Cínové vlasy aneb bezolovnatá technologie v praxi

I v elektronice lze vymýt mozek bezolovnatou technologií. Někteří dokonce začali bezolovnatou pájku používat doma k bastlení.

Jako varování (abyste se vyhnuli chybám) jsem níže umístil pár odkazů. Agentura NASA dokonce vytvořila výzkumný tým, který se věnuje problematice cínových vlasů (Tin Whiskers), které samovolně rostou z neolovnatých povrchů.

Cínové vlasy, nebo chcete-li cínové vousy, se mohou tvořit nejen z cínu, ale i z jiných kovů jako je zinek, zlato a kadmium. Mohou být roky nečinné nebo vyrůstat spontánně a nevysvětlitelně. Takový vlas je typicky mikrometr široký a několik milimetrů dlouhý, dokonce až jeden centimetr. Rekord je tuším 22 mm. Vědci si tohoto jevu začali všímat poté, co se inženýři a elektronici pokusili omezit množství olova v elektronických obvodech.

Tyto metalické vlasy zkracují životnost spotřebičů, protože výrazně zvyšují poruchovost a bezesporu už byly příčinou mnoha havárií a lidských neštěstí.

Stačí si prolistovat dokumenty výzkumného týmu z NASA, podívat se na pár fotografií, pustit si nějaké to video a budou vám vstávat vlasy hrůzou na hlavě při pomyšlení co všechno se pomalu a skrytě s hmotou bez olova děje. Zajímavá je záložka “Whisker Failures“, kde dočtete o selháních způsobených metalickými vlasy (satelity, nukleární zařízení, …). Nemusíte umět anglicky, abyste tomu porozuměli, případně použijete překladač 🙂

Elektronici nejsou žádní blbci

Připadá mi, že Zákony jsou postaveny pro negramotnou masu (konkrétně mám na mysli Zákaz prodeje pájky s obsahem olova běžným lidem). Elektronici jsou vzdělaní lidé (ke své práci nebo k bastlení používají hlavu). Žádný elektronik nebude olizovat trubičkovou pájku s olovem nebo si ji kouskovat do polévky. Každý elektronik ví (i ten, který nemá IČO), že olovo je jedovaté, tak přeci nebude zahazovat nepotřebné desky se zapájenými součástkami do nedalekého rybníka. Já osobně je jednou za čas vozím do sběrny druhotných surovin. Je všeobecně známé, že je možné je bezplatně (na občanku) odevzdat ve Sběrném dvoře. Praxe sběru vysloužilých elektrodílů a elektrospotřebičů je zavedena v celé Evropě. Tak prosím berte tento můj odstavec jako malý povzdech nad tím, kam jsme se to v civilizované Evropě dostali.

Srovnání

Spotřeba olova v elektronice jsou nějaké desetiny procenta z celkové světové produkce olova. Oproti tomu automobilový průmysl (zejména autobaterie) je velmi významný žrout olova, a to nikomu nevadí. Asi ta automobilová lobby. Tak si jen představte, jaké musely být tlaky při schvalování restrikcí na světové a evropské úrovni.

Fotogalerie

Dal jsem sem pár fotografií z NASA s českým překladem, abyste to viděli na vlastní oči. Co to může způsobit i jinde si asi dokážete představit sami.

Komentář je vždy pod obrázkem.

Krystal
Vývody krystalu (zdroj: NASA)

Přibližně jeden rok po namontování oscilátoru do systému došlo u koncového uživatele ke ztrátě výstupu oscilátoru. Šetřením selhání bylo zjištěno, že na částech obou vývodů krystalu, které NEBYLY pokryty pájkou s obsahem olova se vytvořily cínové vlasy. Předmětnou problematickou částí jsou vývody ze slitiny Kovar (Fe-Ni-Co), které byly pocínované (čistý cín).
Zdroj: https://nepp.nasa.gov/whisker/photos/pom/2004april.htm


 

Jistič
Kontakty jističe (zdroj: NASA)

Dva až tři roky po nasazení těchto komponent začal uživatel pociťovat poruchy v terénu na více místech po celé Evropě. Analýza selhání identifikovala hlavní příčinu selhání ve zkratech způsobených cínovým vousem mezi páry kontaktů, které jsou normálně otevřené. Během analýzy poruch uživatel zjistil, že hustota a délka vousů byly největší v oblastech kontaktů vystavených nejvyššímu elektrickému poli v provozu (tj. mezi oddělenými páry kontaktů s rozdílem potenciálu 50 V). Tam tedy dosahovaly cínové vlasy délky dokonce 2 až 4 mm, což bylo dostatečné k překlenutí mezery mezi oddělenými kontakty, což mělo za následek poruchu zařízení.

