作者：郭宏飛 

本次連載節(jié)選“電子產(chǎn)品客戶(hù)使用期間發(fā)生的故障/問(wèn)題”。

1.導(dǎo)電陽(yáng)極絲現(xiàn)象（CAF現(xiàn)象）

1.1 定義與特征

1）定義：導(dǎo)電陽(yáng)極絲(Conductive Anodic Filament)簡(jiǎn)稱(chēng)CAF，是指PCB內(nèi)部金屬從陽(yáng)極（高電壓）沿著玻纖絲間的微裂通道，向陰極（低電壓）遷移過(guò)程中形成導(dǎo)電的細(xì)絲；

2）特征：特指PCB內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的失效模式。它是在20世紀(jì)70年代由貝爾等實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)的。這種失效模式是PCB內(nèi)部的一種含Cu的絲狀物從陽(yáng)極向陰極方向生長(zhǎng)而形成的陽(yáng)極導(dǎo)電性細(xì)絲物，簡(jiǎn)稱(chēng)CAF。掃描電鏡的能譜分析(SEM/EDS)顯示CAF中含有Cu和C1等元素。

1.2 導(dǎo)電陽(yáng)極絲生長(zhǎng)機(jī)理及危害

當(dāng)板面兩條線路或板內(nèi)兩個(gè)鍍通孔相距太近或板材出現(xiàn)細(xì)微通道時(shí)一旦板材吸水較多，相鄰導(dǎo)線或孔壁會(huì)在陽(yáng)極(高電勢(shì))首先發(fā)生銅氧化，產(chǎn)生Cu+或Cu2+后在電勢(shì)差的作用下，銅離子順著板材玻纖紗的表面從陽(yáng)極向陰極緩慢遷移，同時(shí)陰極的電子也會(huì)往陽(yáng)極遷移，兩者相遇，出現(xiàn)銅離子還原現(xiàn)象，這個(gè)過(guò)程即電化學(xué)遷移，還原出的銅逐漸形成短路漏電通道，導(dǎo)致絕緣性劣化、漏電、短路等現(xiàn)象。主要生長(zhǎng)過(guò)程要經(jīng)歷以下三個(gè)過(guò)程：

1）首先，玻璃-環(huán)氧接合的物理破壞，提供了電化學(xué)通道。特別是在無(wú)鉛焊接中的高溫，可能損壞玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂本體之間的接合，導(dǎo)致玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂中鍵合的物理性能下降和分層；疊層壓合時(shí)銅箔不潔凈或壓合存在缺陷如氣泡時(shí)，在后續(xù) PCBA焊接制程中受熱分層，導(dǎo)致PCB內(nèi)部存在縫隙。PCB屬于潮敏材料，存放不當(dāng)易吸濕在高溫焊接過(guò)程中濕氣汽化導(dǎo)致PCB分層爆板；另外重要影響是PCB孔加工處理；

2）其次，吸潮導(dǎo)致玻璃-環(huán)氧的分離界面中出現(xiàn)水介質(zhì)，促進(jìn)了腐蝕產(chǎn)物的輸送。濕氣和離子污染物就可以沿著玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂的間隙遷移和滲透，成為一條化學(xué)通路；

3）最后，當(dāng)施加電壓后，會(huì)有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。導(dǎo)電陽(yáng)極細(xì)絲的生長(zhǎng)最終將陰極陽(yáng)極連接起來(lái)而導(dǎo)致兩極短路，引發(fā)災(zāi)難性失效。

1.3 導(dǎo)電陽(yáng)極絲生長(zhǎng)具備四個(gè)條件

發(fā)生CAF必須具備四個(gè)條件：

1）潮濕的環(huán)境：引起金屬離子泳動(dòng)；

2）具備遷移的通道：板材內(nèi)部存在通道、絕緣墻被破壞、環(huán)氧樹(shù)脂/玻璃纖維之間存在縫隙；

3）具備遷移的金屬導(dǎo)體：一般是銅離子、鈷離子，提供金屬離子的供應(yīng)源；

4）具有一定電勢(shì)差：金屬離子遷移的動(dòng)力。

1.4 導(dǎo)電陽(yáng)極絲生長(zhǎng)預(yù)防措施

這四個(gè)條件中，應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)差無(wú)法避免，因此一般都通過(guò)隔絕通道來(lái)杜絕CAF，這里給出幾個(gè)常見(jiàn)的預(yù)防措施:

1）選擇扁織、開(kāi)纖布，降低玻纖透氣機(jī)率，減少玻纖紗產(chǎn)生的通道；

2）設(shè)計(jì)時(shí)管控孔間距和銅壁厚度，以增大絕緣層厚度，如常規(guī)銅厚下，孔壁間距>20mil、銅厚>18oz時(shí)可以杜絕CAF；

3）PCB通孔Layout時(shí)將不同網(wǎng)絡(luò)孔相互交錯(cuò)布放，以增加通孔孔壁間距；如圖2所示不同網(wǎng)絡(luò)孔相互交錯(cuò)布放；

4）控制鉆孔時(shí)鉆頭鈍化、進(jìn)刀速度過(guò)大導(dǎo)致孔壁撕扯開(kāi)裂；

5）孔壁除膠渣不宜過(guò)度；

6）控制孔壁化學(xué)銅、活化鈀出現(xiàn)Wicking量，如果PCB空間>20mil，IPC-6012C表3-9中明確規(guī)定PCB電鍍孔wicking不可超4mil。如是HDI板激光鉆孔對(duì)孔壁撕扯現(xiàn)象減弱，要求控制單邊wicking<1mil。

