锡须的危害与类型，如何规避？

一、锡须的危害

      为了改善电子元器件的可焊性，锡往往作为电子元器件焊盘的表面镀层或BGA的焊球的主要成分。因此在经过数以年计的锡须生长后，可能会造成短路。引起系统故障。

      另外由于锡须比较细，当流过大电流时会熔断，可能会造成数字逻辑错误。如果在真空或低气压大电压的情况下，锡须甚至会导致辉光放电，引发更大的次生危害。在微机电系统和机械机构间的锡须会形成碎屑，影响机械部件的运动，并容易造成磨损。

锡须导致的失效形式主要有四种：

      （1）在低电压下，由于电流比较小，锡须可以在临近的不同电势表面产生稳定持久的短路；

      （2）在高电压下，由于电流足够高而超过锡须的熔断电流时(通常为30mA)，可以熔断锡须从而导致瞬时短路；

      （3）由锡须短路导致金属蒸发放电，在航天器真空环境中，可诱发一个稳定的等离子电弧，并导致电子设备的迅速毁坏；

      （4）在震动环境中，锡须会脱落或折断，它不但会引发上述的电路短路，也可造成精密机械的故障或损坏。

二、锡须的类型

      锡须可以呈现各式各样的形态，如直线型、弯曲、扭结、环形等;其截面也形状各异，有星形、带形、不规则多边形以及花形等（见图1~ 5）；锡须表面一般有纵向的条纹或者凹槽，也有锡须表面比较光滑，其长度从几μm、几十μm、到几百μm不等，甚至达到数毫米。锡须多从锡镀层表面上萌生并生长，文献中报导的多数研究工作也多集中于此，近年来也有一些报道在大块锡基合金表面发现有锡须生长。

      以下为各种形态的锡须扫描电镜图片：

图1直线型（Filament Whisker）锡须

图2弯折型（Kinked Whisker）锡须

图3卷曲型（Spiral Whisker）锡须

图4圆柱型（Column Whisker）锡须

图5小丘型（Hillock Whisker）锡须

三、锡须产生的机理

      锡与铜之间相互扩散，形成金属互化物，致使锡层内压应力的迅速增长，由于锡在内部应力作用下，导致锡原子沿着晶体边界进行扩散，形成锡须。这种应力有的是来自机械加工时的积压、折弯，有的是来自内部金属间化合物的生成与积压。

四、锡须风险的规避

      随着对锡须研究的深入，为了规避锡须风险，业界也提出了一些对策。

 1、加入铅

     铅对抑制锡须有明显的作用。较低含量的铅就可以显著的抑制锡须的生长。但是这种方法是以不符合RoHS等环保要求为代价的。因此只有少数对可靠性要求极高的场合，如航天、军工领域还在这么用。

2、引入阻挡层

      有研究认为，来自金属间化合物的应力是造成锡须的一个因素，特别是在黄铜基材上形成的如Cu6Sn5之类的金属间化合物会加速锡须生长。因此需要在基材与表面锡镀层间加入一个阻挡层，以减少应力的产生。业界最常用的阻挡层金属就是——镍。

3、采用雾锡电镀（natte finish）技术

      金属表面锡镀层内部的应力与锡晶体的晶粒大小有一定关系。晶体越小，越容易产生锡须。因此现在主要元器件厂家引脚镀层技术都是采用了雾锡电镀，其晶粒尺寸在1μm以上。比较全面的介绍，这种电镀的管脚一般没有光亮的反光，因此有的地方也称为暗锡镀层。

4、进行退火处理

      为了消除元器件在生产过程中产生的应力，电子元器件厂家也有采用退火处理的方法来消除内部应力。

 5、热浸镀

     热浸镀过程内部应力较少，可以减少锡须的发生，但是这种方法多用于引脚比较大的电子元器件如变压器的处理。

 6、避免使用锡

      尽管除了锡以外，其他还有几种金属也会产生晶须现象。但是锡是最容易引发晶须的金属之一。

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