Zinn-Whisker IV: Milderung

Leute,

in meinem letztent Beitrag über Zinn-Whisker haben wir uns mit der Erkennung befasst. Dieser Beitrag handelt von der Milderung. Da Druckspannungen eine Hauptursache für Zinn-Whisker sind, trägt die Minimierung dieser Spannungen dazu bei, die Bildung von Zinn-Whiskern zu verringern. Es gibt mehrere Ansätze, um diese Druckspannungen zu reduzieren. Der erste besteht in einem Verfahren, das eine matte Oberfläche im Gegensatz zu einer glänzenden Zinnoberfläche erzeugt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine satinierte oder matte Zinnoberfläche, die eine größere Korngröße aufweist, geringere innere Druckspannungen besitzt als eine glänzende Zinnoberfläche. Studien zufolge kann allein die Vermeidung einer glänzenden Zinnoberfläche die Bildung von Zinn-Whiskern um mehr als das Zehnfache reduzieren kann. Dickere Zinnschichten verringern ebenfalls oft die Druckspannungen.

Da eine der Hauptursachen für die Druckspannungen in Zinn die Kupferdiffusion in das Zinn ist, wird durch die Minimierung dieser Diffusion die Bildung von Zinn-Whiskern erheblich reduziert. Ein bewährter Ansatz zur Minimierung der Kupferdiffusion ist die Verwendung eines Nickel-Flashs zwischen Kupfer und Zinn. Da Nickel nach der anfänglichen intermetallischen Bildung nicht ohne Weiteres in das Zinn diffundiert, kann die Bildung von Zinn-Whiskern in vielen Fällen fast vollständig verhindert werden.

Die Zugabe kleiner Mengen von Wismut zum Zinn kann die Bildung von Zinn-Whiskern ebenfalls verringern. Der Wismut-Mischkristall verfestigt das Zinn. Dadurch wird die Bildung von Zinn-Whiskern häufig verringert.

Ein weiterer Ansatz zur Verringerung ist die Verwendung von Beschichtungen. Es wurden Acrylate, Epoxide, Urethane, Alkali-Silicatgläser und Parylen C verwendet. Parylen C scheint am vielversprechendsten zu sein.

Häufig durchdringt ein Zinn-Whisker die Beschichtung, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Um jedoch die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen, muss er eine zweite Beschichtung durchdringen.

Abbildung 1. Ein Zinn-Whisker, der dabei ist, eine Polymerbeschichtung zu durchdringen. Quelle: Dr. Chris Hunt, NPL.

Diese Situation tritt fast nie ein, da der Zinn-Whisker fragil ist und sich beim Versuch, die zweite Schicht der Beschichtung zu durchdringen, verbiegt. Siehe Abbildung 2. Beschichtungen können also eine sehr wirksame Methode zur Eindämmung von Zinn-Whiskern sein.

Abbildung 2. Ein Zinn-Whisker muss zwei Schutzschichten durchdringen, damit er ein Problem für die Zuverlässigkeit darstellt.

Der nächste und letzte Beitrag über Zinn-Whisker erläutert die Anwendung der FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse) zur Entwicklung einer Strategie zur Reduzierung von Zinn-Whiskern.

Danke,

Dr. Ron