Óntűkristályok okai, valamint a tesztelés, a vizsgálatok és az értékelések során felmerülő problémák megoldása
A különböző okokból kialakuló hajszálkristályok számos problémát (például rövidzárlatot) okozhatnak a már értékesített elektromos és elektronikus eszközökben, ezért meg kell tenni ellenük a megfelelő ellenintézkedéseket. Ebben a részben bemutatjuk a hajszálkristályok képződésének okait, növekedési mechanizmusát és környezetét, valamint az e kristályok esetében használt különféle értékelési teszteket. Emellett új példákat hozunk a KEYENCE legújabb 4K-s digitális mikroszkópjának használatával ónhajszálkristályokon végzett vizsgálatok során fellépő problémák megoldására.
- A hajszálkristályok kialakulásának okai és az általuk okozott problémák
- Az ónhajszálkristályok vizsgálata, tesztelése és kiértékelése
- A legújabb példák az ónhajszálkristályok vizsgálatával és értékelésével kapcsolatos problémák megoldására
- A növekvő ónhajszálkristályok 3D-s megfigyelésének új szintje
A hajszálkristályok kialakulásának okai és az általuk okozott problémák
A hajszálkristályok fém monokristályok, amelyek spontán keletkeznek a fémfelületen. A hajszálkristály-képződés főként az ón (Sn) és a cink (Zn) segítségével bevont felületekre jellemző. A hajszálkristály megjelenése hasonlít az állatok (például a macska vagy az egér) bajszára, de tű- vagy gócszerű fémkristálykinövések formájában is gondolhatunk rájuk.
A hajszálkristályok története és az általuk okozott problémák
Az elektromos áramkörben vagy a csatlakozási szakaszban növekvő hajszálkristály rövidzárlatot okozhat, ami az elektromos termékek és az elektronikus áramkörök meghibásodásához vezethet.
1946-ban számos fogyasztó számolt be az általa megvásárolt rádió meghibásodásáról, és ezért a kadmiummal bevont változtatható kondenzátorok rövidzárlatát tették felelősség. Így figyeltek fel a szakemberek a kadmium-hajszálkristályok problémájára.
Az 1950-es években kis mennyiségű ólmot adtak az ötvözethez, hogy lelassítsák a hajszálkristályok növekedését, és ez az ellenintézkedés széles körben elterjedt. 2000 óta egyre több helyen betiltották az ólom felhasználását, ezért egyre több gyártó tér át az ónozásra. Az ónozás azonban számos termék esetében meghibásodásokhoz vezetett, a karóráktól az atomreaktorokon át egészen NASA-műholdakig és űrsiklókig. Ezért újra előtérbe került a hajszálkristályok problémája.
A hajszálkristályok kialakulásának okai
A szakértők szerint a hajszálkristályok képződése elsősorban az alábbi tényezőkre vezethető vissza:
- Intermetallikus vegyületek diffúziója
- Galvanikus korrózió*
- Külső terhelés
- A hőtágulási együttható különbsége miatti feszültség
A felsoroltakon túl számos más lehetséges tényező játszhat szerepet a dologban, a hajszálkristályok képződésének pontos mechanizmusa máig tisztázatlan.
A galvanikus korrózió, más néven kétfémkorrózió akkor fordul elő, ha két vagy több különböző fém villamos érintkezésbe kerül egymással, és potenciálkülönbség van közöttük.
A hajszálkristályok kialakulását támogató környezetek
Az ón- és cinkhajszálkristályok képződése könnyen beindul, mivel e fémek atomjai szobahőmérsékleten aktívan diffundálnak. A diffundálást általában a következő sorokban leírt környezeti tényezők váltják ki. A következőkben a hajszálkristály-képződést általánosan elősegítő környezeti tényezőket ismertetjük.
- Szobahőmérséklet
- Hőmérsékletciklus
- Oxidáció és korrózió
- Külső terhelés
- Elektromigráció*
A hajszálkristályok a nagy áramsűrűségű félvezetők vagy speciális tokozások (például flip-csip) előforduló elektromigráció következtében is kialakulhat.
