元件電鍍錫須現(xiàn)象產(chǎn)生原因及解決方法

由于環(huán)保要求，全球開始進(jìn)行產(chǎn)品無鉛話的制程，而無鉛化的實施對現(xiàn)有的產(chǎn)品的品質(zhì)與可靠性產(chǎn)生重大影響，其中一個最重要的問題就是錫須問題。錫須的問題在很早的時候就有提出，不過之前的元件電鍍Sn-Pb，并沒有錫須的問題產(chǎn)生。但從元件電鍍Sn-Pd轉(zhuǎn)換成Sn、Sn-Bi或Sn-Cu后就衍生出錫須問題。錫須在室溫下會發(fā)生生長，過長的錫須會造成線路短路，會導(dǎo)致產(chǎn)品功能的失效。如何有效的解決這個問題呢？唯有愈了解錫須的成長機制，才能提出改善對策。

錫須產(chǎn)生的原理：

錫須成長簡單來說就是一種應(yīng)力釋放的現(xiàn)象。就現(xiàn)在的研究結(jié)果來看，應(yīng)力的形式簡單可以分為三種應(yīng)力類型：機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力；其中化學(xué)應(yīng)力是造成錫須自發(fā)性成長的最重要原因。

1、機械應(yīng)力

機械應(yīng)力的產(chǎn)生通常是外來的，尤其是壓縮性的機械應(yīng)力，更容易加速錫須的生長。例如連接器與軟性印刷電路板FPC連接時，大部分都是以連接器夾持FPC 引腳的方式，此時軟性印刷電路板FPC上的金屬引腳即會收到來自連接器內(nèi)金屬端子的夾持壓力。很容易發(fā)現(xiàn)軟性印刷電路板上金屬pin受壓力的邊緣處發(fā)現(xiàn)錫須的現(xiàn)象。

2、熱應(yīng)力

熱應(yīng)力指產(chǎn)品遭受高、低溫度變化時，相結(jié)合之兩材料因膨脹系數(shù)的不同所產(chǎn)生的壓縮或拉張力。Sn的膨脹系數(shù)比Cu高，因此于制程中經(jīng)常由回流焊后回到室溫時，Sn鍍層實際是承受到Cu底材牽制產(chǎn)生之拉張力，但仍可發(fā)現(xiàn)錫須之發(fā)生。其原因可能是化學(xué)應(yīng)力之自發(fā)性錫須成長應(yīng)力遠(yuǎn)大于熱應(yīng)力，及鍍層中任何不均勻性造成之局部性壓縮應(yīng)力。

3、化學(xué)應(yīng)力

以現(xiàn)今最常見的Cu底材金屬腳為例，化學(xué)應(yīng)力的主要來源，就是Sn和Cu產(chǎn)生介面金屬合金IMC的反應(yīng)。一般情況，于室溫下Cu原子便會自然地擴散進(jìn)入Sn產(chǎn)生Cu6Sn5介面金屬合金IMC，此介于Sn和Cu之間Cu6Sn5介面金屬合金IMC將形成一股推力，由底部把Sn和Cu產(chǎn)生介金屬的反應(yīng)于室溫就可以進(jìn)行，所以此產(chǎn)生介金屬的反應(yīng)將不斷地發(fā)生，也就不斷地提供化學(xué)應(yīng)力，迫使Sn層收到推擠的應(yīng)力。此時，若Sn表面有氧化層時，便可以阻擋Sn向外延伸的空間，但一旦氧化層有出現(xiàn)裂紋時，Sn便會從縫隙中被推擠而出形成錫須。

錫須觀察的試驗方法和比較：

常見的錫須試驗方法是通過環(huán)境試驗進(jìn)行加速模擬，目前做得最多的方法是以下幾種：

1，高溫高濕時錫須生長曲線

2，冷熱沖擊時錫須生長曲線

3，室溫時錫須生長曲線

4，施加縱向壓力時錫須生長曲線

從下圖曲線可以看出，高溫高濕是最理想的試驗項目，其次是冷熱沖擊模擬測試。

錫須建議解決方法：

1、鍍層工藝的改進(jìn)，在Cu上鍍鎳，鎳上鍍鈀，鈀上鍍金，主要在形成Cu擴散的障礙層，避免Cu直接和Sn經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成Cu5Sn6介面金屬合金IMC，產(chǎn)生應(yīng)力。

2、鍍較厚的Sn層，厚度約8-12um，如此于表面的Sn面收到下方因Sn、Cu翻譯傳送而來的應(yīng)力相對會變小。應(yīng)力一邊小，相對的Sn表面就比較不容易長錫須。

3、于電鍍前后進(jìn)行退火熱處理，一般退火處理條件可以是150度/1~2小時，退火之目的及效果有消除加工應(yīng)力，IMC厚度變均勻，防止再結(jié)晶或晶粒長大。

4、鍍霧面錫，霧面錫表面有較大之晶粒（~5um）（亮錫晶粒~0.2um），又錫須一般直徑與表面晶粒相近，故雖然鍍霧面錫可能無法阻止錫須成長，但錫須不會很長，比較不容易造成產(chǎn)品的短路失效。

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