![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
alex-avr2.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
alex_avr2 в Оловянные нитевидные кристаллы в электронной технике
alex_avr2 в Оловянные нитевидные кристаллы в электронной техникеПрактика показывает, что пути поисковиков неисповедимы. Так и в этот раз - собирался всего лишь найти как правильно называется губка для чистки жал паяльника по английски, а в итоге нашел нашел информацию об очень интересном явлении, про которое, к моему удивлению, никогда раньше не слышал.
Внимание привлекло слово whisker в сочетании с solder. Технические словари дают много вариантов перевода, самые близкие по смыслу - нитевидные усы, контактный усик, нитевидный кристалл.
Суть явления: в ряде случаев из припоя и залуженных поверхностей могут вырастать очень тонкие (обычно около 1мкм) и длинные(до 10мм) прямые кристаллы.
Явление наблюдается в основном для чистых металлов (олова, цинка) и практически не наблюдается для сплавов со свинцом и самого свинца. Наибольшее интерес явление представляет для случая с чистым оловом, так как его нередко используют для покрытия контактов радиодеталей и как раз таки из него нитевидные кристаллы очень хорошо растут.
Интересным является и тот факт, что доподлинно механизм образования подобных усов до сих пор неизвестен, хотя и существует множество теорий ни одна из них на 100% не подтверждена. Известно, что чаще всего подобные образования появляются на деталях подверженных разного рода напряжениям, источником которых может являться множество причин - сама технология нанесения покрытий, механическое силовое воздействие (например закручивание гаек и болтов прижимающих поверхность с оловянным покрытием), формовка ножек деталей, царапины, термоперепады и т.д.
Как не трудно догадаться, внезапно вырастающие металлические "усы" на электронных контактах - не самое желательное явление. Они могут приводить к различным проблемам. Самое очевидное - замыкание соседних контактов. В случае если протекающий ток через выросший кристалл меньше ~10мА, замыкание остается постоянным. Такие токи свойственны для сигнальных линий. Если ток больше ~10мА, то кристалл плавится и замыкание получается временным, что однако тоже может приводить к проблемам. В силовой технике появление такого кристалла может привести к возникновению дуги, которая может уничтожить оборудование. Кроме того Подобные кристаллы могут приводить к чисто механическим проблемам в микроскопических механизмах, например МЭМС. В добавок проблемы могут появится в оптических устройствах, которые кристаллы могут просто загрязнить.
На фото - реле, предположительно уничтоженное электрической дугой появившейся в результате вырастания кристалла:
А вот и собрат виновника крупным планом в аналогичном реле:
В одной из статей мне попался список случаев выхода техники из строя из-за появления "усов".
-Семнадцатого апреля 2005 года атомная станция Миллстоун в штате Коннектикут прекратила работу по причине короткого замыкания в линии нагнетания пара.
-В 2006 году огромная партия часов Свотч, изготовленных давшей им имя швейцарской фирмой, была изъята из продажи при расчетной стоимости в млрд (500 млн фунтов). В обоих случаях усы олова — микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате — были объявлены причиной возникновения этих проблем.
-В 1998 году спутник связи Галактика IV вышел из строя всего лишь через пять лет после запуска, и инженеры диагностировали, что его отказ обусловлен усами.
-Американские военные обвиняли эти усы в нарушениях работы систем РЛС F-15 и в сбое траекторий наведения ракет типа Феникс и Патриот.
-В 1986 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США изъяло целый ряд продуктов лидирующих изготовителей по причине тех же самых усов.
Проблема возникновения "усов" не актуальна для свинцовых припоев, которые до недавних пор использовались в подавляющем большинстве случаев и много где используются до сих пор. Однако, в последнее время большинство потребительской техники из соображений защиты окружающей среды (в основном стараниями Европы) собирается с использованием бессвинцовых припоев (в большинстве своем они состоят на > 90% из олова). Эти припои являются головной болью для разработчиков, т.к. даже без "усов" они обладают худшими свойствами, по сравнению со свинцовыми припоями. В первую очередь их температура плавления существенно выше, что приводит к сложностям при пайке и изготовлении деталей, выдерживающих такие температуры. Кроме того они более хрупкие, что приводит к выходу техники из строя, а смачивают контактные поверхности при пайке хуже В связи с этим в ответственной технике, космической, военной, медицинской до сих пор используют свинцовые припои.
