व्हिस्कर (धातु विज्ञान)

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चांदी की व्हिस्कर्स सतह से ऊपर उठने वाले प्रतिरोधक

धातु व्हिस्करिंग एक घटना है जो विद्युत उपकरणों में तब घटित होती है जब धातुएं समय के साथ लंबी व्हिस्कर-जैसे प्रक्षेप बनाती हैं। टिन व्हिस्कर्स को 20वीं शताब्दी के प्रारंभ में इलेक्ट्रॉनिक्स के वेक्यूम - ट्यूब युग में उन उपकरणों में देखा और प्रलेखित किया गया जो शुद्ध या लगभग शुद्ध, टिन सोल्डर का उपयोग करते थे। यह देखा गया कि धातु के छोटे बाल या टेंड्रिल धातु सोल्डर पैड के बीच बढ़ते हैं, जिससे शार्ट सर्किट होता है। कम्प्रेसिव तनाव की उपस्थिति में धातु व्हिस्कर्स बनती हैं। जर्मेनियम, जस्ता, कैडमियम और सीसा व्हिस्कर्स को भी प्रलेखित किया गया है।[1] समस्या को कम करने के लिए कई तकनीकों का उपयोग किया जाता है, जिसमें एनीलिंग (धातु विज्ञान) प्रक्रिया (ताप और शीतलन), तांबा और निकल जैसे तत्वों को जोड़ना और अनुरूप कोटिंग सहित करना सम्मिलित है।[2] परंपरागत रूप से, सीसा को टिन-आधारित विक्रेताओं में व्हिस्कर वृद्धि को धीमा करने के लिए जोड़ा गया है।

खतरनाक पदार्थ निर्देश (RoHS) के प्रतिबंध के बाद, यूरोपीय संघ ने सीसे से जुड़ी स्वास्थ्य समस्याओं और हाई-टेक कचरे की समस्या के कारण 2006 से अधिकांश उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में सीसा के उपयोग पर प्रतिबंध लगा दिया, जिसके कारण सीसा-रहित विक्रेता में व्हिस्कर गठन के मुद्दे पर फिर से ध्यान केंद्रित किया गया है।

तंत्र

टिन का सूक्ष्म दृश्य जिसका प्रयोग इलेक्ट्रॉनिक घटकों को हल करने के लिए किया जाता है, व्हिस्कर दिखाते हुए

धातु व्हिस्कीरिंग क्रिस्टलीय धातु-क्रिया है जिसमें धातु की सतह से छोटे, फीलीफॉर्म तंतु के स्वाभाविक विकास को सम्मिलित किया गया है। प्रभाव मुख्य रूप से रासायनिक धातुओं पर देखा जाता है लेकिन मिश्र धातुओं के साथ भी होता है।

धातु व्हिस्कर वृद्धि के पीछे के तंत्र को अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन इसे संपीड़ित यांत्रिक तनाव (भौतिकी) द्वारा प्रोत्साहित किया जाता है, जिसमें सम्मिलित हैं:

  • विद्युत क्षेत्र में धातु तंतुओं के इलेक्ट्रोस्टैटिक ध्रुवीकरण के कारण ऊर्जा प्राप्त हुई,[3][4]
  • इलेक्ट्रोप्लेटिंग के कारण अवशिष्ट तनाव,
  • यांत्रिक रूप से प्रेरित तनाव,
  • विभिन्न धातुओं के प्रसार से प्रेरित तनाव,
  • ऊष्मीय रूप से प्रेरित तनाव, और
  • सामग्री में तनाव प्रवणता।[5]

धातु के व्हिस्कर्स कई मायनों में धातु के डेन्ड्राइट (धातु) से अलग होते हैं: डेनड्रिट्स फ़र्न के आकार के होते हैं और धातु की सतह के पार बढ़ते हैं, जबकि धातु के व्हिस्क तंतु की तरह होते हैं और सतह के लंबवत रूप से प्रोजेक्ट होते हैं। डेंड्राइट वृद्धि के लिए धातु आयनों के समाधान में धातु को भंग करने में सक्षम नमी की आवश्यकता होती है, जो तब विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति में विद्युतिकरण द्वारा पुनर्वितरित होते हैं। जबकि व्हिस्कर गठन के लिए सटीक तंत्र अज्ञात है, यह ज्ञात है कि व्हिस्कर गठन के लिए धातु के विघटन (रसायन विज्ञान) या विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं है।

