Bugün öğrendim ki: metallerin zamanla yavaş yavaş büyüyen kıllar oluşturabileceği, özellikle elektronik cihazlarda. Bunları oluşturan kesin süreç bilinmemektedir ve kısa devreler ve ark gibi sorunlara yol açabilir. Bu kıllar havaya karışabilir ve büyük sunucu odalarında ciddi sorunlara yol açabilir.

---

Elektrikli Cihazlarda Bir Olay: Metal Bıyıklaşma

Metal bıyıklaşma, elektrikli cihazlarda metallerin zamanla uzun bıyık benzeri çıkıntılar oluşturmasıyla meydana gelen bir olaydır. Kalay bıyıkları, 20. yüzyılın başlarında, üretimlerinde saf veya neredeyse saf kalay lehim kullanan elektronik aletlerde, vakum tüpü çağı elektroniğinde fark edilmiş ve belgelenmiştir. Metal lehim pedleri arasında küçük metal kılların veya ince dalların büyüyerek kısa devrelere neden olduğu fark edildi. Metal bıyıklar, basınçlı gerilmenin varlığında oluşur. Galyum, çinko, kadmiyum ve hatta kurşun bıyıkları belgelenmiştir.[1] Sorunu hafifletmek için, tavlama işlemindeki değişiklikler (ısıtma ve soğutma), bakır ve nikel gibi elementlerin eklenmesi ve uyumlu kaplamaların dahil edilmesi de dahil olmak üzere birçok teknik kullanılmaktadır.[2] Geleneksel olarak, kalay bazlı lehimlerde bıyık büyümesini yavaşlatmak için kurşun eklenmiştir.

Zararlı Maddelerin Kısıtlanması Direktifi'nin (RoHS) ardından, Avrupa Birliği, kurşunla ilgili sağlık sorunları ve "yüksek teknoloji çöpü" sorunu nedeniyle, 2006'dan itibaren çoğu tüketici elektronik ürününde kurşun kullanımını yasaklamış ve kurşunsuz lehimlerde bıyık oluşumu sorununa yeniden odaklanılmasına yol açmıştır.

Mekanizma

[düzenle]

Metal bıyıklaşma, metalik bir yüzeyden küçük, ipliksi kılların kendiliğinden büyümesini içeren kristalin bir metalürjik olaydır. Etki esas olarak element metallerde görülür, ancak alaşımlarda da meydana gelir.

Metal bıyık büyümesinin arkasındaki mekanizma tam olarak anlaşılmamıştır, ancak aşağıdakiler de dahil olmak üzere basınçlı mekanik gerilmeler tarafından teşvik edildiği görülmektedir:

elektrik alanındaki metal filamentlerin elektrostatik polarizasyonundan kaynaklanan enerji kazancı,[3][4]

elektrokaplamadan kaynaklanan artık gerilmeler,

mekanik olarak indüklenmiş gerilmeler,

farklı metallerin difüzyonundan kaynaklanan gerilmeler,

termal olarak indüklenmiş gerilmeler ve

malzemelerdeki gerilme gradyanları.[5]

Metal bıyıkları, metalik dendritlerden birkaç yönden farklıdır: Dendritler eğrelti otu şeklindedir ve metalin yüzeyine doğru büyürken, metal bıyıkları kılsıdır ve yüzeye dik olarak çıkar. Dendrit büyümesi, metal iyonlarının bir çözeltisine metali çözebilen nemi gerektirir; bu iyonlar daha sonra elektromanyetik alanın varlığında elektromigrasyon ile yeniden dağıtılır. Bıyık oluşumunun kesin mekanizması bilinmese de, bıyık oluşumunun ne metali çözmeyi ne de bir elektromanyetik alanın varlığını gerektirdiği bilinmektedir.