Примеры образования "усов":
На контактах SMD конденсатора типоразмера 0805. Конденсатор не был припаян, а был приклеен на токопроводящий клей. Усы выросли после тестирования термоциклированием, однако после этого в течение 6-8 месяцев они выросли еще примерно в два раза уже при комнатной температуре.
На металлической основе переменного воздушного конденсатора:
На штырьках для подключения проводов методом навивки (кстати, считается одним из самых надежных способов подключения проводов и используется в т.ч. в космической технике). Длина усов достаточна для замыкания соседних штырьков.
В разъеме D-SUB, которые до сих пор используются в обычных компьютерах для подключения мониторов, а еще недавно были почти в каждом компьютере в виде COM и LPT портов.
В USB разъемах:
На ножках деталей:
Крупным планом с помощью электронного микроскопа:
Крышках трансформаторов. Изначально производитель делал покрытие этих крышек из оловяно-свинцового сплава, однако, потом из-за международных требований и директивы RoHS перешел к чистому олову, без изменения названия детали и каких либо опвещений потребителей. Однако, один из покупателей заметил изменение внешнего вида крышек и более подробно их исследовал:
Направляющие для крепления плат в оборудовании. Видно, что иногда кристаллы могут вырастать до впечатляющих длин и замкнуть вывод детали на плате с креплением.
Клемма для подсоединения к контактным пластинам:
Внутри переменных резисторов. Кстати, подобный случай, похоже, один раз я лично видел на своем приборе. В какой-то момент у меня иногда начали глючить энкодеры на панели управления осциллографом. После разборки и очень долгого изучения проблемы(она проявлялась не постоянно), я все-таки выяснил, что в одном из энкодеров один из контактов иногда замыкался на корпус, а схема и принцип опроса энкодеров были такими, что это приводило к глюкам всех энкодеров сразу. В итоге я выпаял и разобрал тот энкодер, однако был сильно удивлен - от контакта до корпуса внутри везде было большое расстояние - тогда я так и не понял, как там могло получиться замыкание, решил что оно было из-за пыли и налета на пластике. После протирки спиртом всех деталей и сборки обратно все заработало идеально и работает по сей день. Сейчас я почти на 100% уверен, что причина была в подобном кристалле.
Еще один потенциометр:
Вырастающие кристаллы намного тоньше человеческого волоса и глазами их можно и не увидеть, даже если внимательно рассматривать плату. Не удивительно, что после "пропайки" внешне нормальных контактных площадок на печатной плате, неисправность иногда устраняется - думаю многие с этим сталкивались и, вероятно, в ряде случаев причиной неисправности были как раз оловянные "усы", а вовсе не плохой контакт пайки, как можно было бы подумать.
На мой взгляд, этот эффект в очередной раз показывает, насколько сложна в разработке техника, особенно если речь идет о сложных приборах и механизмах. Насколько сложно сделать, например, космический аппарат, который должен работать много лет без сбоев в космосе, в совершенно диких условиях. Насколько сложно учесть все нюансы, все эффекты и предусмотреть все.
Источники информации:
-Статья на сайте NASA: https://nepp.nasa.gov/WHISKER/background/
-Огромная коллекция фотографий с описаниями и ссылками там же: https://nepp.nasa.gov/WHISKER/photos/index.html (все фотографии в посте взяты отсюда).
-Небольшая статья на русском языке: http://www.tech-e.ru/2008_3_40.php
-И еще одна: http://al-tm.ru/stati/stati-po-mat.-obespecheniyu/.-.
-Варианты перевода термина whisker на русский: http://www.multitran.ru/c/m.exe?CL=1&s=+whisker&l1=1
Внимание привлекло слово whisker в сочетании с solder. Технические словари дают много вариантов перевода, самые близкие по смыслу - нитевидные усы, контактный усик, нитевидный кристалл.
Суть явления: в ряде случаев из припоя и залуженных поверхностей могут вырастать очень тонкие (обычно около 1мкм) и длинные(до 10мм) прямые кристаллы.
Явление наблюдается в основном для чистых металлов (олова, цинка) и практически не наблюдается для сплавов со свинцом и самого свинца. Наибольшее интерес явление представляет для случая с чистым оловом, так как его нередко используют для покрытия контактов радиодеталей и как раз таки из него нитевидные кристаллы очень хорошо растут.
Интересным является и тот факт, что доподлинно механизм образования подобных усов до сих пор неизвестен, хотя и существует множество теорий ни одна из них на 100% не подтверждена. Известно, что чаще всего подобные образования появляются на деталях подверженных разного рода напряжениям, источником которых может являться множество причин - сама технология нанесения покрытий, механическое силовое воздействие (например закручивание гаек и болтов прижимающих поверхность с оловянным покрытием), формовка ножек деталей, царапины, термоперепады и т.д.
