RU
ENПри анализе отказов электронных изделий существует крошечное, но очень вредное явление, которое часто упускают из виду, — оловянные усы.Эти самопроизвольно растущие металлические нити имеют диаметр всего несколько микрон, но могут вызывать серьезные короткие замыкания с катастрофическими последствиями для электронного оборудования.
I. Что такое оловянный ус?
Оловянные вискеры — это кристаллы, которые спонтанно образуются на поверхности чистого олова или сплавов с высоким содержанием олова и обычно выглядят как удлиненные нити или иглы.Они растут медленно, но непрерывно, достигая длины в несколько миллиметров и обычно всего 1-3 микрона в диаметре.Что особенно тревожно, рост оловянных вискеров не требует никакого внешнего воздействия и является абсолютно спонтанным поведением материала.
II. Механизм образования оловянных вискеров
Образование оловянных вискеров в основном связано со следующими факторами:
- Внутренние напряжения: остаточные напряжения, возникающие в процессе нанесения покрытия, являются основной движущей силой.
- Структура кристаллической решетки: определенные ориентации кристаллов более склонны к образованию оловянных вискеров
- Факторы окружающей среды: цикличность температуры и влажность ускоряют рост
- Фактор времени: процесс роста может длиться годами.
Стоит отметить, что распространение бессвинцовых припоев усугубило эту проблему, поскольку свинец, содержащийся в свинцовых припоях, эффективно препятствует росту оловянных вискеров.
III. Опасность короткого замыкания из-за оловянных вискеров
Короткие замыкания, вызванные оловянными вискерами, имеют следующие характеристики:
- Скрытость: процесс роста трудно обнаружить.
- Случайный: может возникнуть на любой оловянной поверхности
- Отсроченные: могут возникнуть через несколько месяцев или даже лет после использования продукта
- Катастрофические: могут привести к сбоям на уровне системы.
При плотной компоновке печатных плат оловянные вискеры между соседними площадками или контактами могут образовывать проводящие дорожки, которые могут привести к серьезным последствиям, таким как помехи сигналам, сбои в работе или даже перегорание.Эта проблема особенно актуальна в таких высоконадежных областях, как аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование.
IV. Меры по предотвращению и реагированию
Для устранения риска появления оловянных вискеров можно использовать следующие стратегии защиты:
- Выбор материала:
- используйте свинцовые припои (где это разрешено)
- и выбирайте покрытие, препятствующее образованию оловянных вискеров.
- Управление процессом:
- оптимизируйте параметры процесса нанесения покрытия
- . Используйте олово горячего погружения вместо гальванического олова
- для последующей обработки оплавлением
- Защита конструкции:
- увеличьте расстояние между проводниками
- и используйте паяльную маску для изоляции
- а также рассмотрите возможность нанесения защитных покрытий.
- Методы испытаний:
- осмотр с помощью мощного микроскопа
- ускоренное испытание на старение
- контроль электрической целостности
V. Состояние и перспективы развития отрасли
По мере усиления тенденции к миниатюризации электронных изделий проблема оловянных вискеров становится все более актуальной, и такие организации, как JEDEC и IPC, выпустили ряд соответствующих стандартов (например, JESD201).В будущем новые материалы сплавов и технологии нанопокрытий могут предложить новые идеи для решения этой проблемы.
Для инженеров, занимающихся разработкой и производством печатных плат, полное признание риска появления оловянных вискеров и принятие профилактических мер на этапе проектирования является ключом к обеспечению долгосрочной надежности продукции.В конце концов, гораздо экономичнее предотвратить сбои до их возникновения, чем устранять их после того, как они произошли.
