Analystjänster vid Swerea KIMAB - IVF
Analystjänster vid Swerea KIMAB - IVF
Analystjänster vid Swerea KIMAB - IVF
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Analystjänster</strong> och utrustningar<br />
på <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong><br />
Exempel från tidigare utförda arbeten
<strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong>s uppdragserbjudande<br />
Hög kapacitet<br />
Flexibilitet<br />
Avancerad<br />
instrumentpark<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 2<br />
Aktuell kompetens<br />
från forskningsfronten<br />
Skräddarsydda<br />
undersökningar<br />
Kundanpassad<br />
Oberoende part<br />
Lång erfarenhet<br />
Industriell<br />
process kunskap
<strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong>s uppdragserbjudande<br />
Material<br />
karakterisering<br />
Material provning<br />
Skadeanalys &<br />
haveri<br />
Från mindre analyser<br />
till större utredningar<br />
• Analys & provning<br />
• Materialval<br />
• Säkerställning av kvalitén<br />
• konstruktionsoptimering<br />
• Rådgivning<br />
• Certifiering<br />
• Tekniska rapporter<br />
• Litteraturstudier<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 3<br />
Simulering,<br />
modellering<br />
Korrosions<br />
provning<br />
Process<br />
optimering
<strong>KIMAB</strong>s uppdragserbjudande<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 4<br />
Skadeanalys: huvudlösa skruvar<br />
• förzinkade skruvar<br />
• Haveri en kort tid efter dragning<br />
• Anvisningar från mekanisk tillverkning<br />
• Interkristallina sprickor<br />
• Väteförsprödning<br />
• Tillverkningsfel
<strong>KIMAB</strong>s uppdragserbjudande<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 5<br />
Material analys - rekommendation<br />
• Material från en skena<br />
• Kunden vill tillverka nytt liknande material<br />
• Kemisk analys<br />
• Hårdhetsmätning<br />
• Mikrostruktur analys<br />
• Tillverkningsrekommendation (specifikation)
Mässingskoppling med brottyta<br />
• Undersökning av tvärsnitt i LOM och ASEM,<br />
spänningskorrosion ger information om var och hur<br />
sprickor propageras och om sammansättningen i och runt<br />
sprickorna.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 6
<strong>KIMAB</strong>s uppdragserbjudande<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 7<br />
Material analys efter brand -<br />
tillståndsbedömning<br />
• Håller stålstruktur efter brand?<br />
• Stopp i trafiken<br />
• Provtagning och analys<br />
• Arbetet utfört på mycket kort tid<br />
• Ingen försämring av stålet, trafik igång igen
Mekanisk<br />
cyklad fog<br />
Tillförlitlighet i lödfogar<br />
Ring-pinne prov: utmattning i<br />
lödfogar på kretskort simuleras<br />
mekaniskt på ett kontrollerat sätt<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 8<br />
QFP ben<br />
Temperatur<br />
cyklad fog
Temperature Cycling - Results<br />
Pb-free joint.<br />
After 2000<br />
temperature<br />
cycles.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 9
Temperature Cycling - Results<br />
Polarised light used to observe recrystallised regions.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 10
Vi vill ha analys av det här materialet !!<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 11
Analys med EDS, Mapping<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 12
EDS<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 13
Punktanalys längs linje med kombinerad WDS och EDS<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 14
The GD-OES Spectrometer<br />
Sample mounting<br />
C<br />
N<br />
O<br />
Enlarged An optical view of spectrometer the GD-lamp<br />
with fixed PM-tubes<br />
each detecting a specific<br />
Cr element wavelength<br />
Fe<br />
Al<br />
S<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 15<br />
=> Multielemental<br />
acquisition<br />
The GD source<br />
“Each atomic element emits a number of characteristic photons”
The Analysis Area<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 16
Investigation of diffusion couples<br />
As delivered<br />
5 µm Ni PVD coated on Fe<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 17<br />
Pb - Contamination<br />
950ºC 10 min
Pb - Contamination<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 18
Effect of Pb-Contamination<br />
LOM SEM - BEI<br />
Joints estimated to contain between 2 % - 6 % Pb.<br />
Produced solder alloys with different Pb contents.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 19
Mechanical Fatigue - Results<br />
Number of Cycles<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
20% Load drop<br />
10% Load drop<br />
5% Load drop<br />
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 20<br />
% Pb<br />
Pb-free<br />
1% Pb<br />
2% Pb<br />
5% Pb<br />
10% Pb<br />
15% Pb<br />
37% Pb
Microstructure - Pb contaminated solder<br />
5 % Pb, after fatigue (approx 1000 cycles)<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 21
Olympus - LEXT - Confocal Microscope<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 22
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 23<br />
Working Principle
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 24
Skadefallsexempel<br />
Korrosion i kondensortuber<br />
Utvärdering av punktkorrosion och allmänkorrosion<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 25
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 26<br />
Volume Measurements<br />
Volume[µm3] Area[µm2] Surface[µm2]<br />
1 206386.6075 110537.9943 132690.224
Profile<br />
measurements<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 27<br />
Width[µm] Height[µm] Length[µm] Angle[Degree]<br />
1 40.4705 37.59 55.2347 42.8867<br />
2 25.8174 26.016 36.652 45.2195<br />