Etki(ler)

[düzenle]

Bıyıklar, elektrikli ekipmanlarda kısa devrelere ve ark oluşumuna neden olabilir. Olay, 1940'ların sonlarında telefon şirketleri tarafından keşfedilmiş ve daha sonra kalay lehime kurşun eklenmesinin azaltma sağladığı bulunmuştur.[6] 1 Temmuz 2006'da yürürlüğe giren Avrupa Zararlı Maddelerin Kısıtlanması Direktifi (RoHS), çeşitli elektronik ve elektrikli ekipman türlerinde kurşun kullanımını kısıtlamıştır. Bu, bıyık oluşumunun önlenmesine odaklanan kurşunsuz alaşımların kullanımını teşvik etmiştir (bkz. § Azaltma ve ortadan kaldırma). Diğerleri, bıyık oluşumunu önlemek için oksijen bariyer kaplamalarının geliştirilmesine odaklanmıştır.[7]

Havada bulunan çinko bıyıkları, bilgisayar sunucu odalarındaki sistem arıza oranlarında artıştan sorumludur. Çinko bıyıkları, galvanizli (elektrokaplama) metal yüzeylerden yılda bir milimetreye kadar bir hızla ve birkaç mikrometre çapında büyür. Bıyıklar, yükseltilmiş zeminlerdeki galvanizli zemin karolarının alt tarafında oluşabilir. Bu bıyıklar, genellikle bakım sırasında karolar rahatsız edildiğinde, zemin boşluğunda havada uçuşabilir. Bıyıklar, hava filtrelerinden geçebilecek kadar küçük olabilir ve ekipmanların içine yerleşerek kısa devrelere ve sistem arızasına neden olabilir.[8]

Kalay bıyıklarının ekipmana zarar vermesi için havada uçması gerekmez, çünkü genellikle kısa devre oluşturabilecekleri ortamda, yani elektronik ekipmanın kendisinde zaten büyürler. 6 gigahertz'in üzerindeki frekanslarda veya hızlı dijital devrelerde, kalay bıyıkları minyatür antenler gibi davranarak devre empedansını etkileyebilir ve yansımalara neden olabilir. Bilgisayar disk sürücülerinde kırılabilir ve baş çökmelerine veya yatak arızalarına neden olabilirler.[9] Kalay bıyıkları genellikle rölelerde arızalara neden olur ve nükleer enerji tesislerinde arızalı rölelerin incelenmesinde bulunmuştur.[10] Kalay bıyıkları nedeniyle kalp pili geri çağrımaları yapılmıştır.[11] Araştırma ayrıca, yüksek güçlü bileşenlerde kısa devre yapan bir kalay bıyığının yüzlerce amper akım iletebilen bir plazmaya iyonize olması ve kısa devrenin zararlı etkisini büyük ölçüde artırması gibi vakumda (örneğin uzayda) kalay bıyıkları için belirli bir arıza modunu tanımlamıştır.[12] RoHS direktifi nedeniyle elektronikte saf kalay kullanımındaki olası artış, Ortak Elektronik Cihaz Mühendisliği Konseyi'ni (JEDEC) ve IPC elektronik ticaret birliğini, üreticilerin kurşunsuz ürünlerde kalay bıyığı riskini azaltmalarına yardımcı olmak amacıyla bir kalay bıyık kabul testi standardı ve azaltma uygulamaları kılavuzu yayınlamaya yönlendirmiştir.[13]

Gümüş bıyıkları genellikle, hidrojen sülfür açısından zengin bir atmosferde ve yüksek nemde çalışan gümüş elektrik kontaklarının yüzeyinde oluşan bir gümüş sülfür tabakasıyla birlikte görünür. Bu tür atmosferler, atıksu arıtma tesislerinde ve kağıt fabrikalarında bulunabilir.

20 mikrometreden (µm) daha uzun bıyıklar altın kaplama yüzeylerde gözlemlenmiş ve 2003 yılında NASA'nın dahili bir muhtırasında belirtilmiştir.[14]

Metal bıyıklaşmasının etkileri, History Channel'ın Engineering Disasters 19 programında anlatılmıştır.[15]

Azaltma ve Ortadan Kaldırma

[düzenle]

Bıyık büyümesini azaltmak veya ortadan kaldırmak için, alanda devam eden araştırmalarla birlikte çeşitli yaklaşımlar kullanılmaktadır.

