锡须生长影响因素及预防措施

铜排长锡须的原因及解决方法铜排长锡须的原因其实挺有意思的。

想象一下，一个年轻的小伙子，穿着时髦的衣服，却突然长出一把白胡子，大家肯定会惊呆吧。

这锡须就像是铜排的“白胡子”，突然冒出来，让人一脸懵逼。

说到这锡须，其实就是铜在某种条件下发生了一种奇怪的现象，外表看着很酷，其实没什么好看的。

好比一个人表面光鲜，内心却在苦苦挣扎，懂吧？锡须的产生一般跟环境有关系。

你想啊，铜排要是放在潮湿、高温的地方，就容易长出锡须。

这就像你在夏天出门，出了一身汗，衣服都粘在身上，不好受啊。

而铜排遇到的这些“汗水”，其实就是空气中的湿气，加上温度的变化，简直就是给它穿上了一件“外衣”。

所以，锡须一出现，整个铜排看起来就像被人恶搞了一番，显得十分尴尬。

再说说这锡须的成分。

你别以为这只是铜的单打独斗，实际上它是跟锡这个小伙伴一起搞事情。

铜排在制造过程中，难免会涂上锡，这种材料本身就很容易形成锡须。

想象一下，就像两个人在一起，虽然有时候挺好的，但一旦发生争执，就容易闹出笑话。

铜和锡的组合，有时候就会“打架”，结果就是长出那一根根“胡须”。

为了避免这玩意儿，我们得想办法。

得让铜排住得舒坦点。

把它放在干燥的环境里，就像给人找个清凉的地方避暑。

空气干燥了，锡须自然就没机会出来捣乱。

可以试试使用一些防潮材料，或者放点干燥剂，就像包里放个香包，保持清新。

定期检查铜排。

就像我们需要定期去医院做体检，铜排也需要关注。

发现有锡须，就要及时处理。

用小刀子刮掉它们，让铜排恢复光滑。

好比一个人长了青春痘，赶紧去看医生，别让它越长越严重。

镀层处理也是个不错的办法。

给铜排加上一层保护膜，就像给皮肤抹上防晒霜，挡住了紫外线，也就不会被晒黑了。

这样一来，锡须就没机会再犯二了。

可以选择一些高质量的镀层材料，让铜排在各种环境下都能保持良好状态。

最重要的是，大家在使用铜排时也要注意。

尽量避免把它放在潮湿、闷热的地方，就像我们出门的时候尽量选择通风的地方。

生活中多留个心眼，别让锡须悄咪咪地找上门来，给你添麻烦。

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。

减轻镀锡表面的锡须生长使用纯锡铅表面处理时，可能会生长锡须，这是值得关注的问题之一。

近年来，人们已经做了大量的测试和分析工作，对于锡须在各种不同环境条件下的生长成因，有更多了解。

本文将讨论，在电子设备工程联合委员会（JEDEC）标准推荐的三个加速测试期间，锡须生长的机制。

作者：Sheila Chopin、Peng Su博士人们对减轻纯锡表面处理中生长锡须的现象已经有了广泛的研究。

这些研究数据说明，形成锡须的主要原因是表面的应力增大，它受到由各种因素的影响。

举个例子，电镀过程会因为颗粒大小、厚薄和污染物水平不同而影响镀锡表面的应力状态。

像温度和湿度这样的应用条件，也会诱导微观结构发生某种改变，从而影响锡须的生长速度。

本文讨论在电子设备工程联合委员会（JEDEC）推荐的三个测试条件下进行的测试。

在一定程度上，这些测试代表一些常见的实地应用条件。

在测试结果的基础上研制减轻锡须生长的技术，可以有效地用于现实环境。

加速测试JEDEC推荐的测试条件摘要列于表1。

对于空气对空气温度循环（AATC）测试，允许的温度范围是-40℃到85℃；但本文中所有研究使用的温度范围是-55℃到85℃。

在热循环测试中，导致锡须生长的原因，是三个测试中最简单的。

因为锡和引脚结构材料之间的热膨胀系数（CTE）不同，温度变化会在锡表面产生热应力。

由于使用的温度范围较宽，在一个很短的时间内，在表面中会产生很高的热应力，因而忽视由于速度较慢的机制而产生的应力。

在确定热应力大小时，锡颗粒的结晶方向是另一个重要因素。

锡晶格是各向异性的，这意味着，在不同的结晶面，或者沿着不同结晶方向，机械特性（如杨氏模量和热膨胀系数）有可能会发生变化。

对于镀锡表面，因为它通常由一层晶粒组成，我们需要关注只是水平方向元件的膨胀系数（CTE）和膨胀量（E）。

图1是这个模型的简化一维视图。

