Skriv ut

Fenomenet whiskers – som innebär att kristaller växer och kan orsaka kortslutning i elektronik – aktualiserades med övergången till blyfri produktion runt millenieskiftet. Sedan dess har satelliter, bilar, pacemakrar och kärnkraftverk drabbas av tenn-whiskers. Johan Hektors avhandling vid LTH sätter fingret på varför de bildas, en kunskap som förhoppningsvis kan bidra till att lösa framtida problem.

Whiskers – ofta kallade morrhår – är kristaller som växer i bland annat tunna tennlager. De kan orsaka kortslutningar, där felet oftast är intermittent.

Whiskers – morrhår av tenn

År 2017 såldes det konsumentelektronik för 319 miljarder dollar, enligt The CEA (Consumer Electronics Association). Elva procent av undersökta komponenter hade whiskers.

Men det är inte enbart konsumentelektronik som drabbas. På NASA:s hemsida finns åtta uppräknade satelliter som har slutat att fungera på grund av whiskers. Likaså har Toyota-bilar med sensorer för acceleration påståtts vara drabbade.

Whiskers har även slagit ut pacemakrar och andra medicinteknikprodukter, och datorer och mobiltelefoner. I USA har flera kärnkraftverk fått driftstopp.

Idag läggs stora forskningsresurser i framförallt USA, Kina, Japan och Sydkorea på att lösa problemet med whiskers.

Fenomenet är bekant sedan mer än 60 år, men mekanismerna bakom bildningen har varit höljt i dunkel. De hölls dock länge i schack genom en blandning av bly och tenn, men dök åter upp när blyet förbjöds av miljöhänsyn i början av 2000-talet.

Nu har Johan Hektors – forskare på Lunds tekniks högskola – i experiment lyckats bevisa att whiskers växer på grund av spänningsskillnader i tennlagret som skyddar ett kretskort med dess strömledande mönster av koppar.

– I gränsskiktet mellan metallerna går sex kopparatomer och fem tennatomer samman och bildar ett nytt ämne. Då sker en volymförändring i tennskiktet och spänningar får fina morrhår att börjar växa, några hundradelar av bredden av ett hårstrå men flera millimeter långa, säger Johan Hektor i ett pressmeddelande.

Om ett morrhår nuddar vid ett annat kortsluts strömmen den vägen.

– Största nyheten med våra experiment är att vi har byggt upp en tredimensionell bild av hur mikrostrukturen ser ut, var atomerna befinner sig i olika skeden när whiskers växer fram.

Den experimentella verksamheten har Johan Hektors utfört i Grenoble, där han använt synkrotonljuskällan vid European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Inom kort flyttar han till Hamburg där han ska arbeta vidare på temat vid Tysklands Max IV, DESY - Deutsches Elektronen-Synchrotron.

Kategori: Nyheter