Как не трудно догадаться, внезапно вырастающие металлические "усы" на электронных контактах - не самое желательное явление. Они могут приводить к различным проблемам. Самое очевидное - замыкание соседних контактов. В случае если протекающий ток через выросший кристалл меньше ~10мА, замыкание остается постоянным. Такие токи свойственны для сигнальных линий. Если ток больше ~10мА, то кристалл плавится и замыкание получается временным, что однако тоже может приводить к проблемам. В силовой технике появление такого кристалла может привести к возникновению дуги, которая может уничтожить оборудование. Кроме того Подобные кристаллы могут приводить к чисто механическим проблемам в микроскопических механизмах, например МЭМС. В добавок проблемы могут появится в оптических устройствах, которые кристаллы могут просто загрязнить.
На фото - реле, предположительно уничтоженное электрической дугой появившейся в результате вырастания кристалла:
А вот и собрат виновника крупным планом в аналогичном реле:
В одной из статей мне попался список случаев выхода техники из строя из-за появления "усов".
-Семнадцатого апреля 2005 года атомная станция Миллстоун в штате Коннектикут прекратила работу по причине короткого замыкания в линии нагнетания пара.
-В 2006 году огромная партия часов Свотч, изготовленных давшей им имя швейцарской фирмой, была изъята из продажи при расчетной стоимости в млрд (500 млн фунтов). В обоих случаях усы олова — микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате — были объявлены причиной возникновения этих проблем.
-В 1998 году спутник связи Галактика IV вышел из строя всего лишь через пять лет после запуска, и инженеры диагностировали, что его отказ обусловлен усами.
-Американские военные обвиняли эти усы в нарушениях работы систем РЛС F-15 и в сбое траекторий наведения ракет типа Феникс и Патриот.
-В 1986 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США изъяло целый ряд продуктов лидирующих изготовителей по причине тех же самых усов.
Проблема возникновения "усов" не актуальна для свинцовых припоев, которые до недавних пор использовались в подавляющем большинстве случаев и много где используются до сих пор. Однако, в последнее время большинство потребительской техники из соображений защиты окружающей среды (в основном стараниями Европы) собирается с использованием бессвинцовых припоев (в большинстве своем они состоят на > 90% из олова). Эти припои являются головной болью для разработчиков, т.к. даже без "усов" они обладают худшими свойствами, по сравнению со свинцовыми припоями. В первую очередь их температура плавления существенно выше, что приводит к сложностям при пайке и изготовлении деталей, выдерживающих такие температуры. Кроме того они более хрупкие, что приводит к выходу техники из строя, а смачивают контактные поверхности при пайке хуже В связи с этим в ответственной технике, космической, военной, медицинской до сих пор используют свинцовые припои.
Примеры образования "усов":
На контактах SMD конденсатора типоразмера 0805. Конденсатор не был припаян, а был приклеен на токопроводящий клей. Усы выросли после тестирования термоциклированием, однако после этого в течение 6-8 месяцев они выросли еще примерно в два раза уже при комнатной температуре.
На металлической основе переменного воздушного конденсатора:
На штырьках для подключения проводов методом навивки (кстати, считается одним из самых надежных способов подключения проводов и используется в т.ч. в космической технике). Длина усов достаточна для замыкания соседних штырьков.
В разъеме D-SUB, которые до сих пор используются в обычных компьютерах для подключения мониторов, а еще недавно были почти в каждом компьютере в виде COM и LPT портов.
В USB разъемах:
На ножках деталей:
Крупным планом с помощью электронного микроскопа:
Крышках трансформаторов. Изначально производитель делал покрытие этих крышек из оловяно-свинцового сплава, однако, потом из-за международных требований и директивы RoHS перешел к чистому олову, без изменения названия детали и каких либо опвещений потребителей. Однако, один из покупателей заметил изменение внешнего вида крышек и более подробно их исследовал:
Направляющие для крепления плат в оборудовании. Видно, что иногда кристаллы могут вырастать до впечатляющих длин и замкнуть вывод детали на плате с креплением.
