Oorzaken van tinhaartjes en oplossingen voor problemen tijdens tests, waarnemingen en evaluaties
"Metaalhaartjes" zijn zeer kleine haarvormige uitgroeiingen die door verschillende factoren ontstaan en groeien en problemen kunnen veroorzaken, zoals kortsluiting in elektrische apparaten en elektronische toestellen, en waarvoor tegenmaatregelen moeten worden genomen. In dit gedeelte wordt aandacht besteed aan de oorzaken, groeimechanismen en omgevingen van metaalhaartjes en worden verschillende evaluatietests voor metaalhaartjes uitgevoerd. In dit gedeelte worden ook voorbeelden gegeven van het met de nieuwste 4K digitale microscoop van KEYENCE voorkomen van problemen tijdens het waarnemen van tinhaartjes.
- Problemen en oorzaken van metaalhaartjes
- Testen, waarnemen en evalueren van tinhaartjes
- Nieuwste voorbeelden van het oplossen van problemen bij het waarnemen en evalueren van tinhaartjes
- De nieuwe standaard voor het waarnemen van tinhaartjes die in drie afmetingen groeien.
Problemen en oorzaken van metaalhaartjes
Metaalhaartjes zijn een verschijnsel waarbij een monokristal van metaal spontaan groeit op een metaaloppervlak. Metaalhaartjes groeien vooral op tin (Sn) en zink (Zn). Het woord "metaalhaartje" verwijst naar de snorharen van veel zoogdieren, zoals katten en muizen. Metaalhaartjes zijn de naaldachtige of knobbelachtige uitsteeksels die op metaalkristallen groeien.
Problemen en de achtergrond van metaalhaartjes
Metaalhaartjes die groeien op printplaten of soldeerverbindingen, kunnen kortsluiting veroorzaken, waardoor elektrische producten, elektronische circuits en elektronische toestellen defect kunnen raken.
In 1946 waren er veel problemen door defecten in producten die werden veroorzaakt door kortsluitingen in radio's met variabele condensatoren die met cadmium waren geplateerd. Hierdoor werden metaalhaartjes van cadmium een punt van zorg.
In de vijftiger jaren werd een kleine hoeveelheid lood toegevoegd aan legeringen om de groei van metaalhaartjes af te remmen en deze oplossing werd wijd en zijd omarmd. Sinds 2000 wordt er door het verbod op het gebruik van lood in producten vertind. Het gebruik van tin leidde er echter toe dat er zich door metaalhaartjes storingen voordeden in tal van producten, van polshorloges tot kernreactoren en zelfs in producten op het gebied van de ruimtevaart, waaronder de kunstsatellieten en spaceshuttles van NASA, waardoor metaalhaartjes opnieuw als een belangrijk probleem werden beschouwd.
Oorzaken van metaalhaartjes
Aangenomen wordt dat metaalhaartjes voornamelijk ontstaan door de volgende factoren:
- Diffusie in verbindingen die uit twee of meer metalen bestaan
- Galvanische corrosie*
- Externe spanning
- Spanning die wordt veroorzaakt door een verschil in de thermische uitzettingscoëfficiënt
Door het grote aantal andere factoren is het onderliggende mechanisme van metaalhaartjes nog niet bekend.
Galvanische corrosie, ook wel bimetaalcorrosie genoemd, treedt op wanneer twee of meer verschillende metalen elektrisch met elkaar in contact worden gebracht en er tussen beide een potentiaalverschil is.
Omgevingen waar metaalhaartjes groeien
Tinhaartjes en zinkhaartjes groeien gemakkelijk op plaatsen waar atomen zich actief verspreiden op kamertemperatuur. Diffusie ontstaat doorgaans door de volgende omgevingsinvloeden. De volgende omgevingsfactoren dragen bij aan de groei van metaalhaartjes.
