Whisker-problemet
Tinn værhår er mikroskopiske, hår-lignende krystallinske filamenter som vokser spontant fra elektrobelagte tinn- og-blyoverflater. De forårsaker kortslutninger i elektroniske enheter, spesielt i høy-pålitelige romfarts-, medisinske og forsvarsapplikasjoner der bly-restriksjoner har fornyet fokus på bekjempelse av værhår. Vekst av værhår akselereres av trykkspenning i avsetningen, intermetallisk dannelse og-kritisk-ved metallisk forurensning i pletteringsbadet.
Forurensningskilden spores ofte til el-patronen. Rustfritt stål og titanspiraler korroderer sakte i fluorborat- eller metansulfonsyreelektrolyttene som brukes til tinn-blyplettering. De oppløste jern-, nikkel-, krom- eller titanionene co-avsettes med tinn-blylegeringen. Disse fremmede metallatomene skaper gitterdiskontinuiteter som blir kjernedannelsessteder for whisker. Forurensningsnivået som kreves for å målbart øke whisker-tettheten er forbløffende lavt - 10-20 ppm oppløst jern kan doble antall whisker.
En PTFE varmeveksler frigjør null metallioner. Fluorpolymeren inneholder ingen metaller. Blyavsetningen fra tinn- forblir fri for forurensning fra varmeapparatet-. Skjermkjernedannelse fra denne kilden er eliminert.
The Co-Deposition and Whisker Nucleation Link
Metalliske urenheter i tinn-blybeleggsbad-avsettes fortrinnsvis ved korngrenser og krystalldefekter i den elektroavsatte legeringen. De fremmede atomene har andre atomradier enn tinn eller bly. De skaper lokalisert gitterbelastning. Over tid-uker til måneder etter plettering-avslappes det anstrengte gitteret ved å ekstrudere tinnatomer langs korngrensen for å danne et værhår.
Jern er spesielt skadelig. Atomradiusen (126 pm) skiller seg betydelig fra tinn (145 pm). Et jernatom som er substitusjonelt innlemmet i tinngitteret, skaper et komprimerende tøyningsfelt rundt seg selv. Flere jernatomer konsentrert ved en korngrense skaper tilstrekkelig belastning til å drive værhårvekst.
Krom, nikkel og titan fremmer på samme måte værhår gjennom gitterbelastningsmekanismer. Forurensningskilden er varmeveksleren. En spiral i rustfritt stål som korroderer med 0,05 mm/år frigjør omtrent 150 gram jern, 35 gram krom og 25 gram nikkel i et 4000-liters bad årlig som er tilstrekkelig til å opprettholde 50+ ppm total metallisk forurensning.
| Whisker Risikofaktor | Varmeapparat i rustfritt stål | Titanium varmeapparat | PTFE varmeveksler |
|---|---|---|---|
| Tilførsel av oppløst jern (g/år) | 120-180 | 0 | 0 |
| Oppløst nikkel/krominngang (g/år) | 40-60 | 0 | 0 |
| Tilførsel av oppløst titan (g/år) | 0 | 15-40 | 0 |
| Metalliske urenheter i badet (ppm) | 40-80 | 10-25 | < 5 (drag-in only) |
| Relativ værhår-tetthet (værhår/cm²) | 1.0 (grunnlinje) | 0.6-0.8 | 0.3-0.5 |
| Behandlingsfrekvens for bad for fjerning av urenheter | Månedlig dummy plating | Kvartalsvis dummy-plettering | Årlig (bare dra-inn) |
Fordelen for prosesskonsistens
I tillegg til å redusere værhår, vil eliminering av varme-avledet forurensning stabilisere pletteringsprosessen. Den varierende konsentrasjonen av oppløste metaller når varmeren korroderer, renses og gjen-korroderer skaper et bevegelig mål for vedlikehold av badet. Dummy-plettering-ved å drive badet ved lav strømtetthet for å plettere ut metalliske urenheter-utføres på en reaktiv plan når forurensning når en synlig terskel.
Med PTFE er de eneste metalliske forurensningskildene anodeoppløsning og arbeidsstykket-inn-både forutsigbare og kontrollerbare. Dummy-plating, hvis det i det hele tatt er nødvendig, går over til en forebyggende tidsplan basert på ampere-times gjennomstrømning i stedet for reaktiv kriserespons. Badkjemien stabiliserer seg. Innskuddssammensetningen blir mer konsistent. Resultatene av whisker-testing blir repeterbare i stedet for variable.
Sammendrag
Tinn-blybeleggbad utvikler whisker-som fremmer forurensning fra oppløste metaller som frigjøres av korroderende metalliske varmeovner. Jern, nikkel, krom og titan-avleires i tinn-blylegeringen og skaper gittertøyning som driver vekst av værhår. PTFE-varmevekslere eliminerer denne forurensningskilden helt-ingen metaller, ingen korrosjon, ingen varmeelementer-avledede urenheter.
Eliminering av varme-avledet forurensning stabiliserer pletteringsprosessen, reduserer dummy-pletteringsfrekvensen og gir mer konsistente resultat av whiskertest. For høy-pålitelig elektronikkplating er PTFE-varmeveksleren en direkte bidragsyter til produktets pålitelighet.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i bly-tinn og andre elektroniske pletteringsapplikasjoner er tilgjengelig ved innsending av badkjemi, gjeldende metalliske forurensningsnivåer, resultat av whisker-test og varmeapparatmateriale og alder.
