испытаний оловянных усов и руководство по практике смягчения последствий, призванное помочь производителям снизить риск образования усов олова в бессвинцовых продуктах. . [10]

Серебряные усы часто появляются в сочетании со слоем сульфида серебра, который образуется на поверхности серебряных электрических контактов, работающих в атмосфере, богатой сероводородом и высокой влажностью . Такие атмосферы могут существовать на предприятиях по очистке сточных вод и на бумажных фабриках .

На позолоченных поверхностях наблюдались усы длиной более 20 мкм, что было отмечено во внутреннем меморандуме НАСА в 2003 году. [11]

Последствия высыхания металла были описаны в программе «Engineering Disasters 19» History Channel .

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 соединения имеют тенденцию отклонять усы, в то время как химический состав керамики предотвращает 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

Galaxy IV был телекоммуникационным спутником, который был отключен и потерян из-за короткого замыкания, вызванного оловянными усами в 1998 году. Первоначально считалось, что космическая погода способствовала отказу, но позже было обнаружено, что конформное покрытие было нанесено неправильно, что привело к образованию усов. в чистом оловянном покрытии, чтобы пробиться через недостающую область покрытия, что приведет к выходу из строя главного управляющего компьютера. Производитель, Hughes, перешел на никелирование, а не на олово, чтобы снизить риск роста усов. Компромиссом стало увеличение веса, добавляющее от 50 до 100 кг (от 110 до 220 фунтов) на полезную нагрузку. [14]

Атомная электростанция Millstone

17 апреля 2005 г. Атомная электростанция Миллстоун в Коннектикуте была остановлена ​​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 контроль линий давления пара на электростанции. [15]

Ложное срабатывание датчиков положения акселератора Toyota

В сентябре 2011 года три исследователя НАСА заявили, что оловянные усы, обнаруженные ими на датчиках положения акселератора [16] отобранных моделей Toyota Camry, могут способствовать сбоям «заедания акселератора», возникающим в некоторых моделях 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 заявило: «Мы не считаем, что оловянные усы являются правдоподобным объяснением этих инцидентов ... [вероятной причиной было] 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, приговор вынесен. Электронных причин для непреднамеренного ускорения на высокой скорости у Toyota нет. Период . ' "Согласно пресс - релизу Toyota,„нет данных указывает на то, что олово усов более склонны к произойти в автомобилях Toyota , чем любой другой автомобиль на рынке“. Toyota также заявляет, что «их системы спроектированы так, чтобы в первую очередь снизить риск образования усов олова». [20]

Смотрите также

  • Монокристаллический ус
  • Дендрит (металл)
  • Рост кристаллов
  • Золото-алюминий интерметаллид
  • Примесь

использованная литература

  1. ^ Людмила Панащенко. «Металлические покрытия, устойчивые к образованию усов» (PDF) . НЭПП НАСА . Проверено 23 октября 2013 года .
  2. ^ Крейг Хиллман; Грегг Киттлсен и Рэнди Шуэллер. «Новый (лучший) подход к уменьшению воздействия усов олова» (PDF) . Решения DFR . Проверено 23 октября 2013 года .
  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. DOI : 10.1016 / j.scriptamat.2011.05.007 .
  4. ^ Джордж Т. Галион. «История теории оловянных усов: с 1946 по 2004 год» (PDF) . iNEMI . Проверено 21 декабря 2012 года .
  5. ^ "Эффект усов" . ИНЭЛКО . Проверено 5 января 2011 года .
  6. ^ "Цинковые усы, вызванные отказами в электронных системах" . ERA Technology. Архивировано 16 января 2013 года . Проверено 21 декабря 2012 года .
  7. ^ «Отчет об уведомлении о событии за 12 июля 1999 г.» . Комиссия по ядерному регулированию США . Проверено 21 декабря 2012 года .
  8. ^ «Тема ITG: оловянные усы - проблема, причины и решения» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами. 1986-03-14. Архивировано из оригинального 18 октября 2007 года . Проверено 21 декабря 2012 года .
  9. ^ Джей Брюсс; Хеннинг Лейдекер; Людмила Панащенко (5 декабря 2007 г.). «Металлические усы: режимы отказов и стратегии смягчения» (PDF) . НАСА . Проверено 21 декабря 2012 года .
  10. ^ "Стандарт приемочных испытаний оловянных усов, выпущенный JEDEC и IPC, и руководство по смягчению последствий" . JEDEC.org . 4 мая 2006 . Проверено 5 января 2011 года .
  11. ^ Александр Teverovsky (апрель 2003). «Знакомство с новым членом семьи: золотые бакенбарды» (PDF) . НАСА . Проверено 21 декабря 2012 года .
  12. ^ a b Джон Берк (сентябрь 2010 г.). «Убраны оловянные усы» .
  13. ^ Кеун-Су Ким, Сук-Сик Ким, Сонг-Джун Ким, Катусаки Суганума, ISIR, Университет Осаки, Масанобу Цуджимото, Исаму Янад, C.Uyemura & Co., Ltd., Предотвращение образования усов Sn путем обработки поверхности Sn покрытие Часть II , Ежегодное собрание TMS, 2008 г.
  14. ^ Фелпс, Брюс. « Причиной выхода из строя спутника из-за « усов »: отказ Галактики IV обвинили в межзвездном феномене» . Архивировано из оригинала 3 марта 2009 года . Проверено 19 октября 2019 .
  15. ^ "Реактор Shutdown: Dominion Учится Большой урок из крошечного 'олова Whisker ' " (PDF) .
  16. ^ «Трактат» (PDF) . nepp.nasa.gov .
  17. ^ Bunkley, Ник (27 марта 2018). «Toyota выпускает второй отзыв по ускорителям» . NYTimes.com .
  18. ^ "Исследование НАБДД-НАСА непреднамеренного ускорения в автомобилях Toyota" . НАБДД . Проверено 14 ноября 2014 года .
  19. ^ «NHTSA отвергает теорию« оловянных усов »для непреднамеренных инцидентов с ускорением Toyota» . Автомобильные новости . Проверено 14 ноября 2014 года .
  20. ^ « « Оловянные усы »и другие опровергнутые теории непреднамеренного ускорения» . Toyota. 24 января 2012 . Проверено 29 сентября 2019 .

внешняя ссылка

  • Изображения серебряных усов НАСА
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Whisker_(metallurgy)&oldid=1051924869 "
Contribute a better translation