图1说明晶粒方向影响的一维视图。

当晶粒1和晶粒2的膨胀量和膨胀系数数值不同时，两种晶粒之间的应力就可能不同，即使它们的热应变相同也是如此。

锡须生长的原理
锡须是一种由细菌产生的白色棉状物质，广泛存在于水体和土壤中。

它的生长受到多种因素的影响，其中最重要的是水体环境条件和土壤成分。

首先，水体环境条件是影响锡须生长的重要因素。

它们喜欢温暖湿润的环境，温度一般在20℃到30℃之间，最佳温度为25℃，湿度一般保持在85%以上，有利于锡须的生长。

此外，锡须对水体的酸碱度有较高的要求，最佳的酸碱度一般在7.2～7.8之间，如果酸碱度过低或过高，都会对锡须生长产生负面影响。

其次，土壤成分也是影响锡须生长的重要因素。

锡须喜欢土壤中有含有较多有机物、矿物质和重金属离子的环境，有利于它们的生长。

另外，土壤中的氮、磷、钾等营养元素也是锡须生长的重要因素，如果土壤中营养元素的含量过低，会对锡须生长产生不利影响。

总之，水体环境条件和土壤成分都是影响锡须生长的重要因素，如果环境条件和土壤成分适合，锡须就会生长茁壮。

因此，要获得良好的锡须生长，应该尽量将水体环境条件和土壤成分控制在适宜的范围内，以保证锡须的健康生长。

鍚鬚問題Tin Whisker(1) 壓縮性內應力為生鬚的主因由於各種無鉛銲料或某些無鉛表面處理層的含錫量都偏高，經過長時間老化後即容易在密集線路之間發生"錫鬚"短路的困擾。

1998 年秋美國NASA 曾發現軌道中的商業衛星，其某一Relay即出現過錫鬚的問題。

由經驗可知，電鍍純錫的後續使用歲月中幾乎一定會生鬚，尤其是光澤性電鍍錫，幾乎是立竿見影絕無僥倖。

妙的是只要加了鉛含量10%以上時，經驗中即可防止此種致命的缺點。

將來銅面上各種高錫量的無鉛銲料，想要避免錫鬚恐怕就不太容易了。

多位專家追究其根本原因時發現，幾乎可以確定「應力」是生鬚的主要原因。

一旦銲料或表面處理層中摻入有機雜質而影響晶格正常發展組成者，即將會存在壓縮性的內應力(Compressive Inner Stress)，且愈厚愈糟。

錫鬚的發生其實就足一種"釋放應力"的行為，有時連綠漆底下或護形漆(Conformal Coating) 覆蓋區也照長錫鬚不誤。

另一根本原因(Root Cause)是當銅份滲入錫體形成 Cu6Sn5 的IMC 之際，同時也造成存純錫原子被排擠出去，於是就逐漸而形成錫鬚(見後圖34)。

鍍錫層終有機雜質與外來應力對生鬚長度的影響OrganicNo Bend Compressive Bend Impurity0.2% 245 microns 312 microns0.01% 7 microns 12 microns0.004% 6 microns 6 microns圖27.上圖為有機物參與電鍍錫層中，造成彼此傾軋排擠的內應力，此即鬚生長的根本原因。

右四圖為不同錫鬚之詳細外貌，此係LucentTech 研究者所攝得的SEM 圖。

以光澤性電鍍錫為例，由於有機物參與鍍層甚多，早已成為生鬚的第一要犯。

至於半光澤的 Satin Sn 雖然生鬚的趨勢已大為減少，不過一旦遭受外來的壓縮應力時，則二者皆難逃厄運。

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。

一、什么是锡须生长锡须生长是在锡的表面按照锡的结晶形式生长的锡的可以导电的须状物，这种锡须的生长尤其是电镀锡比较明显。

锡须一般可以长到几个毫米，但是个别的可以长到10毫米，直径可以是几个微米，10个微米的比较少见。

美国宇航局太空飞行中心的一个电磁继电器发生的一次短路现象二、产生的机理有各种说法，但是比较主要的是应力产生机制。

对影响锡须生长的因素主要有：温度、湿度、热循环、应力、电场等温度循环对锡须的生长有很大的促进作用。

生长的温度在50℃最快，在20～25℃也可以生长，但一般认为在150℃就会结束生长。

三、可能产生的影响可能引起稳定的短路、瞬态短路（锡须熔断）、电弧、产生多于物（主要发生在密闭的腔体内，例如继电器、混合集成电路等）、使元件脱落，使电子元件的电性能和机械性能下降。

