电子产品中的锡须现象与危害
锡须生长影响因素及预防措施方案
温度对锡须生长的影响
影响程度
温度是影响锡须生长的主要因素之一。适宜的温度范围可 以促进锡须的正常生长，而过高或过低的温度则可能导致 锡须生长的异常。
生长机制
在适宜的温度下，锡原子能够获得足够的能量进行表面扩 散，从而形成锡须。而在高温条件下，锡原子表面扩散速 度加快，可能导致锡须生长速度加快。
预防策略
预防策略
减少或避免锡产品受到机械应力的作用。在生产和加工过程中，采取 适当的操作和控制措施，确保锡产品不受到过大的机械应力。
03
锡须生长的预防措施
合理控制温度和湿度
温度控制
保持适宜的温度范围，避免过高或过 低的温度对锡须生长的影响。在高温 环境下，锡须生长速度会加快，因此 需要控制温度以减缓锡须的生长。
振动和冲击控制
减少产品或组件在运输、使用过程中受到的振动和冲击，可 以降低机械应力对锡须生长的影响。合理设计和选择包装材 料，提供良好的缓冲和保护，能够减少振动和冲击引起的锡 须生长问题。
选择抗锡须生长的材料和工艺
抗锡须材料选择
采用抗锡须性能良好的材料，如添加特定的合金元素或采用特殊的表面处理工 艺，能够提高材料的抗锡须生长能力，减少锡须的生长倾向。
效果评估
对采取湿度控制措施后的 锡须生长情况进行观察， 评估湿度控制策略的效果 。
案例三：采用抗锡须生长材料的应用实践
材料选用原则
阐述选用抗锡须生长材料的原则，如耐腐蚀性、 抗氧化性等。
材料应用实践
方法、效果等。
长期性能评估
对抗锡须生长材料在长期使用过程中的性能进行 评估，验证其稳定性和可靠性。
清洗与存储
在PCB板的生产过程中，应定期清洗板面，去除可能导致锡须生长的污 染物。同时，存储时应保持干燥通风，避免潮湿环境加速锡须生长。
电子产品中的锡须现象与危害
电子产品中的锡须现象与危害关键字：锡须电子行业电子连接器电器短路背景在政府法规和市场的共同推动下，全球电子行业已经进入无铅电子时代1,2。
未能及时转到无铅电子的公司将为国际市场所淘汰。
为了适应这个趋势，许多电子元件制造商用纯锡和含锡量很高的无铅合金取代铅合金进行表面处理。
制造商是根据它们的价格、耐腐蚀性以及它们与含铅焊料和无铅焊料的兼容性作出这个选择的。
使用不含铅的锡进行表面处理的缺点是会形成锡须。
什么是锡须？晶须是一种头发状的晶体，它能从固体表面自然的生长出来，也称为“固有晶须”。
晶须在很多金属上生长，最常见的是在锡、镉、锌、锑、铟等金属上生长。
甚至有时锡铅合金上也会生长晶须，但发生概率较小。
晶须很少出现在铅、铁、银、金、镍等金属上面。
一般来说，晶须现象容易出现在相当软和延展性好的材料上，特别是低熔点金属。
锡的晶须简称锡须，它是一种单晶体结构，导电。
锡须可以呈现各种形态，如直线形、弯曲、扭结甚至环形等，其截面常呈现不规则的形状，外表面有不规则的条纹，就像是从不规则形状的模具中挤压出来的一样。
大多数的锡须在其根部存在着凹坑。
锡须的产生和成长机理（1）内部应力型锡晶须产生和生长的机理对这些锡晶须现象机理的解析正在逐步展开。
关于锡晶须产生的机理有以表面氧化为驱动力的转移论和Sn原子通过晶界扩散作为锡晶须而生长的再结晶理论。
还有在Sn镀层中，来自基底材料的Cu扩散，形成金属间化合物，施加在Sn镀层上的压缩应力成了锡晶须生长的驱动力。
还有人认为因为与Sn镀层的主配向呈不同配向而产生锡晶须。
锡晶须经氧化膜的裂纹而生长，该成长可用棱镜形转移图说明。
这些锡晶须的产生机理与外部应力型锡晶须不同，但是由扩散和氧化等加给Sn系镀膜上压力的事实，意味着它就是锡晶须产生和成长的原因。
