Was ist ein Whisker?
Whiskers sind haar- oder nadelförmige Metallkristalle (Einkristalle), die auf Metalloberflächen wachsen, hauptsächlich auf Zinn- (Sn) oder Zink- (Zn) Beschichtungen. Die Form hat oft einen Durchmesser von 1-2 µ und eine Länge von 1-10 µ.
Whisker wachsen spontan. Wenn die wachsenden Whisker Teile elektronischer Schaltkreise mit unterschiedlichen Potenzialdifferenzen kurzschließen wie z. B. Signal- oder Stromversorgungsleitungen oder wenn die wachsenden Whisker abreißen, streuen und in das Innere elektronischer Geräte eindringen, werden unbestimmte Teile des elektronischen Schaltkreises kurzgeschlossen, was zu verschiedenen Fehlern in den elektronischen Geräten führt.
Whisker sind mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen und die Ermittlung der Ursache von Fehlern, die durch Kurzschlüsse aufgrund eines vorübergehenden Kontakts mit Whiskern verursacht werden, kann sich als sehr schwierig erweisen.
In den 1940er und 1950er Jahren wurden Zink (Zn) und Zinn (Sn) als Beschichtungs- und Lötmaterialien verwendet. Dies führte zu vielen Geräteausfällen aufgrund von Whiskerbildung. Die Bildung von Whiskern wurde durch die Zugabe einer kleinen Menge Blei (Pb) als Gegenmaßnahme unterdrückt, aber seit dem Jahr 2000 ist die Whisker-Bildung wieder ein Problem, da auf bleifreies Lot umgestellt wurde.
Anwendungen von Whiskern
Whisker, auch Haarkristalle genannt, haben eine schädliche Wirkung auf elektrische Geräte. Die Erforschung von Maßnahmen zur Verhinderung der Entstehung von Whiskern hat daher zur Entwicklung der Whisker-Unterdrückungstechnologie geführt.
Whisker selbst sind jedoch Einkristalle mit wenigen Defekten, was bedeutet, dass sie hochfest sind und eine sehr gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften werden zur Verstärkung von Keramiken, Metallen und Kunststoffverbundwerkstoffen genutzt.
Insbesondere werden sie als Verstärkungsmittel für Keramiken, die durch Mikrowellen erhitzt werden können und als Verstärkungsmittel für Hartkeramik in Schneidwerkzeugen verwendet.
Merkmale von Whiskern
Whiskers lassen sich grob in zwei Arten einteilen: echte und unechte Whisker:
Echte Whisker sind hauptsächlich Einkristalle, die auf der Oberfläche des Metalls wachsen.
Diese bestehen aus demselben Element wie das darunter liegende Metall, auf dem sie wachsen und treten bei Raumtemperatur auf. Die Whisker beginnen zu wachsen, wenn die Beschichtungsschicht auch nur einer geringen Druckspannung ausgesetzt wird. Da die auf den Beschichtungsfilm ausgeübte Spannung schwer vorhersehbar ist, ist auch die Whiskerbildung ein unvorhersehbares Phänomen.
Die Metalle, auf denen echte Whisker zu wachsen pflegen, sind Zinn (Sn), Zink (Zn) und Cadmium (Cd) und die Whisker, die auf diesen Metallen wachsen, treten bei Raumtemperatur auf. Bei hohen Temperaturen können Whisker auch in Metallen wie Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe) und Blei (Pb) auftreten.
Unechte Whisker hingegen werden oft künstlich erzeugt.
Es gibt inzwischen eine Reihe von Verfahren zur Bildung von unechten Whiskern, die als Verstärkung für Metalle und Kunststoffe verwendet werden.
Whiskers können durch Kondensation von Dampfphasen, Abscheidung aus Lösungen, elektrolytische Abscheidung, Reduktion und thermische Zersetzung gebildet werden.
In einigen Fällen wurden Whisker, die nicht aus Metall, sondern aus Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid bestehen, als Verstärkungsmaterial als echte Whisker vermarktet.