四、降低锡须生长引起的风险的方法：1、浸焊这种方式是在纯锡的表层浸一层锡铅的焊料，可以减缓纯锡的锡须生长。

2、给镀层覆盖一层物质锡须还可能生长。

3、剥掉原来的纯锡层后重新电镀一层锡铅对我公司生产的产品如果一定要进行端头的锡铅化我想到的有如下的方法：1、采购端头只有银钯的产品后自己进行镍和锡铅的电镀困难是采购的周期要长，现在有厂家可以生产，但是产品的容量范围没有现在的宽。

2、将现有的产品进行浸焊，这种方法的风险比较大，而且很容易引进缺陷。

3、直接对现有产品进行电镀，这种方法的缺点是容易引起损耗、绝缘电阻的降低。

其中2、3这两种方法生产的产品尺寸不容易控制，容易做大。

说明：锡须的生长和纯锡的东西在低温下的粉碎是两个概念，纯锡在低温下的粉碎是因为其发生相变而引起的，是整块金属的变化；锡须的生长是单个晶粒由于条件的允许而引起的生长，是部分金属的变化。

以下是美国军用的失效案例1. Military Airplane:G. Davy,, Northrop Grumman Electronic Systems Technical Article, October2002军用飞机2. Patriot Missile:Suspected tin whisker related problems (Fall 2000)爱国者导弹3. Phoenix Air to Air Missile:L. Corbid, "Constraints on the Use of Tin Plate in Miniature ElectronicCircuits", Proceedings 3rd International SAMPE Electronics Conference, pp. 773-779, June 20-22, 1989.Phoenix 空空导弹4. F-15 Radar: B. Nordwall, "Air Force Links Radar Problems to Growth of Tin Whiskers", AviationWeek and Space Technology, June, 20, 1986, pp. 65-70F-15 雷达5. U.S. Missile Program:J. Richardson, and B. Lasley, "Tin Whisker Initiated Vacuum Metal Arcingin Spacecraft Electronics," Proceedings 1992 Government Microcircuit Applications Conference, Vol.XVIII, pp. 119 - 122, November 10 - 12, 1992.导弹的一个部位（不会翻译）因为锡须产生了电弧（发生在电路中）6. U.S. Missile Program:K Heutel and R. Vetter, "Problem Notification: Tin Whisker growth inelectronic assemblies", Feb. 19, 1988, memorandum锡铅合金端头的产品主要应用在MIL-PRF-55681和高可靠领域。

PCBA线路板污染物及其影响（二）
--蠕变腐蚀、锡须生长、海洋腐蚀
一、蠕变腐蚀的产生
微型化、PCB表面处理、电路板的清洁度、有硫蠕变腐蚀倾向的场所。

蠕变腐蚀不需要电磁场，Xu和Fleming报道当活性助焊剂在焊剂后没有经过清洗，蠕变腐蚀会在5天内产生。

二、影响因素
1.板面洁净度
2.湿度
3.环境中S含量
三、检测图
注：此案例及图片引用于工业和信息化部电子第五研究所
四、锡须生长
锡须能使导线间有连桥导致短路，实验证明电路板清洁度会影响锡须的生长。

污染的元器件容易导致锡须的生长，干净的元器件和组装后清洗明显降低了锡须形成的倾向。

影响锡须生长的因素：
1.底层材料、
2.锡镀层厚度
3.镍镀层厚度
4.外界因素（环境温湿度、焊点密度、环境离子污染程度）等
备注：此案例及图片引用于工业和信息化部电子第五研究所
五、海洋腐蚀
电子产品进入海洋环境面临的含盐空气。

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ipc9797 锡须标准
IPC 9797锡须标准是针对电子焊接行业的一项标准，旨在规范锡
须的形成、特性以及对焊接过程和产品可靠性的影响。