这些内部应力型锡晶须，因扩散和氧化是主要原因，所以在较长时间内锡晶须有成长的特性。
（2）外部应力型锡晶须产生和成长的机理外部应力型锡晶须的特征是众所周知的，即由加在Sn系镀膜上过大的外部应力造成的，它导致锡晶须明显快速地成长。
锡须 标准
锡须标准
锡须是一种从元器件和接头的锡镀层表面生长出来的细长形状的锡单晶，直径通常在0.3-10um之间，典型值为1-3um，长度在1-1000um之间，锡须有不同的形状，如针状、小丘状、柱状、花状、发散状等。
锡须的生成机理主要与热力学和电化学因素有关。
在热力学方面，锡须的形成是锡金属在一定温度下的自然生长过程。
在电化学方面，锡须的形成是锡金属在一定电位差下的电化学行为，当锡金属表面存在电位差时，会产生电化学腐蚀，从而形成锡须。
锡须的危害主要表现在电气短路、机械卡死、接触不良等方面。
如果这些导电的锡须长得太长，可能连到其他线路上，并导致电气短路；断裂后落在某些移动及光学器件之间可能产生弧光放电，烧坏电气元件等。
因此，针对锡须的生成和危害，可以采取以下预防措施：
1. 不要使用亮锡，最好使用雾锡。
2. 使用较厚的雾锡镀层（8-10um），以抑制应力的释放。
3. 电镀后24小时内退火（150℃/2hrs或180℃/lhrs），以减少锡层的应力。
4. 电镀后24小时内回流焊接，作用同退火。
5. 用N或Ag做阻挡层（1.3-2um），防止Cu扩散形成Cu6Sn5的IMC。
剖析PCB板吃锡的失效分析方法
剖析PCB板吃锡的失效分析方法在PCB设计和制作的过程中，你是不是也曾经遇到过PCB吃锡不良的情况？对于工程师来说，一旦一块PCB板出现吃锡不良问题，往往就意味着需要重新焊接甚至重新制作，所造成的后果非常令人头痛。
那么，PCB吃锡不良的情况是因为哪些原因而造成的呢？用什么办法能够避免这一问题的出现呢？一、什么是PCB吃锡？电子元件和电路、电路板焊接时有关焊锡沾附的俗语。
上锡即在焊点上烫上一团锡。
吃锡即焊接材料与锡形成牢固无缝的焊接界面。
二、PCB为什么会吃锡？吃锡不良其现象为线路的表面有部份未沾到锡，原因为：表面附有油脂、杂质等，可以溶剂洗净。
助焊剂使用条件调整不当，如发泡所需的空气压力及高度等。
比重亦是很重要的因素之一，因为线路表面助焊剂分布数量的多寡受比重所影响。
检查比重亦可排除因卷标贴错，贮存条件不良等原因而致误用不当助焊剂的可能性。
焊锡时间或温度不够。
一般焊锡的操作温度较其溶点温度高55～80℃。
三、PCB吃锡的分析方法1、观察元器件有无发黑变色氧化现象，元器件清洁度良好也影响着吃锡的饱满度；2、观察PCB表面是否附着有油脂、杂质等用溶剂清洗下即可。
还有就是看下线路板是不是有打磨的粒子遗留在线路板表面。
线路板储存时间过久过着储存的时间、环境不当基板表面或者零件锡面会氧化，这种现象只有再重新补焊一次才能有助于吃锡效果，但是也相当耗费人工的。
3、助焊剂使用不当，如发泡所需的压力及高度等也是很重要的因素之一，线路板表面助焊剂分布数量多少的影响，贮存环境不当或误用不当助焊剂也有可能造成吃锡不良；4、还有预热温度要适当，预热温度没达到要求温度也会是焊锡不能充分融化焊接，或者焊锡内杂质成分太多，都可能造成吃锡不良。
四、PCB吃锡的处理方法。
锡须生长的原理
锡须生长的原理
锡须：电子产品及设备中的现象
锡须（Tin whisker），是电子产品及设备中一种常见的现象。
锡须是在锡表面自然生长的锡晶体，这种现象给喜欢使用锡而不是铅做互连线路的制造商引起问题。
