Tema

Morrhår av tenn kortsluter satelliter och pacemakers

Morrhår av tenn kan orsaka kortslutning i bilar, pacemakers och kärnkraftverk, liksom datorer och andra elektronikprodukter. Ny forskning belyser nu hur det kommer sig att de mycket tunna, men elakartade morrhåren börjar växa.

Förhoppningsvis kan kunskapen bidra till att lösa ett problem som kostar många miljarder varje år, menar Johan Hektors vid Lunds tekniska universitet, som nu doktorerar inom hållfasthetslära.

Avhandlingen berättar om de elakartade morrhåren på mikronivå. Och varnar för ökade problem med whiskers i framtiden eftersom elektronikkomponenter blir allt vanligare och mindre.

Fakta/Whiskers

Fenomenet observerades för första gången strax efter andra världskriget. Whiskers påträffades i radioutrustningar med lödningar av tenn. En blandning av bly och tenn fixade problemet fram till början av 2000-talet, då blyet förbjöds av miljöhänsyn.

På NASA:s hemsida finns åtta uppräknade satelliter som har slutat att fungera på grund av whiskers. Toyota-modeller med sensorer för acceleration har också drabbats. Whiskers slår ut pacemakers och andra medicintekniska produkter, datorer och mobiltelefoner. I USA har flera kärnkraftverk fått driftstopp. Forskare i framförallt USA, Kina, Japan och Sydkorea lägger stora resurser på att lösa problemet.

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

– Om det är ett ungefärligt riktmärke förekommer whiskers i elektronik för 35 miljarder dollar bara från år 2017. Dessa siffror gäller konsumentelektronik, sen tillkommer alla övriga sektorer som satelliter och kärnkraftverk. Man kan nog med säkerhet säga att whiskers orsakar problem för många miljarder kronor.

Fina morrhår växer fram

Syftet med den här studien är att ta ett steg till, närmare målet att slutligen raka bort alla morrhår. Detta genom en grundläggande forskning om varför de bildas.

– 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.

På mikroskopbilden syns whiskers som växer från en kopparskiva belagd med ett tunt lager av tenn. Bild: Johan Hektor, Lunds Tekniska Högskola

Om ett morrhår nuddar vid ett annat tar strömmen vägen via de nybildade bryggorna med kortslutning som följd.

Forskningen har länge anat vad som driver på processen. Johan Hektor kommer med de experimentella bevisen på att whiskers växer på grund av spänningsskillnader i tennlagret.

Belyste morrhåren med synkrotont ljus

Johan Hektor har använt synkrotonljuskällan vid European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble och belyst tenn-whiskers i sin omgivning av tenn och koppar.

– 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.

Kontakt:
Johan Hektor johan.hektor@solid.lth.se

Avhandlingen (pdf):
Tin whiskers: experiments and modelling. 

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Morrhår av tenn kortsluter satelliter och pacemakers

 lästid ~ 2 min