干货：让人唏嘘不已的锡须
关键词：锡；技术干货；行业知识；深度解读
晶须是导电的金属丝，自发的从电子或者电气产品的焊盘生长出来的。比如：电子器件端子，金属屏蔽壳等。最主要的容易生产晶须的金属包括锡、镉、锌等，最著名的就是锡须了。
接线端子连接器上的晶须
在实施无铅电子组装过程,一些印制板或元器件制造商采用纯锡或高锡含量的金属表面镀层,由此也带来了锡须危害的存在，这是一个潜在的可靠性问题。
其伴随而来的危害会产生意想不到的后果。锡须可能在各种纯锡镀层元器件上生长，不仅可能出现在整机线路上，也可能出现在半导体器件封装内部。
它所引起的危害问题主要表现在以下几个方面：
1：永久性短路
当锡须生长到一定长度后，会使两个不同的导体短路。低电压、高阻抗电路的电流不足以熔断开锡须，造成永久性的短路。当锡须直径较大时，可以传输较高的电流。
2：短暂性短路
当锡须所构成的短路电流超过其所能承受的电流（一般30mA）时，锡须将被熔断，造成间断的短路脉冲，这种情况一般较难被发现。
3：残屑污染
由于机械冲击或震动等会造成锡须从镀层表面脱落，形成残屑。一旦这些残屑导电物质颗粒自由运动，将会干扰敏感的光信号或微机电系统的运行，另外残屑也可能造成短路。
4：真空中的金属蒸汽电弧
在真空（或气压较低）条件下，如果锡须传送电流较大（几个安培）或电压较大（大约18伏），锡须将会蒸发变成离子并能传送几百安培的电流，电流电弧的维持依靠镀层表面的锡，直到耗完或电流终止为止。这种现象容易发生在保险管等器件内或线路断开时，曾经有一商业卫星发生此种问题，导致卫星偏离轨道。
SOIC引脚镀层间生长的锡须造成短路失效
锡须的形态多种多样
灯丝状
扭结锡须
从根部节瘤生长的锡须
亮锡表面生长的叉枝状锡须
从小丘状根部生长的锡须
表面条痕的灯丝状锡须
从呈爆发状基部生长的扭结锡须
从环状基部生长的锡须
锡须生长的原因
锡须并不需要环境条件来助长，目前业界对其原理还没有定论，但一般认为是因为内层锡的应力所引起的。普遍的观点认为，锡须的生长是从纯锡电镀层上开始的，一旦生长过程开始，锡须就从“下部”开始生长，而且材料的供给是从一个较大的区域中通过锡原子扩散供给的，所以在锡须的根部并不存在层厚的减少，生长的方向有时可能突然发生变化，从而导致锡须的弯曲。
关于锡须的机理研究，理论主要集中在纯锡镀层内部的压应力（螺旋位错）时期产生和生长的主要驱动力。内部应力、外部机械应力、晶格结构、镀层类型和厚度、基体材料、温度和湿度是影响锡须生长的因素，通过晶格重组和晶粒生长形成锡须来释放镀层的内部应力。
锡须生长机理
预防和抑制锡须的措施
预防锡须可靠性问题必须从预防锡须生长开始，到目前为止，普遍有效的防止方法还不是很明确，但一般的规律是尽量避免镀层内部产生压应力，通常可采取如下方法减少或避免锡须的产生：
在锡中加入少量其他金属元素防止锡须的产生，如铋、锑等。向焊料中增加一定量的第三种元素，可以减少锡须生长的驱动力，减缓Cu6Sn5沉淀相或减弱锡氧化层的保护性质。
采用“暗锡”（Matte Sn）镀层，亮锡镀层的晶粒尺寸一般小于1μm，比较有利于锡须的生长，而暗锡镀层的晶粒尺寸一般大于1μm，镀层的内应力较小，锡须生长的几率较小。
使用较厚的纯锡镀层。研究报告表明，纯锡镀层越厚，越能有效防止锡须的生长，一般要求最好厚度大于10um，但厚度的增加会影响器件的成本。
不同电镀而采用热浸镀层。热浸镀层的内部应力较小，会减缓锡须的生长。
将直接电镀的纯锡镀层进行回流熔化，或通过电镀后的烘烤处理（在惰性气体中），释放其内部应力。镀层在回流时熔化，再凝固后的显微组织与先前不同，内部应力得到有效释放，会减缓锡须生长。
使用中间镀层，减少锡须发生。当使用的基体材料为黄铜时，会加速锡须的生长，同样锡与基体材料形成的IMC也会加速锡须的生长，因此在使用纯锡镀层时有必要使用镍作为中间镀层（隔离层），隔离层阻挡铜向锡层扩散，消除了锡须生长的驱动力。
减少镀层在空气中的暴露，防止生成过多的氧化物，有利于减少镀层内部的压应力。
防止纯锡镀层受到外界机械应力或受到刮擦，外界机械应力或刮擦会在镀层表面形成薄弱区域，在内应力的作用下，锡须易于从这些薄弱区域生长出来。
减少纯锡镀层在潮湿空气中暴露，因为潮湿空气有助于锡须的稳定生长。
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