锡须生长的原理：
锡须生长的速率一般在0.03——0.9mm/年，在一定条件下，生长速率可能增加100倍或者100倍以上。
生长速率由镀层的电镀化学过程、镀层厚度、基体材料、晶粒结构以及存储环境条件等复杂因素决定。
锡须的生长主要是有电镀层上开始的，具有较长的潜伏期，从几天到几个月甚至几年，一般很难准确预测锡须所带来的危害。
一般来说，锡须有如下的产生原因：
1、锡与铜之间相互扩散，形成金属互化物，致使锡层内压应力的迅速增长，导致锡原子沿着晶体边界进行扩散，形成锡须；
2、电镀后镀层的残余应力，导致锡须的生长。
焊锡的危害与防护
焊锡的危害与防护
焊锡的危害与防护
我们公司主要从事LED灯、LED控制器等的研发、生产、销售与服务。
在生产及维修中焊锡岗位是我们的重要工艺，目前我们车间有6个焊锡岗位，焊锡人数有6人。
用电烙铁焊锡的材料焊锡丝，它虽然主要成份是锡，但也含有其他金属。
主要分为有铅和无铅(即环保型)。
随着欧盟ROHS标准的出台，现在越来越多的PCB焊接工厂选择了无铅环保型的，有铅焊锡丝也在慢慢被替用，不是环保的出不了口。
我们公司使用的焊锡为环保型锡线。
焊锡在焊接时最主要的危害因素是铅烟，哪怕是无铅焊锡，其中多少都含有一定的铅。
铅烟在GBZ2-2002中的限值很低，毒性很大，需重点防护。
由于焊接过程对人体和环境的破坏，在没有任何防护措施的条件下进行焊接是不允许的。
在ISO14000标准中对生产环节产生的污染进行处理和防护有明确的规定。
锡都含有铅，以前焊锡丝内有铅把焊锡归类为职业危害岗位(在国家职业病目录中);现在我们一般企业都使用无铅焊锡丝了，主要成分是锡，疾病预防控制中心测的是二氧化锡;并不在国家职业病目录中。
无铅工艺(leadfree)一般来说铅烟是不会超标的，但是焊锡还存在其他的危害了，比如助焊剂(松香类物质)有一定的危害。
焊锡岗位员工需要做好一下防范：
1.带好口罩。
2.焊锡工位上需要配有排烟风扇。
3.注意通风
4.不要在工位上吃喝东西。
5.下班或吃喝东西是必须洗手。
6.多喝牛奶或蜂蜜。
1 / 11 / 1。
无铅电子元器件的锡须风险评估与对策分析
Ｉ 沉积设 训
内应 力 衬 底 材料 摹 底
能造成桥接短路。 ｄ ）真空金属蒸汽电弧
．
口
｝ ’
ｌ
～ 二Βιβλιοθήκη 在真空 （ 或低气压）条件下 ，当锡须 传送较大的电流 （ 几个安培） 或 电压 （ 大于 ｌ ）时 ，锡 ２Ｖ 须将蒸发成离子而产生 电弧
图 ２锡 须 生 长 机 理
放 电 ，传送 电流可 高达 ２０ ０ Ａ 。电弧依靠 镀层 表面 的锡
来维持 ，直到消耗完毕或停
９
１ ０ １ １
Ｓ— ｎ ｎＭ
ｓ— ｂ ｘ ｎｓ— Ｓ— Ｃ ｎＡ ｕ
仅１ 个研究报告
有严重的 晶须倾 向
少量 观测数据 薄膜 电容与高温焊料的应 用 极 少数 据 一个未公开 的现场应用记 录 严重的晶须倾 向
该机制认为扩散运动产生 的位错是 晶须 生长的源头。晶须邻近区域的表面的氧化过 程而产生反 向表面张力 ，降低表面 自由能 ， 为其生长提供驱动力 。有研究得 出这样 的结
镀 层 的 电镀 化 学工 艺 、镀 层 特性 、 基 片特 性 、外 部 应 力 、组 装 工 艺
以及存储环境 条件 （ 见图 ３ 。其 ）
图 １ ｎ Ｘ合 金 晶须 的 Ｓ Ｍ 图 Ｓ — Ｅ
中 ．电镀 条件 、镀层厚度 、基体 材料 、晶粒结构以及存储环境条件尤为敏感 ，对锡
出现 大 量 晶须
该机制认为锡原子趋向于从高应力区运