- Kamertemperatuur
- Wisselende temperaturen
- Oxidatie en corrosie
- Externe spanning
- Elektromigratie*
Metaalhaartjes ontstaan door elektromigratie in halfgeleiders met hoge stroomdichtheid of in speciale verpakkingen zoals flipchipverpakkingen.
Elektromigratie is de momentumoverdracht van metaalatomen die wordt veroorzaakt door de elektrische stroom die door een geïntegreerde schakeling loopt. In bijvoorbeeld een aluminiumdraad kunnen metaalhaartjes en bolletjes ontstaan en groeien op de anode als gevolg van aluminiumatomen die in de richting van de elektronenstroom bewegen.
Testen, waarnemen en evalueren van tinhaartjes
Door het ontstaan en de groei van tinhaartjes kunnen met name elektrische en elektronische producten defect raken en worden diverse tests, waarnemingen en evaluaties uitgevoerd om dit probleem op te lossen. In dit gedeelte worden typerende tests en voorwaarden voor de evaluatie van tinhaartjes beschreven. Ook wordt een overzicht gegeven van de huidige situatie van en trends in waarnemingen en evaluaties.
Voorbeelden van evaluatietest van tinhaartjes
Hieronder staan voorbeelden van de soorten test en de voorwaarden voor de test voor het evalueren van tinhaartjes.
- Test omgevingstemperatuur voor opslag
- Waarneming van de groei van tinhaartjes die ontstaan door de invloed van diffusie in verbindingen die uit twee of meer metalen bestaan
Omgeving: 30 ±2°C/60 ±3% RV, duur: 4000 uur
- Constante temperatuur- en vochtigheidstest
- Waarneming van de groei van tinhaartjes die ontstaan door galvanische corrosie
Omgeving: 55 ±3°C/85 ±3% RV, duur: 2000 uur
- Temperatuurcyclustest
- Waarneming van de groei van tinhaartjes die ontstaan door een verschil in de thermische uitzettingscoëfficiënt
Omgeving: lage temperatuur −55 ±5 °C of −40 ±5 °C/hoge temperatuur 85 ±2°C of 125 ±2°C, aantal cycli: 2000
- Externe-spanningstest
- Waarneming van de groei van tinhaartjes die ontstaan onder invloed van externe spanning
Type: engagementtest connector (met gebruikmaking van echte producten), belastingtest (met gebruikmaking van een bal van zirconium met een diameter van 0,1 mm en een belasting van 300 gf gedurende 500 uur).
Vergrote waarneming en evaluatie zijn de belangrijkste tegenmaatregelen voor tinhaartjes.
Het is mogelijk om van tevoren inzicht te krijgen in de risico's van productuitval en proactieve tegenmaatregelen tegen dergelijke risico's te nemen als de omstandigheden voor het ontstaan en de groei van tinhaartjes kunnen worden geanalyseerd en geëvalueerd met behulp van vergrote waarneming bij elke test. Deze risico's kunnen worden begrepen en deze tegenmaatregelen kunnen worden genomen omdat belangrijke informatie voor onderzoek en ontwikkeling, circuitontwerp, materiaalkeuze en fabricage van de elektrische producten en elektronische apparaten kan worden verkregen voordat deze producten op de markt worden gebracht.
Voor vergrote waarnemingen van tinhaartjes werden algemene optische microscopen of rasterelektronenmicroscopen (SEM's) gebruikt. Bij SEM's wordt in plaats van licht een elektronenbundel gebruikt die een korte golflengte heeft voor het doen van waarnemingen op nanogrootte. De afgelopen jaren hebben doorbraken op het gebied van optische systemen en beeldverwerkingstechnologieën echter geleid tot de ontwikkeling van digitale microscopen waarmee waarnemingen met heldere beelden en de bediening een stuk eenvoudiger zijn geworden. Met dergelijke digitale microscopen kunnen tinhaartjes op een effectieve manier en met heldere beelden worden waargenomen en geëvalueerd.
