晶须生长试验-电子元件可靠性验证的重要手段

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，金鉴实验室在进行试验时，严格遵循相关标准操作，确保每一个测试环节都精准无误地符合标准要求。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。