ウィスカ（Whisker）は、金属表面から突出する微細な結晶のことを指します。特に亜鉛やカドミウムなどの合金表面でよく見られますが、他の金属でも発生することがあります。ウィスカは通常、直径数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度の細さで、長さは数十マイクロメートルから数ミリメートルに及びます。
ウィスカの形成は、金属薄膜の応力緩和に関連しています。金属薄膜は、成膜過程や後処理時に生じる内部応力によって歪みが生じます。この歪みは、結晶格子の欠陥や結晶成長の不均一性などの要因により解消されようとします。解消されるための経路の一つがウィスカの形成です。
ウィスカは、電子機器や半導体デバイスなどの微細な部品や配線において問題となることがあります。ウィスカが成長し続けると、周囲の電極や配線と接触する可能性があります。この接触によって短絡や断線が引き起こされ、機器の故障や不具合を引き起こすことがあります。特に高密度な電子回路では、ウィスカの成長が信頼性に深刻な影響を与える場合があります。
ウィスカの制御と予防は、電子機器の設計や製造において重要な課題です。以下にウィスカの制御と予防のためのいくつかの方法を紹介します：
- 材料選定: ウィスカの発生がより少ない金属や合金の使用が推奨されます。特にウィスカの発生が顕著な金属では代替材料の検討が行われます。
- 薄膜の応力管理: 薄膜の成膜時や後処理時において応力管理が重要です。応力を適切に管理することでウィスカの成長を抑制することができます。
- 防護コーティング: 表面に特殊なコーティングを施すことでウィスカの成長を防止する方法があります。これにより金属表面が保護され、ウィスカの発生が抑制されます。
- 温度制御: 高温環境ではウィスカの成長が促進されるため、温度制御が重要です。適切な温度管理によりウィスカの発生を抑えることができます。
- 設計上の対策: 配線の配置や間隔、絶縁体の使用など、設計上の工夫によってウィスカの問題を軽減することができます。
ウィスカは微細な金属結晶の成長に関する現象であり、電子機器や半導体デバイスの信頼性に深刻な影響を与えることがあります。そのため、ウィスカの制御と予防は製品の品質と信頼性を確保するために重要な取り組みとなっています。
