Tin whiskers – המחלה האלקטרונית של המאה ה-21 – כיצד מתמודדים עמה?

בהרצאה שהתקיימה בכנס DevelopEX2015 תיארה טל קאופמן מננכ”לית סימטל ציפויים בעיה הגורמת לתקלות חמורות במעגלים האלקטרוניים וכיצד ניתן להתגבר עליה

מי לא שמע על התנועות לאיכות הסביבה על כל ניגזרותיהן?

אחת מהגזרות אשר נפלו על תעשיית האלקטרוניקה בעשור הקודם היא הוצאת ה-Lead משימוש בייצור מעגלים ורכיבים אלקטרוניים – ולעניין זה – תקן RoHs.התקן הנ”ל נבנה בתחילת שנות ה-2000 וצבר תאוצה ממשית לקראת העשור הנוכחי – עד כדי כך שכיום קשה מאוד מאוד למצוא רכיבים אשר אינם עומדים בתקן זה.

אבל – “אליה וקוץ בה” – מתקני התקן RoHs ככל הנראה לא הלכו מספיק אחורה בהיסטוריה, שכן אם היו עושים זאת – וודאי לא היו ממהרים “לגרש” את ה-Led מהרכיבים ומהמעגלים האלקטרוניים!

וכל זאת מדוע?

תופעת ה-Tin Whiskers הינה תופעה בה גדלים גבישים דמוי מחט (Whiskers = “שפם חתול”) על גבי רגליים של רכיבים (בעיקר באזורים של כיפוף והכנסת מאמצים מכאניים, חום ולחות) ויוצרים במעגלים האלקטרוניים קצרים חשמליים. כאשר מדובר בזרמים חשמליים/ מתחים גבוהים מאוד  ה-“TIN WHISKERS” “מומס” ע”י הזרם החשמלי והקצר הינו זמני.  כאשר מדובר בזרמים חשמליים/ מתחים נמוכים המצב בהרבה יותר חמור מכיוון שה- “TIN WHISKERS” אינו מומס ומתקבע כחלק מהמעגל.

אני אישית שמעתי על תופעה זו בשנת 2008 כאשר מהנדס בשירות הצבאי התקשר אליי ושאל האם אני עוסקת בציפוי פארילן. תשובתי כמובן הייתה חיובית ומיד התחלתי בשאלות הקונבנציונליות לאיזו מטרה הוא צריך את ציפוי הפארילן והתשובה הייתה: “כדיי למנוע את תופעת ה- “TIN WHISKERS”. לא היה לי קצה קצהו של מושג על מה הוא דיבר ומיד אצתי רצתי לאינטרנט וחיפשתי מאמרים רלוונטיים ומשם הכל היסטוריה….

תופעת ה- “TIN WHISKERS” הייתה מוכרת עוד בשנות ה-20 של המאה הקודמת בפריט האלקטרוני המודרני של אז – “שפופרות רדיו”. לצורך פתרון הבעיה אז בשנות ה-20 גילו והבינו שעל מנת להתגבר יש להכניס עופרת לפדים של ההלחמה ולרכיבי מתכת נוספים – ואמנם הבעיה נפתרה.

עתה – חוזרת ההיסטוריה על עצמה כאשר מפאת מוראה של איכות הסביבה – הוחלט להוציא את העופרת (LEAD) החוצה מתהליכי ייצור הרכיבים ומהמעגלים – וראו זה פלא – תופעת ה-Tin Whiskers חזרה לה במלא הדרה!!!

כך לפני כ-3 שנים בוצע Recall לכמה אלפי רכבים של טויוטה אשר בהם נתגלתה בעיה במערכת הבלמים ABS, כך היה גם שברולט אשר אצלה גילו תקלות במערכת ההאצה ורכבים היו לפתע פתאום “קופצים ב-פול גאז” לפנים, וידועים שני מקרים בהם הרכב “זינק” באור אדום ברמזור, וחמור מכך, זוג אשר ניסה ליהנות משקיעה יפה בקליפורניה מראשו של צוק מעל הים – מצא עצמו עם רכב “קופץ” ונהרג למרגלות המצוק.

לכל ה”דרמה” המוצגת למעלה קיים כיום פתרון מופלא בצורת ציפוי Parylene אשר מביא הגנה מצוינת ו”חיסון” כנגד התופעה הבעייתית.

במאמר אשר התפרסם לאחרונה וסקר את כל סוגי הציפויים על כושרם להתמודד עם הבעיה הכל-כך כאובה של Tin Whiskers, הגיעו למסקנה חד משמעית שה-פארילן הוא הוא הפתרון האולטימטיבי (אם לא היחיד) אשר “חונק ומעלים את תופעת גידולי השפמים המדוברת”.

להלן טבלה המסכמת במבט אחד את כל סוגי הציפויים וביצועיהם: (מתוך מאמר:”evaluation of effectiveness of conformal coatings as a tin whisker mitigation”; journal of ELECTRONIC MATERIALS, VOL.41 , NO.9 2012)