Przyczyny powstawania wiskerów cynowych i rozwiązania problemów z testowaniem, obserwacją i oceną

Historia wiskerów i powiązane problemy

Wiskery, które rosną w obwodzie elektrycznym lub części złącza mogą powodować zwarcia, co prowadzi do awarii produktów elektrycznych, obwodów elektronicznych i urządzeń elektronicznych.
W 1946 r. na rynku pojawiło się wiele awarii produktów spowodowanych zwarciami w radioodbiornikach, w których zastosowano kondensatory zmienne pokryte kadmem. W ten sposób zwrócono uwagę na wiskery kadmowe.
W latach 50. XX wieku do stopu dodawano niewielką ilość ołowiu, aby spowolnić wzrost wiskerów, i ten środek zaradczy szeroko się rozpowszechnił. Od 2000 roku, wraz z tendencją zmierzającą do zakazu stosowania ołowiu w produktach, do użytku weszło cynowanie. Zastosowanie cynowania galwanicznego doprowadziło jednak do powstania wiskerów powodujących awarie w wielu produktach, od zegarków na rękę po reaktory jądrowe, a nawet produktach z branży lotniczej i kosmicznej, w tym sztucznych satelitach i promach kosmicznych NASA, co doprowadziło do ponownego skupienia się na wiskerach jako ważnym problemie.

Przyczyny powstawania wiskerów

Uważa się, że wiskery powstają głównie w wyniku oddziaływania następujących czynników:

• Dyfuzji w związkach międzymetalicznych
• Korozji galwanicznej*
• Naprężeń zewnętrznych
• Naprężeń powstałych w wyniku różnicy współczynnika rozszerzalności cieplnej

Mechanizm powstawania wiskerów, przy wielu innych możliwych czynnikach, jest nadal niejasny.

Korozja galwaniczna, znana również jako korozja bimetaliczna, występuje, gdy co najmniej dwa różne metale wchodzą w kontakt elektryczny i występuje między nimi różnica potencjałów.

Środowiska występowania wiskerów

Wiskery cynowe i cynkowe pojawiają się i rosną łatwo, ponieważ ich atomy aktywnie dyfundują w temperaturze pokojowej. Dyfuzja jest zwykle pobudzana przez następujące wpływy środowiska. Poniżej przedstawiono typowe czynniki środowiskowe związane z występowaniem wiskerów.

• Temperatura w pomieszczeniu
• Zmiany temperatury
• Utlenianie i korozja
• Ciśnienie zewnętrzne
• Elektromigracja*

Wiskery występują z powodu elektromigracji w półprzewodnikach o dużej gęstości prądu lub w specjalnych opakowaniach, takich jak opakowania typu flip chip.

Elektromigracja to ruch atomów metalu spowodowany przez prąd elektryczny, który przepływa przez układ scalony. Na przykład, w drucie aluminiowym mogą pojawić się wiskery i narośle, które rosną przy anodzie w wyniku przemieszczania się atomów aluminium w kierunku przepływu elektronów.

Przykłady testów ewaluacyjnych wiskerów cynowych

Przykłady rodzajów i warunków badań prowadzonych obecnie w celu oceny wiskerów cynowych przedstawiono poniżej.

Test przechowywania w temperaturze pokojowej

Obserwacja wzrostu wiskerów cynowych powstających w wyniku oddziaływania dyfuzji w związkach międzymetalicznych
Środowisko: 30 ±2°C/60 ±3% wilgotności względnej, czas: 4000 godzin

Test stałej temperatury i wilgotności

Obserwacja wzrostu wiskerów cynowych powstających w wyniku korozji galwanicznej
Środowisko: 55 ±3°C/85 ±3% wilgotności względnej, czas: 2000 godzin

Test zmian temperatury

Obserwacja wzrostu wiskerów cyny, które powstają w wyniku różnicy współczynnika rozszerzalności cieplnej
Środowiska: niska temperatura −55 ±5°C lub −40 ±5°C/wysoka temperatura 85 ±2°C lub 125 ±2°C, liczba cykli: 2000

Test naprężeń zewnętrznych

Obserwacja wzrostu wiskerów cynowych powstających pod wpływem naprężeń zewnętrznych
Typ: test połączenia złącza (przy użyciu rzeczywistych produktów), test obciążenia (przy użyciu kulki cyrkonowej o średnicy 0,1 mm i obciążenia 300 G przez 500 godzin)