प्रभाव

जिंक युक्त स्टील पर कई मिमी लंबी जस्ता व्हिस्की

व्हिस्कर्स बिजली के उपकरणों में शॉर्ट सर्किट और इलेक्ट्रिक आर्क का कारण बन सकते हैं। 1940 के दशक के अंत में टेलीफोन कंपनियों द्वारा इस घटना की खोज की गई थी और बाद में यह पाया गया कि टिन सोल्डर में सीसा मिलाप से शमन होता है।[6] खतरनाक पदार्थ निर्देशक (RoHS) का यूरोपीय प्रतिबंध, जो 1 जुलाई 2006 को लागू हुआ, ने विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक और विद्युत उपकरणों में सीसा के उपयोग को प्रतिबंधित कर दिया गया था। इसने व्हिस्कर गठन को रोकने पर ध्यान केंद्रित करते हुए सीसा रहित मिश्र धातुओं के उपयोग को प्रेरित किया है, देखें § शमन और उन्मूलन. अन्य ने व्हिस्कर के गठन को रोकने के लिए ऑक्सीजन-बैरियर कोटिंग के विकास पर ध्यान केंद्रित किया है।[7]

एयरबोर्न जिंक व्हिस्कर्स कंप्यूटर सर्वर कक्ष में सिस्टम विफलता दरों में वृद्धि के लिए जिम्मेदार हैं। जिंक व्हिस्कर्स गैल्वनाइज्ड (इलेक्ट्रोप्लेटेड) धातु की सतहों से कुछ माइक्रोमीटर व्यास के साथ प्रति वर्ष मिलीमीटर की दर से वृद्धि करते हैं। व्हिस्कर्स ऊपर उठी हुई मंजिलों पर जिंक इलेक्ट्रोप्लेटेड फर्श टाइल्स के अंडरसाइड पर फार्म कर सकते हैं। प्राय: रखरखाव के दौरान जब टाइल्स में गड़बड़ी होती है तो ये व्हिस्कर्स फर्श के प्लेनम के भीतर हवा बन सकती हैं। व्हिस्कर्स हवा के फिल्टर से गुजरने के लिए काफी छोटी हो सकती हैं और उपकरण के अंदर बैठ सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप शॉर्ट सर्किट और प्रणाली विफलता हो सकती है। [8]

टिन व्हिस्कर्स को उपकरणों को नुकसान पहुंचाने के लिए एयरबोर्न होने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे साधारणतया पहले से ही पर्यावरण में सीधे बढ़ रहे हैं जहां वे शॉर्ट सर्किट अर्थात इलेक्ट्रॉनिक उपकरण का उत्पादन कर सकते हैं। 6 GHz से अधिक आवृत्तियों पर या तेजी से डिजिटल सर्किट में, टिन व्हिस्कर्स लघु एंटीना (रेडियो) की तरह काम कर सकते हैं, जो सर्किट प्रतिबाधा को प्रभावित करता है और रिफ्लेक्शन पैदा करता है। कंप्यूटर डिस्क ड्राइव में वे टूट सकते हैं और हेड क्रैश या खराब हो सकते हैं।[9] टिन व्हिस्कर्स प्राय: रिले में विफलता का कारण बनता है और परमाणु ऊर्जा सुविधाओं में विफल रिले की जांच के बाद पाया गया है। टिन व्हिस्कीर्स के कारण[10] पेसमेकर्स को वापस बुलाया गया है।[11] अनुसंधान ने वैक्यूम में टिन व्हिस्कर्स (जैसे अंतरिक्ष में) के लिए विशेष विफलता मोड की भी पहचान की है, जहां उच्च शक्ति घटकों में शॉर्ट-सर्किट टिन व्हिस्कर को प्लाज्मा में आयनित किया जाता है जो करंट के सैकड़ों एम्पीयर के संचालन में सक्षम है, बड़े पैमाने पर शॉर्ट सर्किट के हानिकारक प्रभाव को बढ़ाते हैं।[12] RoHS निर्देश के कारण इलेक्ट्रॉनिक्स में शुद्ध टिन के उपयोग में संभावित वृद्धि ने JEDEC और IPC (इलेक्ट्रॉनिक्स) को टिन व्हिस्कर स्वीकृति परीक्षण मानक और शमन अभ्यास दिशानिर्देश जारी करने के लिए प्रेरित किया, जिसका उद्देश्य निर्माताओं को सीसा रहित उत्पादों में टिन व्हिस्कर के जोखिम को कम करने में मदद करना था। .[13]

चाँदी व्हिस्कर्स प्राय: सिल्वर सल्फाइड की परत के साथ संयोजन में दिखाई देते हैं, जो हाइड्रोजन सल्फाइड और उच्च आर्द्रता से समृद्ध वातावरण में संचालित होने वाले चांदी के विद्युत संपर्कों की सतह पर निर्मित होता है। इस तरह के वातावरण सीवेज उपचार संयंत्रों और पेपर मिल में मौजूद हो सकते हैं।