二、锡须的概念及形成原因
1. 锡须是指在焊接过程中，由于过量的锡元素在焊接接头上生长
而形成的细小锡丝。

2. 锡须的形成原因包括锡元素的扩散和界面上的应力等因素。

三、IPC 9797锡须标准的内容及要求
1. 标准要求焊接过程中锡须长度不得超过指定的数值。

2. 对于不同应用场景，标准将锡须分为可接受和不可接受两种级别。

3. 标准提供了对焊接接头进行检测和评估的方法和指导，以判断
锡须的可接受性。

四、锡须对焊接过程及产品可靠性的影响
1. 长锡须可能导致电气短路或焊接接头的断开，从而影响产品的
功能及可靠性。

2. 锡须在潮湿环境中容易发生电化学腐蚀，加速电子产品的老化。

五、对锡须的控制和预防措施
1. 合理控制焊接温度，避免过高温度导致锡元素过量扩散。

2. 使用适当的焊接材料和工艺参数，减少锡须形成的可能性。

3. 通过使用特殊的焊接工艺和涂覆保护层等方式，降低锡须的形
成和生长。

IPC 9797锡须标准是电子焊接行业的重要准则，通过对锡须的控
制和预防，可以提高焊接产品的质量和可靠性。

遵循标准的要求，采
取适当的措施，可有效减少锡须的产生，确保焊接接头的稳定性和耐
久性。

以上是对IPC 9797锡须标准的简要介绍，希望能为电子焊接行业
相关人士提供有关锡须的知识和指导。

经验交流收稿日期:2004-10-14 修回日期:2005-01-14作者简介:贺岩峰(1957-,男,辽宁人,博士,教授,研究方向为电子化学品。

作者联系方式:(Emailhheyf @,(Tel021-********-302。

无铅纯锡电镀晶须产生的原因和控制对策贺岩峰, 孙江燕, 赵会然, 张丹(上海新阳电子化学有限公司,上海 201803摘要: 开发无铅化纯锡电镀技术必须首先解决锡须问题。

讨论了锡须形成的影响因素及机理。

开发出一种能有效防止锡须生成的无铅纯锡电镀添加剂,该添加剂具有结晶细致、可焊性好、消耗量低、使用维护容易等优点,从而建立了一种抑制锡须的有效方法,同时解决了纯锡电镀中的其它难题。

介绍了控制锡须的其它一些有效措施及锡须生长加速试验。

关键词: 无铅纯锡电镀; 锡须; 添加剂中图分类号: TQ153.13 文献标识码: B 文章编号: 1004-227X(200503-0044-03Reasons for whisker forming and solutions for controlling whisker oflead free pure tin electroplatingHE Yan feng,SUN Jiang yan,ZHAO Hui ran,Z HANG Dan(Shanghai Xinyang Elec tronics Chemicals Co.,Ltd.,Shanghai 201803,C hinaAbstract:Whisker problem must be firstly solved in developing a lead free pure tin elec troplating process.The af fecting factors and mechanism of whisker forming were discussed.An additive for lead free pure tin elec troplating that can effectively pre ventwhisker for ming was developed,which has advantages of fine c rystal,good solderability,lo w con sumption,easy ope ration,etc.And thereby an effective method for controlling whisker for ming as well as the solutions for other difficult proble ms in pure tin electroplating was presented.Some other effective measures for controlling whisker forming and the accele ra ted test of whisker formation were also introduced. Keywords:lead free pure tin elec troplating; tin whisker; additive1 前言目前,电子封装业可焊性镀层广泛采用锡铅合金电镀层。

锡须产生机理
1、内应力：一旦焊料或表面处理层中掺入有机杂质而影响晶格正常发展，即将会存在压缩性的内应力（Comp-ressive Inner Stress）。

锡须的发生其实就是一种“释放应力”的行为。

即应力是生须的主要原因。

如图：有机物参与电镀锡层中，造成彼此倾轧排挤的内应力。

有机物杂质越多，内在压缩应力越大，也就越容易生须。

2、晶格结构：当晶粒尺寸介于2－5mm之间时，结构较稳定，生须现象较少。

但当晶粒尺寸缩小到1mm以下时，其结构中的内应力开始累积，而使生须的潜力大为增加。

在这种内应力的彼此挤压下，会出现再结晶效应，进而逐渐产生锡须。

电镀锡过程中，如果锡原子沉积的表面已经形成螺型位错，则其后的锡原子只能按位错线的方向着落在有缺陷的晶格上，这种潜在性的内应力就是锡须产生的主要原因。