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电子工程师笔记——锡须这点事

2013-1-21 13:59:45

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本帖最后由 rts64 于 2013-1-21 14:02 编辑

在电子工业中铅和锡是最为广泛使用的几种金属之一，而且这两种金属结合在一起使用，往往在性能会与单独使用呈现出不同迥异的特性。但是由于铅对自然和人类健康的危害，铅在电子产品中的应用正在逐渐减少。随着无铅化运动的发展，一种由于单独使用锡造成的设备故障正逐渐为人们所认知。
   一、什么是锡须
   锡须是锡表面逐渐生长出的单晶态须状物。这种锡须长度一般在1mm以下，但也有超过10mm的报道。直径一般为1~3μm，最大可以到10μm。
   二、锡须的危害
   为了改善电子元器件的可焊性，锡往往作为电子元器件焊盘的表面镀层或BGA的焊球的主要成分。因此在经过数以年计的锡须生长后，可能会造成短路。引起系统故障。

另外由于锡须比较细，当流过大电流时会熔断，可能会造成数字逻辑错误。如果在真空或低气压大电压的情况下，锡须甚至会导致辉光放电，引发更大的次生危害。在微机电系统和机械机构间的锡须会形成碎屑，影响机械部件的运动，并容易造成磨损。
   三、锡须产生的机理
   目前锡须生长的机理学术界还存在争论。但是，大家基本上认为锡须是由于锡在内部应力作用下，在表层挤出来的。这种应力有的是来自机械加工时的积压、折弯，有的是来自内部金属间化合物的生成与积压。
   四、锡须风险的规避
   随着对锡须研究的深入，为了规避锡须风险，业界也提出了一些对策。
   1、加入铅
   铅对抑制锡须有明显的作用。较低含量的铅就可以显著的抑制锡须的生长。但是这种方法是以不符合RoHS等环保要求为代价的。因此只有少数对可靠性要求极高的场合，如航天、军工领域还在这么用。
   2、引入阻挡层
   有研究认为，来自金属间化合物的应力是造成锡须的一个因素，特别是在黄铜基材上形成的如Cu6Sn5之类的金属间化合物会加速锡须生长。因此需要在基材与表面锡镀层间加入一个阻挡层，以减少应力的产生。业界最常用的阻挡层金属就是——镍。
   3、采用雾锡电镀（natte finish）技术
   金属表面锡镀层内部的应力与锡晶体的晶粒大小有一定关系。晶体越小，越容易产生锡须。因此现在主要元器件厂家引脚镀层技术都是采用了雾锡电镀，其晶粒尺寸在1μm以上。比较全面的介绍，这种电镀的管脚一般没有光亮的反光，因此有的地方也称为暗锡镀层。
   4、进行退火处理
   为了消除元器件在生产过程中产生的应力，电子元器件厂家也有采用退火处理的方法来消除内部应力。
   5、热浸镀
   热浸镀过程内部应力较少，可以减少锡须的发生，但是这种方法多用于引脚比较大的电子元器件如变压器的处理。
   6、避免使用锡
   尽管除了锡以外，其他还有几种金属也会产生晶须现象。但是锡是最容易引发晶须的金属之一了