सोने की परत चढ़ी सतहों पर 20 μm से अधिक व्हिस्क देखी गईं और 2003 के नासा के आंतरिक ज्ञापन में नोट किया गया था।[14]

मेटल व्हिस्करिंग के प्रभावों को हिस्ट्री चैनल के कार्यक्रम इंजीनियरिंग आपदा 19 में दर्ज किया गया था।[15]

शमन और उन्मूलन

क्षेत्र में चल रहे अनुसंधान के साथ व्हिस्कर वृद्धि को कम करने या समाप्त करने के लिए कई दृष्टिकोणों का उपयोग किया जाता है।

अनुरूप कोटिंग्स

पारमाणिक यौगिक कोटिंग व्हिस्कर्स को बाधा पार करने से रोकते हैं, जो पास के टर्मिनेशन तक पहुंचती हैं और शॉर्ट बनाती हैं।[12]

रसायन शास्त्र बदलना

निकेल, गोल्ड या पैलेडियम की समाप्ति को नियंत्रित परीक्षणों में व्हिस्कर निर्माण को समाप्त करने के लिए दिखाया गया है।[16]

टिन व्हिस्कर उदाहरण और घटनाएं

गैलेक्सी चतुर्थ

गैलेक्सी IV दूरसंचार उपग्रह था जो 1998 में टिन व्हिस्चर्स के कारण होने वाले शॉर्ट सर्किट के कारण अक्षम और खो गया था। यह शुरू में सोचा गया था कि अंतरिक्ष मौसम ने विफलता में योगदान दिया, लेकिन बाद में यह पता चला कि अनुरूप कोटिंग गलत तरीके से की गई थी, जो अनुपस्थित कोटिंग क्षेत्र के माध्यम से अपना रास्ता खोजने के लिए शुद्ध टिन प्लेटिंग में गठित व्हिस्करों को अनुमति देता है, जिससे मुख्य नियंत्रण कंप्यूटर की विफलता होती है। व्हिस्कर वृद्धि के जोखिम को कम करने के लिए निर्माता, ह्यूजेस, टिन के बजाय निकल चढ़ाना में चले गए हैं। प्रति पेलोड 50 से 100 किलोग्राम (110 से 220 पौंड) जोड़कर वजन में वृद्धि हुई है।[17]

मिलस्टोन परमाणु ऊर्जा संयंत्र

17 अप्रैल 2005 को, कनेक्टिकट में मिलस्टोन परमाणु बिजली संयंत्र को 'गलत अलार्म' के कारण बंद कर दिया गया था, जिसने रिएक्टर के भाप प्रणाली में असुरक्षित दबाव गिरावट का संकेत दिया था जब भाप का दबाव वास्तव में नाममात्र था। गलत अलार्म टिन व्हिस्कर के कारण हुआ था कि शॉर्ट सर्किट लॉजिक बोर्ड जो बिजली संयंत्र में भाप दबाव लाइनों की निगरानी के लिए जिम्मेदार था।[18]

टोयोटा त्वरक स्थिति गलत धनात्मक संवेदक

सितंबर 2011 में, नासा के तीन जांचकर्ताओं ने दावा किया कि त्वरक स्थिति संवेदकों पर उन्होंने टिन व्हिस्क की पहचान की[19] 2005-2010 के दौरान कुछ टोयोटा मॉडल को प्रभावित करने वाले 'स्टक त्वरक' क्रैश में योगदान दे सकते हैं।[20] इससे पहले राष्ट्रीय राजमार्ग यातायात सुरक्षा प्रशासन (NHTSA) और अन्य नासा शोधकर्ताओं के बड़े समूह द्वारा 10 महीने की संयुक्त जांच में कोई इलेक्ट्रॉनिक दोष नहीं पाया गया था।[21]

"यद्यपि, 2012 में NHTSA ने कहा: "हम नहीं मानते कि टिन व्हिस्कर्स इन घटनाओं के लिए स्पष्ट व्याख्या है ... [ संभावित कारण] पैडल का गलत प्रयोग था।"[22]

