Устранение угрозы сульфирования для модулей памяти DRAM
Основными источниками загрязнения воздуха серными соединениями являются остатки от ископаемого топлива и вулканической деятельности. Сера в виде сероводорода вступает в коррозионную реакцию с серебром, содержащимся в резисторах модулей памяти DRAM, что снижает проводимость и в конечном итоге приводит к выходу модулей из строя.
Для предотвращения коррозии можно добавить защитный слой, который не допустит контакта серебра с сероводородом. В качестве альтернативы можно изменить состав серебряного сплава, чтобы повысить его устойчивость к воздействию серы.
Тесты, проведенные в соответствии со стандартом ASTM B809-95, показывают, что переход на антисульфидные резисторы обеспечивает полную защиту от сероводорода, содержащегося в воздухе.
Введение
Специалисты по эксплуатации встроенных и промышленных персональных компьютеров все чаще и чаще сталкиваются с большими проблемами из-за высокого содержания серы на промышленных предприятиях и в окружающей среде, приводящей к сульфатации (сульфированию) DRAM модулей.
Загрязнение серой может привести к коррозионному повреждению модулей DRAM и другого чувствительного электронного оборудования. В резисторах DRAM используется серебро из-за его высокой проводимости и стабильности, однако оно восприимчиво к коррозии от сульфидов, особенно в форме газообразного сероводорода. Как только серебро коррозирует, оно теряет всю проводимость. Это в конечном итоге приведёт к выходу из строя модулей и, как следствие, к сбою всей системы.
Газообразный сероводород содержится в атмосфере в незначительном количестве. В промышленности сероводород часто встречается при добыче нефти и газа, а также при очистке сточных вод и в канализационных сооружениях. Он также может присутствовать в выбросах химических и целлюлозно-бумажных предприятий, а также в отходах мусорных полигонов и очистных сооружений. Помимо мест большой концентрации сероводорода, в городских условиях также существует опасность из-за транспортного и других видов загрязнений.
Защита модулей DRAM может осуществляться различными способами, но основными из них являются:
- Нанесение защитного слоя на чувствительную область.
- Замена серебра на более устойчивый сплав.
Кроме того, модули DRAM могут быть протестированы на устойчивость к воздействию серы в соответствии со стандартом ASTM B809-95.
В данной статье будет рассмотрена проблема сульфатации и более подробно обсуждены два основных метода ее решения, а также способы проверки качества защиты от сульфирования.
Как происходит коррозия серебра?
Элементарное (чистое) серебро относительно стабильно и не активно в воздухе. Однако газообразный сероводород вызывает окисление серебра, даже если присутствует в небольших количествах. Это форма коррозии (также называемая потускнением), при которой на поверхности металла образуется тонкий слой чёрного сульфида серебра. Обычно это можно наблюдать на серебряных столовых приборах и монетах, которые подвергались воздействию сульфидов в воде или воздухе.
Уравновешенная химическая реакция выглядит следующим образом:
2Ag(s) + H2S(g) → Ag2S(s) + H2(g)
Где серебро (Ag) окисляется, а сера (S) восстанавливается с образованием сульфида серебра (Ag2S). Водород (H) из сероводорода (H2S) формирует газообразный водород (H2). Соли и повышенная влажность действуют как катализаторы, ускоряя реакцию.
Чистое серебро — один из лучших проводников электричества, но после окисления и образования сульфида серебра оно теряет всю проводимость. Это значит, что серебро, контактирующее с сероводородом, будет постепенно терять проводимость, пока реакция продолжается.
Резисторы DRAM
Резисторы, используемые на печатных платах (PCB) модулей памяти DRAM, называются SMD-резисторами (поверхностного монтажа). У таких резисторов электроды расположены на керамической подложке. Электроды должны хорошо проводить электричество и располагаться над непроводящим керамическим материалом.
Стандарт испытаний ASTM B809-95
ASTM International (бывшая Американская ассоциация по испытаниям и материалам) разрабатывает стандарты испытаний, которые применяются во всём мире. Наиболее подходящим стандартом для тестирования защиты от сульфатации является ASTM B809-95 — он наиболее известен среди поставщиков резисторов. Этот стандарт также называется «Стандартный метод определения пористости металлических покрытий влажным сернистым паром («Цветение серы»)». Он предназначен для воссоздания среды с высокой влажностью и температурой, а также повышенным содержанием сероводорода.
Модули DRAM подвешивают над контейнером с чистой серой и нитратом калия (KNO3), который непрерывно выделяет сероводород.
Тест, описанный в этой статье, длился значительно дольше, чем предусмотрено процедурой тестирования. Это гарантирует, что все восприимчивые к коррозии металлы, контактирующие с воздухом, подвергнутся ей.
Проблематика сульфирования
Основная проблема, связанная с загрязнением серой и модулями DRAM, возникает, когда серебряный электрод вступает в контакт с воздухом, содержащим высокий уровень сероводорода. Как только сероводород начинает окислять серебро, проводимость постепенно снижается, пока модуль в конечном итоге не выходит из строя.
Процесс сульфатации можно наблюдать по изменению цвета, как показано на рисунке ниже.
Решения
Защитное покрытие
Решение с защитным покрытием простое и понятное: вокруг электрода добавляется слой защитной плёнки, чтобы изолировать его от контакта с воздухом и потенциального воздействия серы. Этот слой также предотвращает диффузию газов, поскольку даже минимального количества частиц сероводорода достаточно, чтобы повлиять на электрод. Этот метод относительно недорогой и простой в реализации.
Изменение сплава электрода
Проблему сульфатации можно решить, изменив состав серебряного сплава, используемого в электроде. Обычно это делается путём увеличения содержания палладия в сплаве. Палладий менее реактивен по сравнению с серебром и может образовывать сплавы, устойчивые к воздействию серы.
Однако палладий также значительно дороже серебра, а значит, это решение будет более затратным, чем упомянутый выше защитный слой.
Тестирование DRAM с использованием антисульфидных резисторов.
Тестирование проводилось на нескольких модулях, оснащенных антисульфидными резисторами (см. ниже) в соответствии со стандартом ASTM B809-95.
Все модули не показали никаких признаков потускнения после завершения процедуры тестирования. Резисторы сохранили свою первоначальную светло-серую окраску, что указывает на отсутствие или неразличимые уровни коррозии.
Заключение
Защита модулей DRAM и других чувствительных компонентов имеет важное значение, поскольку количество устройств вокруг нас растет, а риск загрязнения серой увеличивается. Сера может быть неучтенным фактором риска во многих встроенных приложениях и может нанести значительный ущерб, если ее игнорировать.
Однако решения легкодоступны. Добавление защитного слоя внутри резисторов легко выполняется при сравнительно низких затратах. Хотя изменение серебряного сплава для повышения устойчивости к сере является жизнеспособным решением, оно также связано с более высоким увеличением затрат.
Каждый специалист, сталкивающийся с риском сульфирования должен принять необходимые меры для защиты модулей памяти, поскольку любое увеличение затрат будет с лихвой компенсировано последствиями выхода модулей из строя.
Решения Innodisk
Защита от сульфирования по умолчанию присутствует во всех модулях Innodisk DRAM DDR4 и DDR5.
- Увеличенный срок службы
Надежное конструктивное решение от сульфатации значительно увеличивает срок службы модулей памяти в суровых условиях эксплуатации. - Снижение общей стоимости владения
Повышенная долговечность обеспечивает более длительное использование без необходимости технического обслуживания или замены.
Оригинал статьи можно скачать отсюда.