室溫環(huán)境下錫須生長特性與防控策略探究-深圳福英達(dá)
室溫環(huán)境下錫須生長特性與防控策略探究
在電子制造領(lǐng)域，錫須生長現(xiàn)象一直備受關(guān)注。室溫下，錫鍍層表面常常會出現(xiàn)細(xì)長且尖銳的錫須，它們不僅影響產(chǎn)品的外觀，還可能引發(fā)電路短路，導(dǎo)致設(shè)備故障。本文將深入探討室溫錫須的生長特性，分析其在不同基底材料上的表現(xiàn)差異，并提出有效的防控策略。
一、室溫錫須的生長特性
室溫錫須的生長主要呈現(xiàn)為直線狀，但有時(shí)也會呈現(xiàn)彎曲形態(tài)。圖1-1展示了在沒有加速因素條件下（僅處于25℃左右的室溫），Cu基表面錫鍍層上迅速生長出的錫須。這些錫須的形成是由于Sn鍍層與Cu界面發(fā)生反應(yīng)，形成Cu6Sn5化合物，導(dǎo)致體積膨脹，鍍層內(nèi)壓力增大，進(jìn)而促使錫須的生長。此外，生成的錐形Cu6Sn5晶粒也為錫須的生長提供了有利條件。
圖 1-1室溫下 Cu 基表面錫鍍層上的錫須
二、不同基底材料上錫須的生長差異
Ni與Sn的反應(yīng)速度相較于Cu與Sn的反應(yīng)速度要慢得多，因此Ni基上鍍錫長錫須的概率遠(yuǎn)低于Cu基。然而，值得注意的是，在Ni基上鍍錫形成的鍍層，在高低溫度循環(huán)試驗(yàn)條件下也觀察到了錫須的生長現(xiàn)象。圖1-2所示即為片式電容鎳錫鍍層在-55℃至85℃條件下溫度循環(huán)500次后觀察到的錫須生長情況。盡管這些錫須相較于Cu基上的錫須更短、更小，且發(fā)生的概率也更小，但仍表明Ni基鍍層上錫須的形成具有一定的傾向性。相比之下，黃銅和42號合金與Sn很難發(fā)生反應(yīng)，因此一般不會在這些材料上看到錫須的生長。
圖 1-2片式電容有Ni阻擋層的錫須生長情況
三、室溫錫須的防控策略
針對Cu基材上錫須的生長問題，可以采取熱處理措施進(jìn)行防控。通過使整個(gè)界面形成層狀化合物，減慢Cu的擴(kuò)散速度，可以有效抑制室溫錫須的生長。具體做法是在150℃下進(jìn)行熱處理或再流焊處理。這種方法能夠降低Cu與Sn之間的反應(yīng)速率，減少Cu6Sn5化合物的生成，從而減輕鍍層內(nèi)的壓力，降低錫須生長的風(fēng)險(xiǎn)。另外采用合金鍍層代替純錫鍍層，添加微量元素形成錫合金，抑制錫須生長，如采用SnAgCu合金鍍層。最后可采用表面防護(hù)工藝，使用有機(jī)涂層覆蓋以及金屬阻擋層隔離環(huán)境濕氣與機(jī)械應(yīng)力以及阻斷錫須的擴(kuò)散路徑。以上都可以抑制錫須的生長措施。
結(jié)論
室溫錫須生長現(xiàn)象是電子制造領(lǐng)域中的一個(gè)重要問題。通過深入了解錫須的生長特性和不同基底材料上的表現(xiàn)差異，我們可以采取有效的防控策略來降低錫須生長的風(fēng)險(xiǎn)。未來，隨著材料科學(xué)和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有望找到更加高效、環(huán)保的錫須防控方法，為電子產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性提供更好的保障。
-未完待續(xù)-
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