錫晶須的形成及危害
?? 微觀世界的隱形殺手 · 電子可靠性分析
一、錫晶須的形成
錫晶須（Tin Whisker）是從錫或鍍錫金屬表面自然生長(zhǎng)出的須狀純錫晶體。其形成過程涉及金屬晶體的物理位移，通常由焊接后的應(yīng)力引起。
錫晶須的生長(zhǎng)是一種應(yīng)力梯度作用下的室溫蠕變行為，需要具備應(yīng)力源、氧化層束縛和 Sn 原子長(zhǎng)范圍擴(kuò)散三個(gè)條件。錫須的生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力主要為內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，如 Cu/Sn 界面間形成的金屬間化合物 Cu6Sn5 對(duì)錫層產(chǎn)生的壓應(yīng)力。
二、形成機(jī)理
錫須的生長(zhǎng)機(jī)理尚未完全明了，但研究表明，鍍層內(nèi)部的壓應(yīng)力是錫須生長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。具體來說，錫與銅之間相互擴(kuò)散，會(huì)形成金屬間化合物（IMC），這一過程會(huì)使錫層內(nèi)應(yīng)力迅速增大，促使錫原子沿著晶體邊界擴(kuò)散，從而產(chǎn)生錫須。壓應(yīng)力的來源可以是機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力或化學(xué)應(yīng)力。
三、影響因素
通過控制以下因素的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)加速或抑制錫須生長(zhǎng)的目的：
涵蓋鍍層和基底的材料特性（如熱膨脹系數(shù)、原子擴(kuò)散能力、反應(yīng)生成 IMC 的能力等），還包括鍍層合金、厚度、結(jié)晶組織以及表面狀況等。
包含外部機(jī)械應(yīng)力、溫度、濕度、環(huán)境氣氛、外部氣壓以及輻射等。
四、錫晶須的危害
錫晶須的存在可能對(duì)電子產(chǎn)品的性能和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響，其危害主要包括以下幾個(gè)方面：
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? 永久性短路
錫晶須生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后，可能使兩個(gè)不同的導(dǎo)體短路，尤其在低電壓、高阻抗電路中，可能產(chǎn)生穩(wěn)定持久的短路。 -
?? 短暫性短路
在高電壓下，電流可能超過晶須所能承受的電流，導(dǎo)致錫須熔斷，從而產(chǎn)生短暫性短路。 -
?? 信號(hào)干擾
錫晶須的存在可能導(dǎo)致信號(hào)路徑的改變，從而引起信號(hào)干擾，影響電子設(shè)備的正常功能。 -
?? 絕緣破壞與熱量積累
可能穿透絕緣材料，導(dǎo)致絕緣破壞引發(fā)電路故障；引起的短路可能導(dǎo)致局部熱量積累，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。 -
?? 環(huán)境污染
錫晶須的形成和脫落可能污染環(huán)境，尤其是在無鉛電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，錫晶須問題更加突出。
結(jié)論
錫晶須的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，受多種因素影響。其對(duì)電子產(chǎn)品的危害不容忽視，可能導(dǎo)致短路、信號(hào)干擾、絕緣破壞等一系列問題。
因此，在電子制造過程中，控制和預(yù)防錫晶須的形成顯得尤為重要。通過合理的材料選擇、工藝優(yōu)化以及嚴(yán)格的可靠性測(cè)試，可以有效降低錫晶須帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高電子產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
