电子工程师笔记——锡须这点事

[color=ound-color:#ffffff] 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。关于使用锡的方案，我爱方案网上有很多实例，如：1998年5月19日美国Galaxy IV通讯卫星上的主控制微处理出现故障，导致面积通讯中断，事后发现是卫星上镀锡继电器上的锡须导致短路，使得整个卫星失控。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 一、什么是锡须[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 二、锡须的危害[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff]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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 三、锡须产生的机理[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 四、锡须风险的规避[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 1、加入铅[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 铅对抑制锡须有明显的作用。较低含量的铅就可以显着的抑制锡须的生长。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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 2、引入阻挡层[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 3、采用雾锡电镀（natte finish）技术[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。雾锡电镀在电子元件技术网上有比较全面的介绍，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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 4、进行退火处理[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 5、热浸镀[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 6、避免使用锡[color=ound-color:#ffffff]
[color=ound-color:#ffffff] 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。特别是深圳电子展上展示的锡，质量更是极品。如果能不用锡当然也就减少了锡须发生的可能性。比如TI公司为了兼顾防范锡须和引脚可焊性，其常规集成电路都是采用的镍钯金的组合镀层结构。而没有使用其他公司常用的雾锡技术。