3 283.9916 81.663 295.4997 16.0428
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 28<br />
Roughness Measurements<br />
2<br />
SRp SRv SRz SRa SRq<br />
1 3.0905 2.668 5.7585 0.7245 0.8983<br />
2 5.0872 4.9664 10.0536 1.0262 1.3084<br />
1
• Corrosion of metals<br />
used in electronics<br />
• Corrosivity classification<br />
• Corrosion sensors<br />
• Electrical contacts<br />
• Shielding joints<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 29<br />
Transmission loss (dB)<br />
-30<br />
-50<br />
-70<br />
-90<br />
-110<br />
-130<br />
-150<br />
Near field measurements<br />
Chromated and unchromated aluminium<br />
Tin plated fingerstock gasket<br />
Nylon screws<br />
10 100 Frequency (MHz) 1 000 10 000
Nötningsoxidation<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 30
Risk för nötningsoxidation –<br />
kontrollerad kraft (mekaniska rörelser)<br />
Spänningsfall över kontakten<br />
Contact voltage drop (mV)<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
2.0 N<br />
1.98 N<br />
1.97 N 1.95 N 1.9 N 1.7 N 1.5 N<br />
0 100 200 300<br />
Time (s)<br />
400 500 600<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 31
Sn Whiskers - A New-Old Problem<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 32
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 33<br />
What are Whiskers?<br />
Single crystal filaments that grow from a plated layer.<br />
What do they do?<br />
Cause a threat to electronics via short circuits.
Sn Whiskers - What are they?<br />
Single crystals that grow from a plated layer.<br />
Typical diameter 1-5 µm.<br />
Length 10 µm – 9 mm<br />
Typical growth rate 0.01-0.5 Ås -1 , ~1-3 µm/day<br />
Fast rates 2-6 Ås -1 , ~ 50 µm/day<br />
Incubation time ranges from 1-2 hours to 1+ years<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 34
Sn Whiskers – What is the problem?<br />
Electrically conductive.<br />
Can carry 10mA before burning up<br />
Electrical resistance (3mm long) = 50ohms.<br />
Cause a threat to electronic circuits (short circuits).<br />
Direct threat by growing and connecting/bridging conductive<br />
material e.g leadframes.<br />
Indirect threat, as debris e.g. in cooling systems<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 35
Structures and orientations of whiskers<br />
using SEM and EBSP<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 36
Short whisker<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 37
Properties Investigated by <strong>KIMAB</strong><br />
Plating Alloy.<br />
Substrate.<br />
Plating Process.<br />
Temperature.<br />
Stresses.<br />
Accelerated Tests.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 38
IMC<br />
Bronze IMC<br />
Sn<br />
Brass IMC<br />
Form of Intermetallic<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 39
Max whisker length (µm)<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Effect of plating thickness<br />
arrival 6W 3M 5M 7M 9M 11M<br />
time<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 40<br />
2 µm<br />
7 µm<br />
12 µm<br />
12 µm<br />
7 µm<br />
2 µm<br />
Thickness (µm)
Användning av<br />
FIB (Focused Ion Beam)<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 41
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 42
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 43
X-section<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 44
•IMC<br />
•Voids<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 45
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 46
Cross-section of a whisker<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 47
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 48
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 49
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 50
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 51
Case Study 1 - A Direct Threat<br />
Millstone Nuclear Power Plant (2005)<br />
Computer circuit card signalled an<br />
unsafe drop in pressure.<br />
Led to an automatic reactor shutdown –<br />
as is standard procedure for such a signal.<br />
However, pressure was in fact OK. A tin whisker had bridged<br />
components causing a short circuit and giving a false signal.<br />
Problem for nuclear industry?<br />
Not only the fact that a short circuit caused an automatic shutdown.<br />
If a Sn whisker could prevent a safety function from occurring.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 52
Case Study 2 - An Indirect Threat<br />
Raised Floor System<br />
During 1 month a NASA data center experienced 18 “catastrophic”<br />
power failures in newly installed mass memory storage systems.<br />
Existing raised floors tiles (zinc<br />
electroplated steel) had been<br />
growing whiskers.<br />
The activity to install the new<br />
equipment, dislodged these<br />
whiskers.<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 53
Case Study 2 - An Indirect Threat<br />
Raised Floor System<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 54
Contamination?<br />
Oxide?<br />
Clean?<br />
Surface Differences<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 55
Whisker-free<br />
With whiskers<br />
Sn Grain Orientations<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 56
Interkristallint sprödbrott<br />
Brustna skruvar<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 57<br />
Brottytan med SEM<br />
ger info om typ av brott<br />
och möjlig orsak
Brustna skruvar<br />
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 58<br />
Tvärsnitt med ASEM<br />
struktur, sprickor,<br />
beläggning, ämnesanalys<br />
Zink analyserades<br />
långt inne i sprickan Elektropläterad<br />
zink beläggning
9/17/2008 Presentation av <strong>Swerea</strong> <strong>KIMAB</strong> 59