晶须生长试验-电子元件可靠性验证的重要手段

于 2026-06-23 11:33:07 发布 3 阅读 0 评论

晶须是一种在金属材料中形成的细长丝状晶体,这种微小结构可能在电子或电气产品中出现。晶须的形成通常与金属晶体的非均匀扩张有关,可能由应力或其他外部因素引起。锡、镉、锌等金属是容易产生晶须的典型材料,其中锡晶须尤为常见。晶须的存在可能对电子产品的性能和可靠性产生负面影响,因此在电子制造过程中,控制和预防晶须的形成显得尤为重要。


晶须的成因与影响


晶须的形成过程通常涉及金属晶体的物理位移,这种现象可能由焊接后的内应力引起。晶须的形态多样,可能呈现直线、弯曲、扭结或环形等形状,其截面形状也各异,包括星形、带形、不规则多边形和花形等。晶须的长度可以从几微米到数毫米不等,表面可能带有纵向条纹或凹槽。


晶须的存在可能导致以下危害:

1. 永久性短路:晶须生长到一定长度后,可能使两个不同的导体短路,尤其在低电压、高阻抗电路中,可能产生稳定持久的短路。

2. 短暂性短路:在高电压下,电流可能超过晶须所能承受的电流,导致锡须熔断,从而产生瞬时短路。

3. 残屑污染:在振动环境中,锡须可能从镀层表面脱落或折断,形成残屑,引发电路短路或精密机械的故障。

4. 真空中的金属蒸汽电弧:在航天器真空环境中,锡须短路可能导致金属蒸发放电,诱发稳定的等离子电弧,迅速毁坏电子设备。


锡须试验的重要性


锡须试验是一种重要的材料可靠性验证方法,尤其是在精密元件的生产工艺中。通过模拟不同环境条件下的腐蚀行为,可以预测金属材料在实际使用过程中的耐腐蚀性能和失效风险,从而降低生产过程中的安全隐患和成本损失。

锡须试验的主要目的包括:

1. 评估材料稳定性和耐腐蚀性:筛选出具有优异耐腐蚀性能的金属材料,为工业制造过程中的材料选择提供重要依据。

2. 研究金属材料的微观结构和性能:揭示金属材料在高温环境下的腐蚀机制和演化规律,深入了解材料的物理化学性质及其与腐蚀行为之间的关系。


锡须的试验方法


常见的锡须试验方法是通过环境试验进行加速模拟,目前做得最多的方法是以下几种:

1.高温高湿时锡须生长曲线

2.冷热冲击时锡须生长曲线

3.室温时锡须生长曲线

4.施加纵向压力时锡须生长曲线

锡须建议解决方法:

1、镀层工艺的改进,在Cu上镀镍,镍上镀钯,钯上镀金,主要在形成Cu扩散的障碍层,避免Cu直接和Sn经化学反应生成Cu5Sn6介面金属合金IMC,产生应力。

2、镀较厚的Sn层,厚度约8-12um,如此于表面的Sn面收到下方因Sn、Cu翻译传送而来的应力相对会变小。应力一边小,相对的Sn表面就比较不容易长锡须。

3、于电镀前后进行退火热处理,一般退火处理条件可以是150度/1~2小时,退火之目的及效果有消除加工应力,IMC厚度变均匀,防止再结晶或晶粒长大。

4、镀雾面锡,雾面锡表面有较大之晶粒(~5um)(亮锡晶粒~0.2um),又锡须一般直径与表面晶粒相近,故虽然镀雾面锡可能无法阻止锡须成长,但锡须不会很长,比较不容易造成产品的短路失效。

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