动 向低 应 力 区 ．从 而形 成 晶须 生 长 的压 应力
梯度 。晶须从 表 面氧化层 薄弱 的破 裂处 长
出 ，局部 压应 力 得 到 释放 。例 如 ：Ｃ ６ｎ 金 ｕ Ｓ
属间化合物 （ Ｃ Ｉ ）的形成 ，是 Ｃ ／ 镀层结 Ｍ ｕｎ Ｓ
锡须常识
锡须常识目录第一部分:锡须图片第二部分:什么是锡须?第三部分:锡须的形成原因第四部分:抑制锡须的方法第五部分:关于锡须的其他信息第一部分:锡须图片第二部分:什么是锡须?*要了解锡须,先对晶须有个概念:1) 晶须是一种头发状的晶体,它能从固体物质的表面直接生长出来,形状类似胡须,其直径是微米级,其长度达到数毫米级.2) 晶须的危害是:诱发电子线路短路,打火,噪音等问题.3) 晶须的生长速度随着温度的升高而加快,随着湿度的增加而加快.*锡须,也就是锡的晶须:1)它首先具备了晶须的主要特性.2)锡须主要从电镀层开始生长,尤其在铜或者黄铜表面镀亮面锡的镀层最为敏感.3)从晶须的历史来看发现只要添加微量的铅就可以抑制晶须的产生随着RoHS法令实施日期的日益临近从而就使得这个30年前的老问题再次浮出了水面主要针对在无铅焊接,引脚镀层采用纯锡工艺第三部分:锡须的形成原因*锡须形成的原因是应力,具体又可分为以下两种:1) 电镀后的残留应力为使焊点有光亮的外观,在引脚的电镀液中加入光亮剂,光亮剂的主要成分是碳和氢,电镀时,碳和氢,会附着在引脚上,导致镀层因材料的不匹配而引发内力的存在,将锡由内向外推,变成我们所说的锡须.2) 介金属化合物生成所引起的应力在储存的阶段中,锡与铜反应生成介金属化合物,镀层表面会因为氧化而形成氧化锡.由于介金属化合物与锡的密度/热膨胀系数等等参数都不一样,而氧化锡的生成会抑制应力的释放,所以会有一种由内而外的应力将锡向外推,变成我们所说的锡须.第四部分:抑制锡须的方法1) 采用雾面锡,镀液中不填加光亮剂2) 退火: 把电镀完的元件拿去烘烤一般要求150第五部分: 关于锡须的其他信息1) 锡须的接收标准:在500倍放大镜下观察,锡须<50um可接收.2) 当斜率>20高温情况下不会长锡须． 4) 晶须发现条件：一般来说＋８５８５％但在室温因此用原来的试验方法很难判断有没有因晶须导致的故障。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子产品中的锡须现象与危害
关键字：锡须电子行业电子连接器电器短路
背景
在政府法规和市场的共同推动下，全球电子行业已经进入无铅电子时代1,2。
未能及时转到无铅电子的公司将为国际市场所淘汰。
为了适应这个趋势，许多电子元件制造商用纯锡和含锡量很高的无铅合金取代铅合金进行表面处理。
制造商是根据它们的价格、耐腐蚀性以及它们与含铅焊料和无铅焊料的兼容性作出这个选择的。
使用不含铅的锡进行表面处理的缺点是会形成锡须。
什么是锡须？
晶须是一种头发状的晶体，它能从固体表面自然的生长出来，也称为“固有晶须”。
晶须在很多金属上生长，最常见的是在锡、镉、锌、锑、铟等金属上生长。
甚至有时锡铅合金上也会生长晶须，但发生概率较小。
晶须很少出现在铅、铁、银、金、镍等金属上面。
一般来说，晶须现象容易出现在相当软和延展性好的材料上，特别是低熔点金属。
锡的晶须简称锡须，它是一种单晶体结构，导电。
锡须可以呈现各种形态，如直线形、弯曲、扭结甚至环形等，其截面常呈现不规则的形状，外表面有不规则的条纹，就像是从不规则形状的模具中挤压出来的一样。
大多数的锡须在其根部存在着凹坑。
锡须的产生和成长机理
（1）内部应力型锡晶须产生和生长的机理
