Bıyık (metalurji) - Whisker (metallurgy)

Yüzeye monte dirençlerden büyüyen gümüş kıllar

Metal kıllanma , elektrikli cihazlarda, metaller zamanla uzun bıyık benzeri çıkıntılar oluşturduğunda meydana gelen bir olgudur. Kalay bıyıkları , 20. yüzyılın başlarında elektroniklerin vakum tüpü çağında, üretiminde saf veya neredeyse saf kalay lehim kullanan ekipmanlarda fark edildi ve belgelendi . Kısa devrelere neden olan metal lehim pedleri arasında küçük metal kılların veya filizlerin büyüdüğü fark edildi . Basınç gerilimi varlığında metal kıllar oluşur. Çinko , kadmiyum ve hatta kurşun kıllar belgelenmiştir. Tavlama sürecindeki değişiklikler (ısıtma ve soğutma), bakır ve nikel gibi elementlerin eklenmesi ve uygun kaplamaların dahil edilmesi gibi problemi azaltmak için birçok teknik kullanılmaktadır . Geleneksel olarak kurşun, kalay bazlı lehimlerde kıl büyümesini yavaşlatmak için eklenmiştir.

Aşağıdaki RoHS (RoHS), Avrupa Birliği giden 2006 den dolayı kurşun ve "yüksek teknoloji çöp" sorunu ile ilişkili sağlık sorunlarına çoğu tüketici elektronik ürünlerinde kurşun kullanımını yasakladı yeniden odaklama üzerinde kurşunsuz lehimlerde kıl oluşumu sorunu .

Mekanizma

Bir bıyığı gösteren elektronik bileşenleri lehimlemek için kullanılan kalayın mikroskobik görünümü

Metal bıyık, metalik bir yüzeyden küçük, ipliksi tüylerin kendiliğinden büyümesini içeren kristalin metalurjik bir fenomendir . Etki öncelikle elementel metallerde görülmekle birlikte alaşımlarda da görülür .

Metal kıl büyümesinin arkasındaki mekanizma tam olarak anlaşılmamıştır , ancak aşağıdakiler dahil olmak üzere sıkıştırıcı mekanik gerilimler tarafından teşvik edildiği görülmektedir :

Metal kıllar çeşitli açılardan metalik dendritlerden farklılık gösterir ; dendritler eğrelti otu şeklindedir ve metalin yüzeyi boyunca büyürken, metal kıllar saç gibidir ve yüzeye dik olarak çıkıntı yapar. Dendrit büyümesi, metali bir metal iyonları çözeltisine eritebilen nem gerektirir ve bu da daha sonra bir elektromanyetik alan varlığında elektromigrasyon ile yeniden dağıtılır . Bıyık oluşumu için kesin mekanizma bilinmemekle birlikte, bıyık oluşumunun metalin çözülmesini veya bir elektromanyetik alanın varlığını gerektirmediği bilinmektedir .

Etkileri

Çinko kaplı çelik üzerinde birkaç mm uzunluğunda çinko kıllar

Bıyık, elektrikli ekipmanda kısa devrelere ve ark oluşumuna neden olabilir . Fenomen 1940'ların telefon şirketleri tarafından keşfedildi ve daha sonra eklenmesi bulunmuştur kurşun kalay için lehim hafifletilmesini sağladı. 1 Temmuz 2006'da yürürlüğe giren Avrupa Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması Direktifi (RoHS), çeşitli elektronik ve elektrikli ekipman türlerinde kurşun kullanımını kısıtladı. Bu, kıl oluşumunu önlemeye odaklanarak kurşunsuz alaşımların kullanılmasını sağlamıştır, bkz. § Azaltma ve ortadan kaldırma . Diğerleri, kıl oluşumunu önlemek için oksijen bariyeri kaplamalarının geliştirilmesine odaklanmıştır.

Bilgisayar sunucu odalarındaki artan sistem hatası oranlarından havadaki çinko kıllar sorumlu olmuştur . Çinko kıllar galvanizli (elektrolizle kaplanmış ) metal yüzeylerden, birkaç mikrometre çapında yılda bir milimetreye varan bir oranda büyür . Yükseltilmiş zeminlerde çinko elektrolitik yer karolarının alt tarafında, üzerlerinde yürürken uygulanan gerilimler nedeniyle bıyık oluşabilir ; Bu kıllar daha sonra , genellikle bakım sırasında, fayanslar rahatsız edildiğinde zemin plenumunda havada uçuşabilir . Bıyıklar hava filtrelerinden geçebilecek kadar küçük olabilir ve ekipmanın içine yerleşerek kısa devrelere ve sistem arızasına neden olabilir.

