电子元器件也会长“胡须”？带你走进锡须的世界！

　　AEC-Q102规定了汽车电子所有内外使用的分立光电半导体元器件的最低应力测试要求和测试条件，其每项测试都是针对车用光电器件所可能遭受的严酷环境来设计的，以保护行车时的安全性，适用产品包括发光二极管（LED）、激光组件、激光元件、光电二极管、光电晶体管、光耦等等。

　　该规范在工艺质量评价测试组C中对引脚喷锡处理的光电器件特别提出了晶须实验要求。

　　晶须

　　晶须是指在某些金属、合金或其他晶体材料表面长出的细小晶体结构。它们通常呈现出纤维状或毛状的形态，具有非常细小的直径和相对较长的长度。最常见的是在锡、镉、锌、锑、铟等金属上生长，很少出现在铅、铁、银、金、镍等金属上面。

　　其中锡的晶须简称“锡须”，它是一种单晶体结构，有导电能力。欧盟实施的在电子、电气设备中使用有害物质的法规（RoHS），限制使用的六种有害物质包括铅、汞、镉、六价铬、多溴化联苯与多溴联苯醚。在这六种物质里，禁止使用铅迫使许多工艺、材料都必须改变。为适应无铅化的趋势，电子元器件引脚表面镀层也要求不使用铅，由于锡铜和锡银铜已经被业界作为无铅焊料的主流，因此锡镀层被列为最佳的替代镀层之一，从而增加了锡须生长的风险。另外电子产品的小型化、高密度的趋势要求元器件引脚间距越来越小，引脚表面无铅化锡镀层产生的锡须势必会极大影响产品的可靠性。

　　2021年某品牌电动汽车就因逆变器直流母线电容上连接铜排螺丝的镀锡端子因锡须造成高压直流电正负极间短路而进行了市场召回。锡须的形状一般有直的、扭曲的、沟状、交叉状等，有时也有中空的，外表面呈现沟槽，图1所示一些常见形状的锡须。

 

 
　　  常见形状的锡须

　　锡须的形成机理是一个复杂的过程，目前尚无统一定论，有几个主要的理论和假设：

　　压力释放理论

　　这个理论认为，锡须的形成是由于在电镀或热处理过程中，锡镀层受到压力或应力的影响，导致晶格的残余应变。锡须形成是为了释放这种应变，通过生长锡须来减少应变。

　　电迁移理论

　　这个理论认为，锡须的形成是由于电迁移效应。在一些特定的环境下，如电子器件中的电场和电流密度的作用下，锡原子会从一个位置迁移到另一个位置，形成锡须。

　　相变理论

　　这个理论认为，锡须的形成是由于锡镀层中的相变。当锡镀层中存在着不稳定的晶体结构时，锡原子会重新排列形成稳定的晶格结构，从而形成锡须。

　　如前面所分析，随着无铅化工艺的逐渐普及，锡须的产生不可避免，只能一定程度预防和抑制锡须的生长，以下是一些常见的措施：

　　材料选择

　　选择高质量的锡合金和基板材料，以降低锡须形成的概率。一些合金添加了特定的元素，如铋、银和铜，可以减少锡须的形成。

　　设计优化

　　在电路板设计阶段，采用合适的布线和间距，降低生长的锡须的电气影响。

　　焊接优化

　　在焊接过程中，优化焊接温度和时间，以避免过度加热和过长的焊接时间形成材料内部残余应力。

　　环境控制

　　在电子设备的使用环境中，控制温度、湿度和振动等因素，以减少锡须的形成，避免暴露在极端的温度和湿度条件下。

　　可靠性测试

　　在产品研发或制造过程中，进行锡须培养和测量的可靠性测试和质量控制，以检测和排除潜在的锡须问题，一般是参考JESD201标准进行。

　　锡须的形成受到多种因素的影响，形成机理较复杂。为了有效预防和降低锡须对产品功能的影响，在电子器件的设计和制造过程中，可以与专业的检测机构合作，以确保锡须问题得到早期的关注和解决。

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