Barbe (cristallographie)

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En cristallographie, la barbe (traduit de l'anglais whisker[1]) est une formation de filaments à partir de certains matériaux métalliques (étain, zinc, cadmium, indium, antimoine). L'origine du phénomène est méconnue mais ses conséquences peuvent avoir des impacts sur les systèmes électroniques.

Ce phénomène ne doit pas être confondu avec la formation de dendrites, qui restent en surface d'un matériau (axe X - Y), tandis que la barbe forme des filaments qui se développent en dehors de la surface (axe Z)[2].

Origine et formation[modifier | modifier le code]

Le mécanisme de formation semble non compris par les scientifiques malgré plusieurs années d'étude. Certaines théories avancent un mécanisme de stress du matériau (« compressive » stress), d'autres parlent de processus de recristallisation affectant la structure du métal.

Certains facteurs déclenchants et propriétés ont néanmoins pu être observés[2] :

  • le stress mécanique ou chimique[3], les rayures, la diffusion de matériaux différents, la dilatation thermique augmentent le risque de formation ;
  • la dissolution du métal ou la présence de champs électromagnétiques ne semble pas avoir d'impact, contrairement aux dendrites ;
  • la forme des filaments peut être droite, courbée, en fourche ;
  • les données techniques varient beaucoup suivant les expérimentations : l'incubation varie de quelques jours à plusieurs années, la pousse varie de 0,03 à 9 mm par an, la longueur peut atteindre 10 mm, le diamètre varie de quelques µm à 10 µm ;
  • les facteurs environnementaux sont très controversés quant à leur influence sur la pousse : température, pression, humidité, cycles thermiques, champs électriques.

Barbes d'étain ou de zinc en électronique[modifier | modifier le code]

Barbe d'étain/plomb sur un die (NASA).

Les barbes d'étain sont prises au sérieux dans certains domaines tels que le spatial ou le militaire, où l'électronique doit avoir un certain niveau de fiabilité. Ces formations cristallographiques peuvent en effet créer des court-circuits ou déclencher la formation d'arcs électriques de forte puissance. Ces phénomènes se sont déjà produits dans certains satellites de télécommunications ou militaires, des pacemakers, des centrales nucléaires ou des serveurs informatiques[4]. La formation de barbes d'étain est accentuée par la directive RoHS qui supprime le plomb des composants électroniques : l'étain ou le zinc purs semblent nettement plus enclins à la formation de barbes[2].

Notes[modifier | modifier le code]

  1. OMPI - (WO/2007/008369) Dépôts électrolytiques d’étain présentant des propriétés ou des caractéristiques qui minimisent l'augmentation de barbes d'étain
  2. a, b et c (en) NASA - Basic Information Regarding Tin Whiskers
  3. USC doctoral student unravels ‘tin whisker’ mystery
  4. (en) NASA - "Publicly" Reported Failure References

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]