Wróć

Mechanizm powstawania wąsów cynowych i metody zapobiegania

Z jakiego właściwie powodu na warstwach cyny nałożonych na miedziane podłoże tworzą się wiskersy? Przeczytaj też, co może zapobiec ich powstawaniu.
Opublikowano: 2021-11-16

Galwanicznie czysta cyna i stopy o przeważającej zawartości cyny są obecnie stosowane jako alternatywa dla stopów cyny i ołowiu w większości komponentów elektronicznych. Wiadomo jednak, że te alternatywy podatne są na tworzenie się cynowych wąsów, tzw. ‘wiskers’, które mogą powodować zwarcia w układach elektronicznych.

W przypadku wykańczania cyną miedzianego (lub opartego na stopach miedzi) podłoża, główną przyczyną powstawania wiskersów cynowych są naprężenia ściskające. Naprężenia są spowodowane głównie przez nieregularny wzrost warstwy międzymetalicznej miedzi i cyny (tzw. intermetallic compound, IMC) nawet w standardowych warunkach otoczenia.

Wiadomo, że wiskersy cyny łatwo tworzą się na galwanizowanych depozytach cyny utworzonych na warstwie miedzi, a z drugiej strony, nie obserwuje się ich na depozytach galwanicznych cynowo-ołowiowych. Należy tu zwrócić uwagę, na znaczne różnice struktury metalicznej depozytu cyny i stopu cyny i ołowiu, a ma ona bezpośredni wpływ na powstawanie wąsów cynowych.

Osad cyny o zmodyfikowanej strukturze krystalicznej (podobny do osadów cynowo-ołowiowych) jest w stanie zapobiegać tworzeniu się wiskersów poprzez rozpraszanie i przemieszczanie naprężeń, które powodują powstawanie wąsów.

Rysunek 1. Schemat tworzenia wiskersów cynowych.

Żródło: The Elimination of Whiskers from Electroplated Tin, © Uyemura

Jak pokazano na Rysunku 1, naprężenia skierowane wzdłuż wewnętrznych granic dużej, kolumnowej struktury depozytu cyny są odpowiedzialne za powstawanie wąsów cyny. Stres może być wewnętrzny lub zewnętrzny.  Głównym źródłem naprężeń wewnętrznych jest nierównomierny wzrost grubości warstwy IMC w miarę upływu czasu czasie w standardowych warunkach otoczenia (30°C, 60%RH przez 4.000 godzin). Innym czynnikiem, który jest odpowiedzialny za powstawanie wewnętrznych naprężeń, jest wystawienie na działanie podwyższonej temperatury i wysokiej wilgotności (55°C, 85% RH, 4.000 godzin), co ułatwia utlenianie i/lub korozję. Naprężenia wewnętrzne mogą być również indukowane przez cykle termiczne (od -55°C do 85°C, 1.500 cykli) z powodu niedopasowanego współczynnika rozszerzalności cieplnej różnych materiałów.

Wiadomo też, że również stres zewnętrzny inicjuje wzrost wąsów, czego przykładem jest naprężenie wywołane przez złącza wciskane (tzw. press-fit).

Strona: 1/2
https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze
https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze