Tin whiskers: cosa sono i baffi di stagno e come si riduce il rischio
I tin whiskers, o baffi di stagno, sono filamenti metallici sottilissimi che possono crescere spontaneamente sulle superfici stagnate, anche dopo mesi o anni. Con il passaggio al lead-free sono diventati un tema di affidabilità in elettronica. Questa guida spiega da dove vengono e quali misure riducono il rischio.
Dickmann Srl · aggiornato il
Cosa sono
Un whisker è un monocristallo di stagno a forma di filo, con diametro di pochi micrometri e lunghezza che può arrivare a millimetri. Cresce dalla superficie verso l’esterno, senza bisogno di corrente o umidità. Il rischio è elettrico: un whisker può creare un cortocircuito tra conduttori vicini, per esempio tra i reofori di un componente a passo fine.
Dove e perché crescono
Il fenomeno riguarda soprattutto le finiture di stagno puro galvanico su componenti, connettori e terminali, più che i giunti di saldatura. La causa principale è lo stress di compressione nello strato di stagno, che il metallo scarica spingendo fuori i filamenti.
| Fonte di stress | Esempio |
|---|---|
| Crescita dei composti intermetallici | Tra stagno e substrato in rame, che si formano lentamente anche a temperatura ambiente |
| Stress meccanico | Pressione su connettori press-fit, piegatura dei reofori |
| Cicli termici | Dilatazioni diverse tra stagno e substrato |
| Corrosione e ossidazione | Ambienti umidi o aggressivi |
| Tipo di deposito | Finiture di stagno brillante, con granulometria fine e residui organici |
Come si riduce il rischio
Per la valutazione delle finiture l’industria usa metodi di prova e criteri di accettazione specifici, come quelli delle norme JEDEC sui whiskers: le applicazioni critiche vanno qualificate con il fornitore dei componenti.
- Finiture di stagno opaco invece che brillante.
- Sottostrato di nichel tra rame e stagno, che rallenta la formazione di composti intermetallici.
- Trattamenti termici dopo la deposizione, secondo le specifiche del processo galvanico.
- Rifusione della finitura, che ne modifica la struttura.
- Conformal coating sulle schede, che ostacola la crescita e il contatto dei filamenti.
- Nelle applicazioni esentate dalla RoHS, piccole aggiunte di piombo alla finitura.
E i giunti di saldatura?
Le leghe di saldatura come SAC305 o Sn99.3Cu0.7 sono molto meno soggette ai whiskers delle finiture di stagno puro, perché la loro struttura e i composti che contengono riducono lo stress interno. Il rischio va valutato soprattutto sulle finiture dei componenti. Per la stagnatura galvanica vedi gli anodi di stagno puro; per le leghe di saldatura le leghe lead-free.