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電子封裝中的錫須是怎么產(chǎn)生的?怎么抑制?

錫須(Tin whiskers)是在純錫(Sn)或含錫合金表面自發(fā)形成的細(xì)長、針狀的錫單晶。這些錫須通常只有幾個(gè)微米的直徑,但長度可以長達(dá)數(shù)毫米甚至超過10毫米,從而可能引發(fā)嚴(yán)重的可靠性問題。錫須的危害主要體現(xiàn)在對電子設(shè)備、電力設(shè)備的影響,包括導(dǎo)致短路,干擾信號傳輸,破壞絕緣,造成熱量積累等問題。以下是關(guān)于錫須生長機(jī)制、影響因素以及抑制措施的介紹。來了解一下吧。松盛光電致力于激光錫焊領(lǐng)域的研究,幫助更多的客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值。

錫須生長機(jī)制

1.驅(qū)動(dòng)力:錫須生長的驅(qū)動(dòng)力

主要來源于Sn和Cu之間在室溫下反應(yīng)生成的Cu?Sn?金屬間化合物。這種反應(yīng)在Sn內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。

2.壓應(yīng)力釋放:由于Sn的室溫均勻化溫度較高,Sn原子沿晶界擴(kuò)散較快。壓應(yīng)力通過原子擴(kuò)散和重新排列來釋放,導(dǎo)致垂直于應(yīng)力方向的Sn原子層遷移,沿著晶界向錫須根部擴(kuò)展,促使錫須生長。

3.自發(fā)過程:只要存在自由的Sn和Cu原子,錫須生長就會(huì)持續(xù)進(jìn)行,是一個(gè)自發(fā)過程。

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(dǎo)致錫須生長,而細(xì)小晶粒也更容易產(chǎn)生錫須。

2.鍍層厚度:2~3μm厚的涂層在高應(yīng)力下發(fā)生錫須的可能性最大。

3.鍍層下材料:Ni作為底襯材料時(shí)錫須生長傾向小,而Cu作為底襯材料時(shí)錫須生長傾向大。

4.溫度和濕度:錫須的增長取決于溫度與濕度,低溫低濕條件下錫須生長的可能性較小。

5.材料純度:純錫表面最容易使錫須增長。

抑制錫須生長的措施

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(kuò)散阻礙層:在Sn和Cu之間添加一擴(kuò)散阻礙層,如電鍍一薄層Ni,可以減緩Sn和Cu之間的反應(yīng),從而抑制錫須生長。

3.表面預(yù)處理:在Cu基體或引線框架表面預(yù)先電鍍NiPdAu等,也可以有效地抑制錫須生長。

4.優(yōu)化工藝參數(shù):控制焊接溫度盡可能低,濕度盡可能小,以減少錫須生長的可能性。

表面氧化物對錫須生長的影響

1.必要條件:只有會(huì)產(chǎn)生表面氧化膜的金屬才會(huì)出現(xiàn)錫須生長。

2.氧化膜厚度:表面氧化膜太厚會(huì)阻止錫須生長,而太薄則有利于錫須生長。

3.氧化膜不連續(xù)性:氧化膜的不連續(xù)性為錫須生長提供了通道。

4.錫須形態(tài):表面氧化膜的存在阻止了錫須向側(cè)面長大,保持了錫須的均勻橫截面。

總之,錫須生長是一個(gè)復(fù)雜的過程,涉及多個(gè)因素。通過深入理解錫須生長機(jī)制并采取相應(yīng)的抑制措施,可以有效地減少錫須對電子器件可靠性的影響。


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