Elektromigrációnak a fématomok mozgását nevezzük, amelyet az integrált áramkörön áthaladó elektromos áram okoz. Például egy alumíniumhuzalban az anódon ónhajszálkristályok és halmok keletkezhetnek és növekedhetnek az alumíniumatomok elektronáramlási irányába való mozgása következtében.
Az ónhajszálkristályok vizsgálata, tesztelése és kiértékelése
Mivel az ónhajszálkristályok kialakulása és növekedése igen gyakran az elektromos és elektronikus termékek meghibásodását okozza, különféle teszteket, vizsgálatokat és értékeléseket kell végezni a megfelelő ellenintézkedések kidolgozása érdekében. Ebben a részben bemutatjuk az ónhajszálkristályok kiértékeléséhez szükséges teszteket és feltételeket. Emellett a jelenleg gyakran használt vizsgálati és értékelési folyamatokat és a kapcsolódó trendeket is ismertetjük.
Példák az ónhajszálkristályok kiértékelésére
Az alábbiakban példákat mutatunk be az ónhajszálkristályok kiértékelésére jelenleg végzett vizsgálatok típusaira és körülményeire.
- Szobahőmérsékleten történő tárolás
- Az intermetallikus vegyületek diffúziójának hatására fellépő ónhajszálkristály-növekedés megfigyelése
Környezet: 30 ±2°C/60 ±3% RH, Időtartam: 4000 óra
- Állandó hőmérséklet és páratartalom
- A galvanikus korrózió hatására fellépő ónhajszálkristály-növekedés megfigyelése
Környezet: 55 ±3°C/85 ±3% RH, Időtartam: 2000 óra
- Hőmérsékletciklus
- A hőtágulási együttható különbségének hatására fellépő ónhajszálkristály-növekedés megfigyelése
Környezet: alacsony hőmérséklet, –55 ±5°C vagy −40 ±5°C/magas hőmérséklet, 85 ±2°C vagy 125 ±2°C, Ciklusok száma: 2000
- Külső terhelés
- A külső terhelés hatására fellépő ónhajszálkristály-növekedés megfigyelése
Típus: csatlakozóbekötési teszt (valós termék használatával), terhelésteszt (0,1 mm-es cirkónium-dioxid golyó és 300 gf terhelés 500 órán keresztül)
Vizsgálat és kiértékelés nagyítás mellett: kulcsfontosságú ellenintézkedések az ónhajszálkristályokkal szemben
Előre felmérhetjük a termék meghibásodásának kockázatát, valamint proaktív ellenintézkedéseket tehetünk a kockázatokkal szemben, ha minden esetben nagyítás melletti teszt segítségével mérjük fel az ónhajszálkristályok kialakulási és növekedési körülményeit. A kockázatok felmérése és a szükséges ellenintézkedések megvalósítása azért is fontos, hogy a kutatás-fejlesztés, az áramkörtervezés, az anyagválasztás, valamint az elektromos termékek és elektronikus eszközök gyártása során fontos információkat még a termékek piacra kerülése előtt beszerezhessük.
Hagyományosan általános célú optikai mikroszkópokat vagy pásztázó elektronmikroszkópokat (SEM) használtak az ónhajszálkristályok nagyított vizsgálatához. Fény helyett a SEM eszközök rövid hullámhosszú elektronnyalábot használnak a nanonagyságrendű megfigyeléshez. Az utóbbi években azonban az optikai rendszerek és a képfeldolgozási technológiák terén elért jelentős fejlődés hatására olyan digitális mikroszkópok jöttek létre, amelyek kristálytiszta képet és egyszerű használatot biztosítanak a megfigyeléshez. Az ilyen digitális mikroszkópok segítségével hatékonyan, éles képeken lehet megfigyelni és értékelni az ónhajszálkristályokat.
A legújabb példák az ónhajszálkristályok vizsgálatával és értékelésével kapcsolatos problémák megoldására
A KEYENCE VHX sorozatú ultranagy felbontású 4K-s digitális mikroszkópja nagy felbontású objektívet és számos csúcstechnológiát használ, amilyen például a 4K-s CMOS-érzékelő, amellyel egyszerűen és pontosan, 4K-s képek segítségével figyelheti meg és elemezheti a hibás területeket. Ebben a részben példákon keresztül mutatjuk be az ónhajszálkristályokat érintő vizsgálatok és értékelések hagyományos problémáira kínált megoldásainkat.