Nieuwste voorbeelden van het oplossen van problemen bij het waarnemen en evalueren van tinhaartjes
De ultra-high-definition 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE is gestoeld op de allernieuwste technologie, zoals een lens met hoge resolutie, een 4K CMOS-beeldsensor, verlichtingsopties en beeldverwerkingstechnologie, waardoor het vergroot waarnemen met scherpe 4K-beelden niet meer vergt dan enkele eenvoudige handelingen. In dit gedeelte worden voorbeelden gegeven van oplossingen voor problemen tijdens het conventioneel waarnemen en evalueren van tinhaartjes.
Oplossingen voor problemen bij het met SEM's waarnemen van tinhaartjes
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks
Het nieuw ontwikkelde optische systeem en de 4K CMOS-beeldsensor maken vacuümkamers overbodig, waardoor het mogelijk wordt om doelen waar te nemen in niet-vacuümomgevingen terwijl het zichtveld wordt gevolgd bij vergrotingen tot 6000×. Waarnemen is mogelijk met scherpe 4K-beelden met hoge resolutie en zonder tijdrovende voorbereiding.
Door waarneming uit vrije hoek en de zeer nauwkeurige XYZ-gemotoriseerde objecttafel worden de uitlijning van het zichtveld, de rotatie en de schuine-asbeweging optimaal uitgevoerd voor gekantelde waarnemingen, zodat gebruikers vrij en gemakkelijk vanuit elke hoek kunnen waarnemen.
Verder kunnen door de real-time samenstelling beelden die zijn scherpgesteld op het gehele monster, zonder verlies van vergroting en resolutie worden waargenomen. Met een klik op de locatie voor het waarnemen van een volledig scherpgesteld beeld, wordt de real-time samenstelling automatisch naar de objecttafel verplaatst, komt het monster in beeld en wordt dieptecompositie uitgevoerd, waardoor niet alleen het monster sneller kan worden geplaatst maar er ook efficiënter kan worden waargenomen.
Oplossingen voor problemen bij het met een microscoop waarnemen van tinhaartjes
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks
De lens met hoge resolutie en de gemotoriseerde draaischijf maken vergroot waarnemen met scherpe 4K-beelden mogelijk door naadloos te zoomen tussen 20× en 6000× zonder dat de lens hoeft te worden vervangen.
- A. Lens met hoge resolutie
- B. Gemotoriseerde draaischijf
De real-time samenstelling, met inbegrip van dieptecompositie, brengt met behoud van de sterke vergroting en de hoge resolutie een doel volledig in beeld, zelfs wanneer het oppervlak van het doel onregelmatig is door tinhaartjes. Met een klik op de locatie voor het waarnemen van een haarscherp beeld, wordt de real-time samenstelling automatisch naar de objecttafel verplaatst en komt het doel in beeld, waardoor de efficiëntie van het werk drastisch wordt verbeterd.
Door waarneming uit vrije hoek en de zeer nauwkeurige XYZ-gemotoriseerde objecttafel kan er gekanteld worden waargenomen. Gegroeide tinhaartjes die knobbelvormige uitsteeksels vormen, kunnen effectief op de gewenste plaats en vanuit de gewenste hoek worden waargenomen.
De nieuwe standaard voor het waarnemen van tinhaartjes die in drie afmetingen groeien.
Naast de hier geïntroduceerde functies is de high-definition 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks uitgerust met een groot aantal andere functies, zoals 3D-meting waarmee de vorm en het profiel van tinhaartjes in 3D kunnen worden gemeten; reproductie waarmee automatisch voorwaarden voor het opnemen van beelden worden gereproduceerd; en het maken van rapporten.
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen gebruikers de waarneming, analyse en meting van tinhaartjes die in drie afmetingen groeien, kwantificeren en stroomlijnen, hetgeen talrijke voordelen oplevert voor diverse sectoren in verband met elektrische producten en elektronische apparaten.
Klik voor meer informatie over de VHX-reeks op de onderstaande knop om de catalogus te downloaden. Klik voor vragen op de andere onderstaande knop of neem contact op met KEYENCE.