Obserwacja i ocena w powiększeniu — kluczowe środki zaradcze w przypadku wiskerów cynowych

Można wcześniej ocenić ryzyko awarii produktu i podjąć proaktywne środki zaradcze, jeśli warunki powstawania i wzrostu wiskerów cynowych mogą być analizowane i oceniane przy użyciu obserwacji w powiększeniu w każdym teście. Zagrożenia te można poznać i podjąć środki zaradcze, ponieważ ważne informacje dotyczące badań i rozwoju, projektowania obwodów, doboru materiałów i wytwarzania produktów elektrycznych i urządzeń elektronicznych można uzyskać przed wprowadzeniem tych produktów na rynek.
Do obserwacji wiskerów cynowych w powiększeniu stosowano ogólne mikroskopy optyczne lub skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM). SEM zamiast światła wykorzystuje wiązkę elektronów o krótkiej długości fali do prowadzenia obserwacji w skali nano. Jednak w ostatnich latach przełom w systemach optycznych i technologiach przetwarzania obrazu doprowadził do opracowania mikroskopów cyfrowych, które przy prostej obsłudze umożliwiają obserwację na wyraźnych obrazach. Takie mikroskopy cyfrowe mogą być używane do obserwacji i oceny wiskerów cynowych na wyraźnych obrazach.

Rozwiązania problemów związanych z obserwacją wiskerów cynowych za pomocą skaningowych mikroskopów elektronowych (SEM)

za pomocą mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX

Nowo opracowany układ optyczny i matryca CMOS 4K eliminują potrzebę stosowania komór próżniowych, umożliwiając obserwację celów w środowiskach niepróżniowych, przy jednoczesnym śledzeniu pola widzenia w powiększeniach do 6000×. Można prowadzić obserwacje na wyraźnych obrazach w wysokiej rozdzielczości 4K, bez czasochłonnych przygotowań.

Dzięki systemowi obserwacji pod dowolnym kątem i wysoce precyzyjnemu zmotoryzowanemu stolikowi XYZ, wyrównanie pola widzenia, obrót i ruch po osi skośnej są optymalnie dostosowane do obserwacji pod kątem, co ułatwia użytkownikom pracę.

Ponadto, kompozycja w czasie rzeczywistym umożliwia obserwację obrazów z pełną ostrością całej próbki przy zachowaniu wysokiego powiększenia i rozdzielczości. Po kliknięciu miejsca, które ma być obserwowane na ogólnym obrazie, funkcja kompozycji w czasie rzeczywistym automatycznie przesuwa stolik, ustawia ostrość próbki i wykonuje kompozycję głębi, co nie tylko oszczędza wiele kroków związanych z pozycjonowaniem próbki, ale także zwiększa efektywność obserwacji.

• Pobierz
• Kontakt / Zapytania

Rozwiązania problemów związanych z obserwacją wiskerów cynowych za pomocą mikroskopów

za pomocą mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX

Obiektywy o wysokiej rozdzielczości i mechanizm rewolwerowy z napędem silnikowym umożliwiają obserwację na wyraźnych obrazach 4K uzyskiwanych dzięki płynnemu powiększaniu w zakresie od 20× do 6000× bez konieczności wymiany obiektywu.

Kompozycja w czasie rzeczywistym, która obejmuje kompozycję głębi, zapewnia pełną ostrość całego obiektu, nawet jeśli ma on nierówności powierzchni spowodowane wiskerami cynowymi, przy zachowaniu dużego powiększenia i wysokiej rozdzielczości. Po kliknięciu miejsca do obserwacji na obrazie w pełnej ostrości, funkcja kompozycji w czasie rzeczywistym automatycznie przesuwa stolik i ustawia ostrość na obiekcie, co znacznie poprawia wydajność pracy.

Zastosowanie systemu obserwacji pod dowolnym kątem i napędzanego silnikiem stolika XYZ o wysokiej dokładności umożliwia obserwację w nachyleniu. Wzrastające wiskery cynowe tworzące występy w kształcie węzłów mogą być skutecznie obserwowane w żądanym miejscu i pod żądanym kątem.

• Pobierz
• Kontakt / Zapytania