電子封裝中的錫須現象及其控製策略-深圳福英達
電子封裝中的錫須現象及其控製策略
錫須（Tin whiskers）是在純錫（Sn）或含錫合金表麵自發形成的細長、針狀的錫單晶。這些錫須通常隻有幾個(ge) 微米的直徑，但長度可以長達數毫米甚至超過10毫米，從(cong) 而可能引發嚴(yan) 重的可靠性問題。以下是關(guan) 於(yu) 錫須生長機製、影響因素以及抑製措施的綜合解釋：
錫須生長機製
1.驅動力：錫須生長的驅動力
主要來源於(yu) Sn和Cu之間在室溫下反應生成的Cu₆Sn₅金屬間化合物。這種反應在Sn內(nei) 部產(chan) 生壓應力。
2.壓應力釋放：由於(yu) Sn的室溫均勻化溫度較高，Sn原子沿晶界擴散較快。壓應力通過原子擴散和重新排列來釋放，導致垂直於(yu) 應力方向的Sn原子層遷移，沿著晶界向錫須根部擴展，促使錫須生長。
3.自發過程：隻要存在自由的Sn和Cu原子，錫須生長就會(hui) 持續進行，是一個(ge) 自發過程。
圖2笛狀晶須和呈尖銳角度完全的晶須
影響錫須生長的主要因素
1.晶粒取向和尺寸：柱狀晶和單晶柱狀晶更容易導致錫須生長，而細小晶粒也更容易產(chan) 生錫須。
2.鍍層厚度：2~3μm厚的塗層在高應力下發生錫須的可能性最大。
3.鍍層下材料：Ni作為(wei) 底襯材料時錫須生長傾(qing) 向小，而Cu作為(wei) 底襯材料時錫須生長傾(qing) 向大。
4.溫度和濕度：錫須的增長取決(jue) 於(yu) 溫度與(yu) 濕度，低溫低濕條件下錫須生長的可能性較小。
5.材料純度：純錫表麵最容易使錫須增長。
抑製錫須生長的措施
1.合金化：在鍍槽中加入合金元素如Bi或Ag，可以有效防止錫須生長，但需注意合金加工性和成本問題。
2.擴散阻礙層：在Sn和Cu之間添加一擴散阻礙層，如電鍍一薄層Ni，可以減緩Sn和Cu之間的反應，從(cong) 而抑製錫須生長。
3.表麵預處理：在Cu基體(ti) 或引線框架表麵預先電鍍NiPdAu等，也可以有效地抑製錫須生長。
4.優(you) 化工藝參數：控製焊接溫度盡可能低，濕度盡可能小，以減少錫須生長的可能性。
圖3純Sn塗層上短晶須的SEM照片
表麵氧化物對錫須生長的影響
1.必要條件：隻有會(hui) 產(chan) 生表麵氧化膜的金屬才會(hui) 出現錫須生長。
2.氧化膜厚度：表麵氧化膜太厚會(hui) 阻止錫須生長，而太薄則有利於(yu) 錫須生長。
3.氧化膜不連續性：氧化膜的不連續性為(wei) 錫須生長提供了通道。
4.錫須形態：表麵氧化膜的存在阻止了錫須向側(ce) 麵長大，保持了錫須的均勻橫截麵。
總之，錫須生長是一個(ge) 複雜的過程，涉及多個(ge) 因素。通過深入理解錫須生長機製並采取相應的抑製措施，可以有效地減少錫須對電子器件可靠性的影響。
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