Клемма для подсоединения к контактным пластинам:
Внутри переменных резисторов. Кстати, подобный случай, похоже, один раз я лично видел на своем приборе. В какой-то момент у меня иногда начали глючить энкодеры на панели управления осциллографом. После разборки и очень долгого изучения проблемы(она проявлялась не постоянно), я все-таки выяснил, что в одном из энкодеров один из контактов иногда замыкался на корпус, а схема и принцип опроса энкодеров были такими, что это приводило к глюкам всех энкодеров сразу. В итоге я выпаял и разобрал тот энкодер, однако был сильно удивлен - от контакта до корпуса внутри везде было большое расстояние - тогда я так и не понял, как там могло получиться замыкание, решил что оно было из-за пыли и налета на пластике. После протирки спиртом всех деталей и сборки обратно все заработало идеально и работает по сей день. Сейчас я почти на 100% уверен, что причина была в подобном кристалле.
Еще один потенциометр:
Вырастающие кристаллы намного тоньше человеческого волоса и глазами их можно и не увидеть, даже если внимательно рассматривать плату. Не удивительно, что после "пропайки" внешне нормальных контактных площадок на печатной плате, неисправность иногда устраняется - думаю многие с этим сталкивались и, вероятно, в ряде случаев причиной неисправности были как раз оловянные "усы", а вовсе не плохой контакт пайки, как можно было бы подумать.
На мой взгляд, этот эффект в очередной раз показывает, насколько сложна в разработке техника, особенно если речь идет о сложных приборах и механизмах. Насколько сложно сделать, например, космический аппарат, который должен работать много лет без сбоев в космосе, в совершенно диких условиях. Насколько сложно учесть все нюансы, все эффекты и предусмотреть все.
Источники информации:
-Статья на сайте NASA: https://nepp.nasa.gov/WHISKER/background/
-Огромная коллекция фотографий с описаниями и ссылками там же: https://nepp.nasa.gov/WHISKER/photos/index.html (все фотографии в посте взяты отсюда).
-Небольшая статья на русском языке: http://www.tech-e.ru/2008_3_40.php
-И еще одна: http://al-tm.ru/stati/stati-po-mat.-obespecheniyu/.-.
-Варианты перевода термина whisker на русский: http://www.multitran.ru/c/m.exe?CL=1&s=+whisker&l1=1
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2016-10-25 06:56 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 07:00 am (UTC)Tin whiskers are not a new phenomenon. Indeed, the first published reports of tin whiskers date back to the 1940s and 1950s.
no subject
Date: 2016-10-25 08:13 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 07:01 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 07:06 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-30 09:26 am (UTC)(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 07:01 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 07:06 am (UTC)Покрытие лаком напрочь убивает это явление.
А тепло ускоряет рост.
no subject
Date: 2016-10-25 07:08 am (UTC)significantly reduce the risk
:)
(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 08:09 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 05:30 pm (UTC)(no subject)
From:хлопает в ладоши
From:(no subject)
From:(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 08:17 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 08:26 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 09:39 pm (UTC)(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 08:34 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 08:36 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 08:45 am (UTC)Прибор почти гарантированно дохнет через несколько лет при том что все компоненты исходно исправны, красота.
no subject
Date: 2016-10-25 04:32 pm (UTC)Во вполне гражданской энергетике средний срок службы оборудования и поныне по 15-25 лет требуют
(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 10:35 am (UTC)Я не понял когда именно и за какое время они вырастают? Откуда молекулы материала для роста?
no subject
Date: 2016-10-25 11:03 am (UTC)(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 10:41 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 10:52 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 02:49 pm (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 07:50 pm (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 03:37 pm (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 03:52 pm (UTC)Приборы 50-х годов с оловянным припоем, наверное, уже вообще заросли до неприличия.
no subject
Date: 2016-10-28 04:38 am (UTC)Чистое олово в электронике не использовали.
(no subject)
From:(no subject)
From:no subject
Date: 2016-10-25 04:57 pm (UTC)no subject
Date: 2016-10-28 04:39 am (UTC)no subject
Date: 2016-10-25 05:08 pm (UTC)no subject
Date: 2016-10-27 01:42 am (UTC)за час до... Читал вот эту статью - https://habrahabr.ru/post/145371/
no subject
Date: 2025-11-16 10:45 am (UTC)УЖЕ НЕТУ
no subject
Date: 2017-10-09 06:38 pm (UTC)youtube com/watch?v=agSvkoPJHVM
no subject
Date: 2021-04-26 06:13 pm (UTC)Что-то мне подсказывает что скоро старая smd техника будет все чаще приходить с такими вот оловянными усами.
no subject
Date: 2021-04-26 10:04 pm (UTC)