对这些锡晶须现象机理的解析正在逐步展开。
关于锡晶须产生的机理有以表面氧化为驱动力的转移论和Sn原子通过晶界扩散作为锡晶须而生长的再结晶理论。
还有在Sn镀层中，来自基底材料的Cu扩散，形成金属间化合物，施加在Sn镀层上的压缩应力成了锡晶须生长的驱动力。
还有人认为因为与Sn镀层的主配向呈不同配向而产生锡晶须。
锡晶须经氧化膜的裂纹而生长，该成长可用棱镜形转移图说明。
这些锡晶须的产生机理与外部应力型锡晶须不同，但是由扩散和氧化等加给Sn系镀膜上压力的事实，意味着它就是锡晶须产生和成长的原因。
这些内部应力型锡晶须，因扩散和氧化是主要原因，所以在较长时间内锡晶须有成长的特性。
（2）外部应力型锡晶须产生和成长的机理
外部应力型锡晶须的特征是众所周知的，即由加在Sn系镀膜上过大的外部应力造成的，它导致锡晶须明显快速地成长。
有报告认为，锡晶须的形成与受三维压缩应力和结晶粒径等的扩散蠕动现象有关。
该报告中根据纳米强化法所得的Sn镀层硬度和蠕变指数，模拟加给sn系镀膜上长时间的应力分布。
研究结果认为，与JEITA观察到的锡晶须生长相对照，其结果非常一致。
锡须的危害
锡晶须能够造成电气短路，也可能挣脱成碎片，造成机械或者其它电气问题。
在该行业中，锡晶须造成的破坏性损害以十亿美元计。
时至今日，对于锡晶须生长的确切过程，人们仍未完全理解。
过去数十年所使用Sn／Pb作为标准镀覆材料，就是因为铅的加入能抑制晶须的形成。
而在无铅化的今天，抑制锡晶须的形成又变成了人们必须重新面对的课题。
在电子行业急于应对RoHS的多数是电子连接器制造商，他们主要是把Sn-Cu镀层用在连接器引脚上，从2002年开始逐渐向市场推销自己的产品。
但到了2003年就暴露出了锡晶须的问题，不单是连接器，其它电子产品的可靠性也受到威胁，锡晶须成为整个电子行业关注的大课题。
大量小型化的家用电器应用电子连接器最多，尤其是引脚间距窄更容易受到锡晶须造成的短路障害。
根据这些问题，本着解析锡晶须现象和规范锡晶须试验方法的目的，JEITA于2003年组织了电子连接器的锡晶须研究计划。
从这个计划的调查结果中得知：主要发生在电子连接器上的锡晶须现象，是加在引脚连接部位等镀层上的机械外部应力造成的。
R．M．Fisher在1954年的研究中，曾得出“当sn镀层被施加机械的外部应力时，锡晶须的成长被加速”的结论。
同时也指出，锡晶须产生和成长的主要原因是当初镀层的内部应力所致。
基于此，为了对尚未产生锡晶须问题的锡晶须进行评价，曾采用在无外部应力负荷的状态下进行高温高湿试验和温度循环试验等方法。
后来，s．M．Arnold于1966年发表了“在sn中含Pb达1％以上，就可起到抑制锡晶须”的报告。
这一发现，使对锡晶须有抑制作用的Sn—Pb镀层在电子产品中得到广泛的应用，同时也使得对锡晶须的产生和成长现象及其它的机理的剖析大多都没有完成，这一切也是再次引发研究锡晶须问题的较大原因。
解决措施
1、电镀雾锡，改变其结晶的结构，减小应力；
2、在150镀下烘烤2小时退火；（实验证明，在温度90镀以上，锡须将停止生长）
3、Enthone FST浸锡工艺添加少量的有机金属添加剂，限制锡铜金属互化物的生成；
4、在锡铜之间加一层阻挡层，如镍层。
结论
锡须产生的机理是由各种复杂因素构成的，为了说明这些机理，必须有高超的解析技术，这己成为解析机理的最大障碍。
尽管各连接器制造商也在实用中对锡晶须的抑制效果做检测，但为了弄清楚锡晶须究竟能生长到何种程度，增强对外部应力型锡晶须试验方法的可信性，还必须做进一步的研究。