Teneke bıyıkların, genellikle kısa devre üretebilecekleri bir ortamda zaten büyüdüklerinden, ekipmana zarar vermek için havada taşınması gerekmez. 6 GHz üzerindeki frekanslarda veya hızlı dijital devrelerde, kalay bıyıklar minyatür antenler gibi hareket ederek devre empedansını etkileyebilir ve yansımalara neden olabilir. Bilgisayar disk sürücülerinde kırılabilirler ve kafa çarpmalarına veya yatak arızalarına neden olabilirler. Kalay kıllar genellikle rölelerde arızalara neden olur ve nükleer güç tesislerinde arızalı rölelerin incelenmesi üzerine bulunmuştur . Kalp pilleri, teneke bıyıklardan dolayı geri çağrıldı. Araştırmalar ayrıca vakumda (uzayda olduğu gibi) kalay kılları için belirli bir arıza modu tanımlamıştır; burada yüksek güçlü bileşenlerde, kısa devre yapan bir teneke bıyık, yüzlerce amper akım iletebilen bir plazmaya iyonize edilir ve kitlesel olarak artar. kısa devrenin zarar verici etkisi. RoHS direktifine bağlı olarak elektronikte saf kalay kullanımındaki olası artış, JEDEC ve IPC'yi , üreticilerin kurşunsuz ürünlerde teneke bıyık riskini azaltmalarına yardımcı olmayı amaçlayan bir teneke bıyık kabul testi standardı ve azaltma uygulamaları kılavuzu yayınlamaya itti .

Gümüş kıllar genellikle hidrojen sülfür ve yüksek nem açısından zengin bir atmosferde çalışan gümüş elektrik kontaklarının yüzeyinde oluşan bir gümüş sülfit tabakası ile birlikte görülür . Bu tür atmosferler, kanalizasyon arıtma ve kağıt fabrikalarında mevcut olabilir .

Altın kaplama yüzeylerde 20 um'den uzun bıyıklar gözlendi ve 2003 NASA dahili mutabakatında not edildi.

Metal bıyığın etkileri History Channel'ın Engineering Disasters 19 programına kaydedildi.

Azaltma ve eleme

Bölgede devam eden araştırmalarla bıyık büyümesini azaltmak veya ortadan kaldırmak için çeşitli yaklaşımlar kullanılmaktadır.

Uygun kaplamalar

Konformal bileşik kaplamalar, bıyıkların bir bariyere girip yakındaki bir sonlandırmaya ulaşmasını ve bir kısa devre oluşturmasını engeller. Bunlar, seramik veya polimerik bir bileşikten yapılmış bariyerleri içerir. Polimerik bileşikler bıyıkları saptırma eğilimindeyken, seramik kimyasalları kaplamanın delinmesini önler.

Kaplama kimyasının değiştirilmesi

Nikel, altın veya paladyumun sonlandırma cilalarının kontrollü denemelerde bıyık bırakmayı ortadan kaldırdığı gösterilmiştir.

Kalay bıyık örnekleri ve olayları

Galaxy IV

Galaxy IV , 1998'de teneke bıyıkların neden olduğu kısa devreler nedeniyle devre dışı bırakılan ve kaybolan bir telekomünikasyon uydusuydu. Başlangıçta uzay havasının arızaya katkıda bulunduğu düşünülüyordu , ancak daha sonra uygun bir kaplamanın yanlış uygulandığı ve bıyıkların oluşmasına izin verdiği keşfedildi saf kalay kaplamada eksik bir kaplama alanı boyunca yollarını bulmak için ana kontrol bilgisayarının arızalanmasına neden olur. Üretici Hughes, kıl büyümesi riskini azaltmak için kalay yerine nikel kaplamaya geçti. Takas, yük başına 50 ila 100 kilogram (110 ila 220 lb) ekleyerek ağırlıkta bir artış oldu.

Millstone Nükleer Enerji Santrali

17 Nisan 2005'te Connecticut'taki Millstone Nükleer Santrali , buhar basıncı gerçekten nominal olduğunda reaktörün buhar sistemindeki güvenli olmayan bir basınç düşüşünü gösteren "yanlış alarm" nedeniyle kapatıldı. Yanlış alarma, elektrik santralindeki buhar basınç hatlarını izlemekten sorumlu olan mantık panosunu kısa devre yapan bir teneke bıyık neden oldu.

Toyota hızlandırıcı konum sensörleri yanlış pozitif

Eylül 2011'de, üç NASA müfettişi, Toyota Camry'nin örneklenmiş modellerinin Hızlandırıcı Konum Sensörlerinde tespit ettikleri teneke bıyıkların, 2005-2010 döneminde belirli Toyota modellerini etkileyen "sıkışmış hızlandırıcı" kazalarına katkıda bulunabileceğini iddia etti. Bu, Ulusal Karayolu Trafik Güvenliği İdaresi (NHTSA) ve elektronik kusur bulamayan büyük bir diğer NASA araştırmacısı grubu tarafından yapılan 10 aylık bir ortak soruşturmayla çelişiyordu.

Bununla birlikte, 2012'de NHTSA, "Teneke bıyıkların bu olaylar için makul bir açıklama olduğuna inanmıyoruz ... [olası nedeni] pedalın yanlış uygulanmasıydı ."

Toyota ayrıca, teneke bıyıkların sıkışmış herhangi bir hızlandırıcı sorununun nedeni olmadığını savunuyor: "ABD Ulaştırma Bakanı Ray LaHood'un sözleriyle, 'Karar verildi. Toyotas'ta kasıtsız yüksek hızlı hızlanmanın elektronik temelli bir nedeni yok. . ' "bir Toyota basın açıklamasına göre, 'herhangi bir veri kalay bıyık pazarda başka bir araç daha Toyota araçlarda daha sık meydana gelir olduğunu gösterir.' Toyota ayrıca "sistemlerinin ilk etapta teneke bıyıkların oluşma riskini azaltacak şekilde tasarlandığını" belirtiyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar