Представьте себе, что внутри ваших приборов поселились монстры с тентаклями, которым нравится коротить схемы и сжигать компоненты. Представили? Это не выдумка, они уже здесь - это бессвинцовое оловянное покрытие.
Как? Чистое олово способно выпускать щупальца – их называют «оловянные усы» или «вискеры». Тонкие до невидимости - 1-10 мкм, и длинные - до 10 мм, они стремительно вырастают из любого участка с чистым оловом, будь то покрытие компонентов или лужение на плате, и, ориентируемые электрическим полем, жадно присасываются к соседним проводникам, вызывая замыкания, которые провоцируют то необъяснимые неполадки, то фатальные поломки. В низкоточной цепи они могут годами изводить вас глюками неизвестной природы, то отрастая, то оплавляясь. Если же мощности достаточно – при замыкании усик превращается в плазму, вызывающую каскад отказов. Неприятно уронить сигарету и прожечь брюки, но более досадно уронить ее в промасленную ветошь на складе с горючим)
Почему это происходит? Достоверно установлено, что при 13,2°C олово вдруг решает сменить свою тетрагональную β-фазу на кубическую α-фазу, разрушая макроскопическую структуру вплоть до состояния мелкого порошка, и скорость процесса стремительно растет с понижением температуры, причем кубическая фаза, контактируя даже при более высокой температуре с нормальным оловом, вызывает в нем превращение. Процесс сопровождается разрастанием по поверхности металла усыхающих язв, почему явление и получило название оловянной чумы.
Известная с глубокой древности, чума была описана еще Аристотелем. Согласно историческим байкам, она явилась одной из причин поражения Наполеоновской армии в России. Будто бы на морозе пуговицы, ложки, кружки превратились в серый порошок. Доказанным считается, что ненадёжность оловянной пайки стала одной из причин неудачи экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. В письме, написанном в солнечном -70-градусном марте 1912 года Скотт обращается к своей вдове: " ...Я думаю, что шансов нет. Мы решили не убивать себя, и бороться до конца, чтобы добраться до лагеря. Смерть в борьбе безболезненна, так что не волнуйся за меня."
Зараза не искоренена и поныне, возникая повсеместно с коварной непредсказуемостью. Как сварливая жена, аллотропия олова может превратить спокойную жизнь в катастрофу в одно мгновение по самому невообразимому поводу. Тут не только понижение температуры, но и контакт с катализаторами, в числе которых соединения ртути, диффундировавшие ионы меди и даже собственная оксидная пленка, а еще ионизирующее излучение, вибрация, влажность. Невозможно предсказать, когда объявится проблема, документированы случаи замыканий и через 5 дней, и через 5 лет. Вот так, творя «добро» чужими руками, евробюрократы по локоть обагрили в крови свои собственные.
Едва ли можно посчитать, сколько зависаний, спонтанных перезагрузок и потерь данных было вызвано одними только кратковременными замыканиями, но даже на бытовой технике и персональных компьютерах оловянные усы являются основным поставщиком неполадок. Божьей милостью, в России, несмотря на холод, зараза приживается плохо, а вот на ее родине сполна хлебнули из кубка благих намерений. Так, например, в 2006 году компания SWATCH понесла неразглашаемые убытки, будучи вынуждена отозвать у дилеров партии часов общей стоимостью $1 млрд! И ущерб не ограничивается деньгами:
· с 1975 по 1989 количество сбоев в КАРДИОСТИМУЛЯТОРАХ, вызванных усами, непрерывно росло, пока этим наконец не озаботились регулирующие органы, но проблема полностью не разрешилась ДО СИХ ПОР
· отказы на атомных станциях: АЭС Дрездена, АЭС Саус-Тексас, АЭС Миллстоун
· отключения спутников коммуникации: PAS-4, DirecTV 3, SOLIDARIDAD, GALAXY IV
· ошибки наведения ракет Феникс и Пэтриот – действительно, пятисоткилограммовая ракета на перхлоратном топливе, это же так экологично, зачем портить ее свинцовым припоем
И это только самые вопиющие случаи из тех, что повлекли расследования и просочились в открытый доступ.
Проблема, как описано, серьезная. Не просто серьезная – пугающая. И если чем паять, иногда мы все же выбираем сами, то купить некоторые компоненты не в бессвинцовом исполнении невозможно. Остается только искать пути минимизации рисков. О существующих решениях я расскажу в следующих публикациях.
С Вами как всегда был магистр Георгий, с удовольствием приму любые вопросы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Василец В. К., Кузьмар И. И. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЛИЗА НА ОБРАЗОВАНИЕ" УСОВ" В ПОКРЫТИЯХ НА ОСНОВЕ ОЛОВА // СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОТЕХНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ" РТ-2015". – 2015. – С. 200-200. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=28229575
2. Дием Р. и др. БЕССВИНЦОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО—КОМПОНЕНТЫ И ПОКРЫТИЯ // Производство электроники. – 2006. – №. 2. – С. 41. URL: https://alflash.com.ua/avtovideo/labor/pdf/pbf_components.pdf
3. Косенко С. А., Акимов С. С. ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ НА ПОЛИГОНЕ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. №3 (42). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prichiny-otkazov-elementov-zheleznodorozhnogo-puti-na-poligone-zapadno-sibirskoy-zheleznoy-dorogi
4. Любченко Александр Александрович, Разумный Станислав Григорьевич, Никитин Иван Михайлович Анализ отказов оборудования систем технологической радиосвязи // Известия Транссиба. 2013. №2 (14). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-otkazov-oborudovaniya-sistem-tehnologicheskoy-radiosvyazi
5. Мишанов Р. О. Исследование признаков, видов, причин и механизмов отказов микросхем, выполненных по КМОП-технологии // НиКа. 2017. №. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-priznakov-vidov-prichin-i-mehanizmov-otkazov-mikroshem-vypolnennyh-po-kmop-tehnologii