टोयोटा ने यह भी कहा कि टिन व्हिस्कर्स किसी भी त्वरक अवरोध का कारण नहीं थे: अमेरिका के परिवहन सचिव रे लाहुद के शब्दों में, ' फैसला आ गया है। टोयोटा में अनपेक्षित हाई-स्पीड त्वरण के लिए कोई इलेक्ट्रॉनिक-आधारित कारण नहीं है। अवधि टोयोटा की प्रेस विज्ञप्ति के अनुसार, कोई भी डेटा संकेत नहीं देता है कि बाजार में किसी अन्य वाहन की तुलना में टोयोटा वाहनों में टिन व्हिस्कर्स होने की अधिक संभावना है। टोयोटा ने यह भी कहा कि "उनकी प्रणालियों को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि टिन व्हिस्कर्स बनने वाले जोखिम को कम करें।"[23]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Lyudmyla Panashchenko. "Whisker Resistant Metal Coatings" (PDF). NEPP NASA. Retrieved 23 October 2013.
  2. ↑ Craig Hillman; Gregg Kittlesen & Randy Schueller. "A New (Better) Approach to Tin Whisker Mitigation" (PDF). DFR Solutions. Retrieved 23 October 2013.
  3. ↑ Karpov, V. G. (2014-05-15). "Electrostatic Theory of Metal Whiskers". Physical Review Applied. 1 (4): 044001. arXiv:1401.7689. doi:10.1103/PhysRevApplied.1.044001. S2CID 118446963.
  4. ↑ Borra, Vamsi; Itapu, Srikanth; Karpov, Victor G.; Georgiev, Daniel G. (2022-02-01). "Modification of Tin (Sn) metal surfaces by surface plasmon polariton excitation". Scripta Materialia (in English). 208: 114357. doi:10.1016/j.scriptamat.2021.114357. ISSN 1359-6462. S2CID 240093482.
  5. ↑ Sun, Yong; Hoffman, Elizabeth N.; Lam, Poh-Sang; Li, Xiaodong (2011). "Evaluation of local strain evolution from metallic whisker formation". Scripta Materialia. 65 (5): 388–391. doi:10.1016/j.scriptamat.2011.05.007.
  6. ↑ George T. Galyon. "A History of Tin Whisker Theory: 1946 to 2004" (PDF). iNEMI. Retrieved 21 December 2012.
  7. ↑ "Whisker Effect". INELCO. Retrieved 5 January 2011.
  8. ↑ Brusse, Jay (April 2, 2003). "Zinc Whiskers. Could Zinc Whiskers Be Impacting Your Electronics?" (PDF). NASA. Retrieved December 24, 2022.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  9. ↑ Quinnell, Richard (2005-09-01). "Tackling tin whisker test". EDN (in English). Retrieved 2022-12-25.
  10. ↑ "Event Notification Report for July 12, 1999". U.S. Nuclear Regulatory Commission. Retrieved 21 December 2012.
  11. ↑ "ITG Subject: Tin Whiskers – Problem, Causes, and Solutions". Food and Drug Administration. 1986-03-14. Archived from the original on October 18, 2007. Retrieved 21 December 2012.
  12. ↑ 12.0 12.1 Jay Brusse; Henning Leidecker; Lyudmyla Panashchenko (December 5, 2007). "Metal Whiskers: Failure Modes and Mitigation Strategies" (PDF). NASA. Retrieved 21 December 2012.
  13. ↑ "JEDEC and IPC Release Tin Whisker Acceptance Testing Standard and Mitigation Practices Guideline". JEDEC.org. 4 May 2006. Retrieved 5 January 2011.
  14. ↑ Alexander Teverovsky (April 2003). "Introducing a New Member to the Family: Gold Whiskers" (PDF). NASA. Retrieved 21 December 2012.
  15. ↑ "Engineering Disasters 19 (Season 12 Episode 11)". History. 2006-05-22. Retrieved 2022-05-20.
  16. ↑ Keun-Soo Kim, Suk-Sik Kim, Seong-Jun Kim, Katusaki Suganuma, ISIR, Osaka University, Masanobu Tsujimoto, Isamu Yanad, C. Uyemura & Co., Ltd., Prevention of Sn whisker formation by surface treatment of Sn plating Part II, TMS Annual Meeting, 2008
  17. ↑ Felps, Bruce. "'Whiskers' Caused Satellite Failure: Galaxy IV Outage Blamed On Interstellar Phenomenon". Archived from the original on March 3, 2009. Retrieved 19 October 2019.
  18. ↑ "Reactor Shutdown: Dominion Learns Big Lesson From A Tiny 'tin Whisker'" (PDF).
  19. ↑ "निबंध" (PDF). nepp.nasa.gov.
  20. ↑ Bunkley, Nick (27 March 2018). "Toyota Issues a 2nd Recall Over Accelerators". The New York Times.
  21. ↑ "NHTSA-NASA Study of Unintended Acceleration in Toyota Vehicles". NHTSA. Retrieved 14 November 2014.
  22. ↑ "NHTSA rejects 'tin whiskers' theory for Toyota's unintended acceleration incidents". Automotive News. Retrieved 14 November 2014.
  23. ↑ "'Tin Whiskers' and Other Discredited Unintended Acceleration Theories". Toyota. 24 January 2012. Retrieved 29 September 2019.

बाहरी संबंध

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