Zdroj: https://nepp.nasa.gov/whisker/anecdote/2003ckt_breaker/index.html


 

Jumperové kolíky
Jumperové kolíky (zdroj: NASA)

K tomuto nebyl žádný komentář.


 

Diody
Vývody diod (zdroj: NASA)

V roce 2005 zažila jaderná elektrárna Dominion Millstone (USA) odstavení reaktoru, které bylo způsobeno neúmyslným poplašným signálem způsobeným cínovým zkratem mezi diodami, jako jsou tyto.
Během prvních 24 hodin po náhlém odstavení jaderného reaktoru se technici se zaměřili na poruchu počítače jako na viníka a byli zaraženi. Přišli na to, že počítačová karta signalizovala nebezpečný pokles tlaku v potrubí parního systému reaktoru, jako by došlo k přerušení potrubí. Stav vedl k automatickému odstavení reaktoru. Problém byl v tom, že tlak nebyl ve skutečnosti nízký a logická karta také neměla žádné zjevné známky opotřebení nebo poškození, jako jsou spálená místa nebo odbarvení povrchu. Přesto karta opakovaně selhala v testech zaměřených na replikaci správného elektrického signálu. Tehdy jeden z techniků vzal lupu a podíval se blíže. Viděli něco jiného a ptali se sami sebe: “Co to může být? Kousek pájky? Něco tam je. Pojďme to vyfotit.” Poté pod vysoce výkonným mikroskopem spatřili tenké kovové vlákno, pouhým okem sotva viditelné. Brzy zjistili, že tento kovový kousek způsobil elektrický zkrat, který poskytl falešné hodnoty nízkého tlaku a vynutil si neplánované odstavení jaderného bloku.

Zdroj: https://nepp.nasa.gov/whisker/photos/index.html#semi


 

Integrovaný obvod
Integrovaný obvod (zdroj: NASA)

TTL brouk
 
Přibližně v roce 2002 způsobily cínové vlasy poruchu elektronického systému, který se používá v energetice. Systém byl původně uveden do provozu kolem roku 1983. Toto selhání je považováno za významné, protože trvalo přibližně 20 let, než vlasy narostly takovým způsobem, že vytvořily zkrat. Dosud publikovaná literatura vyvolala dojem, že proces růstu cínových vousů může nastat maximálně do 8 až 10 let (obvykle mnohem kratší). Bohužel poskytnuté informace o této události nejsou dostatečné k tomu, abychom věděli, zda porost vousů zůstal velmi dlouho nečinný nebo proces růstu byl kontinuální a pomalý po celou dobu.
Jedná se o brouka TTL ve standardním pouzdru DIL, který měl měděné cínované vývody. Povrchová úprava byla tedy matný čistý cín. Brouk byl ručně zapájen do desky plošných spojů.
K selhání došlo v důsledku trvalého zkratu „nízkého proudu“ způsobeného cínovým vousem, který přemosťoval dva sousední vývody na integrovaném obvodu.
Odhadovaná zkratovací vzdálenost mezi kolíky je 0,75 až 1,0 mm. Analýza selhání ukázala četné cínové vousy na všech vývodech. Většina vousů (ale ne všechny) se nachází v blízkosti ohybu vývodu, kde vystupuje z plastového pouzdra integrovaného obvodu.

Zdroj: https://nepp.nasa.gov/whisker/anecdote/20year/index.html


 

Pokud jste se dočetli až sem, tak věřím, že vám to asi už stačí.

Odkazy

Nejzajímavější dokumenty s fotografiemi

Abyste si mohli vyzkoušet bezolovnaný cín (pájku), zařadili jsme do sortimentu krátké smotky dlouhé 1 metr. Kupovat celé klubíčko nám přijde příliš masochistické 🙂