室温环境下锡须生长特性与防控策略探究-深圳福英达
室温环境下锡须生长特性与防控策略探究
在电子制造领域，锡须生长现象一直备受关注。室温下，锡镀层表面常常会出现细长且尖锐的锡须，它们不仅影响产品的外观，还可能引发电路短路，导致设备故障。本文将深入探讨室温锡须的生长特性，分析其在不同基底材料上的表现差异，并提出有效的防控策略。
一、室温锡须的生长特性
室温锡须的生长主要呈现为直线状，但有时也会呈现弯曲形态。图1-1展示了在没有加速因素条件下（仅处于25℃左右的室温），Cu基表面锡镀层上迅速生长出的锡须。这些锡须的形成是由于Sn镀层与Cu界面发生反应，形成Cu6Sn5化合物，导致体积膨胀，镀层内压力增大，进而促使锡须的生长。此外，生成的锥形Cu6Sn5晶粒也为锡须的生长提供了有利条件。
图 1-1室温下 Cu 基表面锡镀层上的锡须
二、不同基底材料上锡须的生长差异
Ni与Sn的反应速度相较于Cu与Sn的反应速度要慢得多，因此Ni基上镀锡长锡须的概率远低于Cu基。然而，值得注意的是，在Ni基上镀锡形成的镀层，在高低温度循环试验条件下也观察到了锡须的生长现象。图1-2所示即为片式电容镍锡镀层在-55℃至85℃条件下温度循环500次后观察到的锡须生长情况。尽管这些锡须相较于Cu基上的锡须更短、更小，且发生的概率也更小，但仍表明Ni基镀层上锡须的形成具有一定的倾向性。相比之下，黄铜和42号合金与Sn很难发生反应，因此一般不会在这些材料上看到锡须的生长。
图 1-2片式电容有Ni阻挡层的锡须生长情况
三、室温锡须的防控策略
针对Cu基材上锡须的生长问题，可以采取热处理措施进行防控。通过使整个界面形成层状化合物，减慢Cu的扩散速度，可以有效抑制室温锡须的生长。具体做法是在150℃下进行热处理或再流焊处理。这种方法能够降低Cu与Sn之间的反应速率，减少Cu6Sn5化合物的生成，从而减轻镀层内的压力，降低锡须生长的风险。另外采用合金镀层代替纯锡镀层，添加微量元素形成锡合金，抑制锡须生长，如采用SnAgCu合金镀层。最后可采用表面防护工艺，使用有机涂层覆盖以及金属阻挡层隔离环境湿气与机械应力以及阻断锡须的扩散路径。以上都可以抑制锡须的生长措施。
结论
室温锡须生长现象是电子制造领域中的一个重要问题。通过深入了解锡须的生长特性和不同基底材料上的表现差异，我们可以采取有效的防控策略来降低锡须生长的风险。未来，随着材料科学和工艺技术的不断发展，我们有望找到更加高效、环保的锡须防控方法，为电子产品的可靠性和稳定性提供更好的保障。
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