Uygun Kaplamalar

[düzenle]

Uygun bileşik kaplamalar, bıyıkların bir bariyeri geçmesini, yakındaki bir sonlandırıcıya ulaşmasını ve kısa devre oluşturmasını engeller.[12]

Kaplama Kimyasının Değiştirilmesi

[düzenle]

Kontrollü denemelerde, nikel, altın veya paladyum sonlandırma kaplamalarının bıyık oluşumunu ortadan kaldırdığı gösterilmiştir.[16]

Kalay Bıyık Örnekleri ve Olayları

[düzenle]

Galaxy IV

[düzenle]

Galaxy IV, 1998 yılında kalay bıyıklarının neden olduğu kısa devreler nedeniyle devre dışı bırakılan ve kaybedilen bir haberleşme uydusudur. Başlangıçta arızanın uzay havasının katkıda bulunduğu düşünülüyordu, ancak daha sonra uygun bir kaplamanın yanlış uygulandığı ve saf kalay kaplamanın içinde bıyıkların oluşmasına, eksik bir kaplama alanından geçmesine ve ana kontrol bilgisayarının arızasına neden olmasına izin verdiği keşfedildi. Üretici Hughes, bıyık büyümesi riskini azaltmak için kalay yerine nikel kaplamaya geçmiş olup; bu değişimle, yük başına 50 ila 100 kilogram (110 ila 220 lb) ağırlık artışı olmuştur.[17]

Millstone Nükleer Enerji Santrali

[düzenle]

17 Nisan 2005'te Connecticut'taki Millstone Nükleer Enerji Santrali, buhar basıncı aslında nominal iken reaktörün buhar sisteminde güvenli olmayan bir basınç düşüşü gösteren "yanlış alarm" nedeniyle kapatıldı. Yanlış alarm, enerji santralindeki buhar basınç hatlarını izlemekle görevli mantık kartını kısa devre yapan bir kalay bıyığından kaynaklanıyordu.[18]

Toyota Gaz Pedal Pozisyon Sensörlerinde Yanlış Pozitif

[düzenle]

Eylül 2011'de üç NASA araştırmacısı, 2005-2010 yılları arasında bazı Toyota modellerini etkileyen "sıkışmış gaz pedalı" kazalarına katkıda bulunabilecek örnek Toyota Camry modellerinin gaz pedalı konum sensörlerinde[19] kalay bıyıkları tespit ettiklerini iddia ettiler.[20] Bu, Ulusal Karayolu Trafik Güvenliği İdaresi'nin (NHTSA) ve büyük bir NASA araştırmacıları grubunun daha önce yaptığı 10 aylık ortak bir araştırmanın elektronik kusur bulamadığı iddiasıyla çelişiyordu.[21]

2012 yılında NHTSA şunları belirtmiştir: "Bu olaylar için kalay bıyıklarının olası bir açıklama olduğuna inanmıyoruz... [olası sebep] pedalın yanlış kullanımıydı."[22]

Toyota ayrıca kalay bıyıklarının hiçbir sıkışmış gaz pedalı sorununa neden olmadığını iddia etmektedir: "ABD Ulaştırma Bakanı Ray LaHood'un sözleriyle, 'Karar verildi. Toyota'larda istenmeyen yüksek hızlı ivmelenmenin elektronik temelli bir nedeni yok. Nokta.'" Bir Toyota basın bildirisine göre, "hiçbir veri, kalay bıyıklarının Toyota araçlarında pazardaki diğer herhangi bir araçtan daha fazla olma eğiliminde olduğunu gösteriyor." Toyota ayrıca "sistemlerinin kalay bıyıklarının oluşma riskini azaltacak şekilde tasarlandığını" belirtmektedir.[23]

Ayrıca bakınız

[düzenle]

Monokristalin bıyık

Dendrit (metal)

Kristal büyüme

Altın-alüminyum metal arası

Kirlilik

Referanslar

[düzenle]