锡须生长分析|检测认证知识分享|深圳检测认证机构网

在电子制造领域，向着更小、更密集、更环保的方向发展时，一个看似微小却可能引发灾难性故障的现象——锡须生长，重新成为工程师和研究人员高度关注的课题。锡须是在锡或锡合金镀层表面自发生长出的单晶须状结构，其分析旨在深入理解其生长机理、评估其风险，并最终找到抑制和监测的有效策略。

锡须的生长是一个复杂的物理过程，其核心驱动力被广泛认为是镀层内部的压应力。当压应力积累到一定程度时，锡原子会通过晶界扩散等方式，寻找释放应力的通道，最终从镀层表面或晶格缺陷处“挤压”出来，形成细长的锡须。这种压应力的主要来源包括：

1.金属间化合物的形成：这是最常见、最重要的机理。当锡镀层覆盖在铜或其他金属基底上时，锡原子与基底原子（如铜）会相互扩散，在界面处形成金属间化合物。这些化合物的体积通常比原来的锡和铜都要大，从而在锡层内部产生巨大的压应力。

2.外部机械应力：例如在元件成型、测试或安装过程中产生的刮擦、弯曲或挤压，都会在镀层引入残余应力。

3.热膨胀系数不匹配：当器件经历温度循环时，锡镀层和基底材料因热膨胀系数不同而膨胀或收缩程度不一，从而产生交变的热应力。

4.氧化和腐蚀：锡层表面的氧化以及环境中的腐蚀也会导致体积变化，引入应力。

锡须本身非常纤细（微米级直径），但其长度可达数毫米，足以引发严重的电子故障：

•短路故障：这是最直接的风险。生长的锡须可能桥接相邻的、电位不同的引脚，导致电流短路，引发功能异常、系统重启，甚至永久性损坏。在高电压、小间距的集成电路中，此风险尤为致命。

•污染问题：脱落的锡须可能掉落在电路板的其他区域，造成污染或机械性故障。

•真空电弧：在航空航天等高压真空环境中，脱落的锡须可能引发电弧放电，造成灾难性后果。

对锡须生长进行分析和风险评估，对于航空航天、医疗设备、汽车电子等对可靠性要求极高的领域至关重要。

对锡须的分析通常包括形态观察、生长监测和加速测试。

1.形态学分析：

•光学显微镜和扫描电子显微镜：这是最基础也是最重要的分析手段。SEM能提供高分辨率的锡须形貌、尺寸（长度、直径）、密度和分布信息。通过能谱分析还可以确定锡须的元素成分。

•聚焦离子束：FIB可用于切割锡须，分析其横截面结构，观察其与基底的连接处，为研究生长机理提供直接证据。

2.生长监测与加速测试：

由于锡须的自然生长可能需要数月甚至数年，行业通常采用加速测试来评估风险。分析的重点是在测试前后及过程中对比锡须的生长情况。

•高温高湿测试：将样品置于高温高湿环境中，加速氧化和腐蚀过程，促进锡须生长。

•温度循环测试：通过高低温循环，利用热应力加速锡须的生长。

•定期观测：在加速测试的不同时间点，通过显微镜定期观察和记录同一区域的锡须生长情况，量化其生长速率。

3.应力测量：

•X射线衍射：可以利用XRD技术非破坏性地测量镀层内部的残余应力。

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