Az ónhajszálkristályok SEM általi megfigyelése során fellépő problémák megoldása
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóppal
Az újonnan kifejlesztett optikai rendszernek és a 4K-s CMOS-érzékelőnek köszönhetően nincs szükség vákuumkamrákra, a céltárgy így vákuum nélküli környezetben is megvizsgálható, miközben akár 6000-szeres nagyítás is elérhető a látómezőben. A vizsgálatokat éles, nagy felbontású 4K-s képekkel, időigényes előkészületek nélkül végezheti el.
A változtatható szögű megfigyelőrendszerrel és a nagy pontosságú X, Y és Z tengelyen egyaránt mozgó, motoros tárgyasztallal a látómező igazítása, forgatása és a forgatási tengely mozgása optimálisan végrehajtható a döntött megfigyeléshez. A felhasználók így bármilyen szögből szabadon és egyszerűen megfigyelheti a tárgyat.
Emellett a valós idejű kompozícióval nagy felbontású és erős nagyítású képeket kaphat, amelyeken a teljes minta fókuszban van. A teljes képen egyetlen kattintással kiválaszthatja a vizsgálni kívánt területet, a valós idejű kompozíció automatikusan úgy mozgatja a tárgyasztalt, hogy a minta fókuszba kerüljön, és mélységkompozíciót is végez, így egyszerűbb a minta pozícionálása, és a megfigyelés is hatékonyabb.
Az ónhajszálkristályok mikroszkópos vizsgálata során fellépő problémák megoldása
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóppal
A nagy felbontású objektívek és a motoros revolverfoglalat révén éles, 4K-s képekkel végezhet nagyított vizsgálatokat, és az objektív cseréje nélkül, zökkenőmentesen zoomolhat a 20-szoros és 6000-szeres közötti tartományban.
- A. Nagy felbontású objektív
- B. Motorizált revolverfoglalat
A valós idejű kompozíció és mélységkompozíciót a teljes tárgyat tökéletesen fókuszban tartja, és közben megőrzi a nagy felbontást és a nagyítási beállítást, akkor is, ha a tárgy felületei egyenetlenek az ónhajszálkristályok miatt. A fókuszban lévő képen egyetlen kattintással kiválaszthatja a vizsgálni kívánt területet, és az élő mélységélesség-kiterjesztés automatikusan úgy mozgatja a tárgyasztalt, hogy a céltárgy fókuszba kerüljön, így jóval hatékonyabban végezhet a munkával.
A változtatható szögű megfigyelőrendszer és a nagy pontosságú, X, Y és Z tengelyen mozgó motorizált tárgyasztal lehetővé teszi a döntött megfigyelést. A csomószerű kiemelkedéseket képző ónhajszálkristályok hatékonyan, a kívánt helyen és a kívánt szögből megvizsgálhatók.
A növekvő ónhajszálkristályok 3D-s megfigyelésének új szintje
Az itt bemutatott funkciókon felül a VHX sorozatú, nagy felbontású 4K-s digitális mikroszkóp számos további képességet is kínál, például 3D-s méréseket, amelyekkel 3D-s alak- és profilmérést végezhet az ónhajszálkristályokon. Emellett automatikusan reprodukálhatja a korábbi rögzítési feltételeket, valamint jelentéseket is készíthet.
A VHX sorozatú, nagy felbontású 4K-s digitális mikroszkóppal a felhasználó számszerűsítheti és egyszerűsítheti a háromdimenziós ónhajszálkristályok megfigyelését, elemzését és mérését, ami számos előnnyel jár az elektromos termékekkel és elektronikus eszközökkel kapcsolatos különféle létesítményekben.
A VHX sorozattal kapcsolatos részletekért kattintson az alábbi gombra, és töltse le a katalógust. Kérdés esetén kattintson az alább látható másik gombra, és vegye fel a kapcsolatot a KEYENCE-szel.