7）高端PCB板材選用薄布多層；

8）控制PCB分層及壓合缺陷；

9) 控制吸潮、離子污染玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂之間黏結(jié)等需要控制的關(guān)鍵因素；

10）正確選擇好PCB基材的類(lèi)型，基材種類(lèi)對(duì)CAF生成的影響最大；

11）控制PCB存儲(chǔ)和使用及環(huán)境濕度。CAF的形成存在一個(gè)臨界濕度值，濕度低于臨界值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)，相對(duì)濕度的臨界值與工作電壓和溫度有關(guān)，PCBA 吸潮可能發(fā)生在用戶(hù)服役壽命的任何時(shí)刻。

2.爬行腐蝕現(xiàn)象

2.1 定義與特征

1）定義：是一種典型的化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，指金屬（包括焊盤(pán)、鍍層、焊點(diǎn)）物質(zhì)與腐蝕性氣體直接接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致絕緣下降、漏電、開(kāi)路、短路、機(jī)械強(qiáng)度下降等缺陷的化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，稱(chēng)之為“爬行腐蝕現(xiàn)象”；

2）特征：最常見(jiàn)的化學(xué)腐蝕。一般發(fā)生在裸露的Cu面上，Cu面在含硫物質(zhì)(如單質(zhì)S、硫化氫、硫酸、二氧化硫、有機(jī)硫化物等)的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成大量的黑色硫化物。不同的爬行腐蝕現(xiàn)象其形貌也不同，如圖3（a）所示片式電容硫化腐蝕呈蓮花狀；如圖3（b）所示Cu的腐蝕（爬行腐蝕）呈魚(yú)鱗狀。

2.2 爬行腐蝕的產(chǎn)生機(jī)理

爬行腐蝕發(fā)生一般在裸露的Cu面上。Cu面在含硫物質(zhì)(單質(zhì)硫、硫化氫、硫酸、有機(jī)硫化物等)的作用下會(huì)生成大量的硫化物。Cu的氧化物是不溶于水。但Cu的硫化物和氯化物會(huì)溶于水，在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下，具有很高的表面流動(dòng)性，生成物會(huì)由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。硫化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)，且不會(huì)造成短路的立即發(fā)生，但是隨著硫化物濃度的增加，其電阻會(huì)逐漸減小并造成絕緣下降、漏電甚至短路失效。此外，該腐蝕產(chǎn)物的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而急劇變化，可以從10MΩ下降到1MΩ。濕氣(水膜)會(huì)加速這種爬行腐蝕，硫化物(如硫酸、二氧化硫)溶于水會(huì)生成弱酸，弱酸會(huì)造成硫化銅的分解，迫使清潔的Cu面露出來(lái)，從而繼續(xù)發(fā)生腐蝕。顯然濕度的增加會(huì)加速這種爬行腐蝕。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，這種腐蝕發(fā)生速度很快，有些單板甚至運(yùn)行不到一年就會(huì)發(fā)生爬行腐蝕而失效。

2.3 爬行腐蝕的影響因素

1）大氣環(huán)境因素的影響。作為大氣環(huán)境中促進(jìn)電子產(chǎn)品腐蝕的氣體和元素，常見(jiàn)的有：SO2、NO2、H2S、O2、HC1、Cl2、NH3、CO2等，與腐蝕性氣體種類(lèi)及濃度有關(guān)，這些氣體一旦溶入水中，就容易形成腐蝕性的酸或鹽；

2）濕度。根據(jù)爬行腐蝕的溶解、擴(kuò)散、沉積機(jī)理，濕度的增加應(yīng)該會(huì)加速爬行腐蝕的發(fā)生，爬行腐蝕的速率與濕度成指數(shù)關(guān)系。行業(yè)專(zhuān)家在混合氣體實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，隨著相對(duì)濕度上升，爬行腐蝕速率急劇增加，呈拋物線狀。以Cu腐蝕為例，當(dāng)濕度從60%RH增加到80%RH時(shí)，其腐蝕速率后者為前者的3.6倍；

3）基材和鍍層材料的影響。行業(yè)專(zhuān)家研究了黃銅、青銅、Cu/Ni三種基材的腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)氣氛為濕H2S。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在基材中黃銅抗爬行腐蝕能力最好，Cu/Ni抗爬行腐蝕能力最差。有公司研究了不同表面處理單板抗爬行腐蝕能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HASL、Im-Sn抗腐蝕能力最好，OSP、ENIG適中，Im-Ag最差。Im-Ag本身并不會(huì)造成爬行腐蝕。但爬行腐蝕在Im-Ag表面處理中發(fā)生的概率卻更高，這是因?yàn)镮m-Ag表面鍍層的PCB露Cu或表面微孔更為嚴(yán)重，露出來(lái)的Cu被腐蝕的概率比較高。

4）焊盤(pán)定義的影響。如焊盤(pán)為阻焊掩膜定義（SMD）時(shí)。由于綠油側(cè)蝕存在，PCB露銅會(huì)較為嚴(yán)重，故更容易腐蝕。如焊盤(pán)采用非阻焊掩膜定義（NSMD）時(shí)，可有效提高焊盤(pán)的抗腐蝕能力，如圖4所示典型的阻焊掩膜定義（SMD）焊盤(pán)和非阻焊掩膜定義（NSMD）焊盤(pán)。

5）PCBA組裝的影響

①再流焊接：再流的熱沖擊會(huì)造成綠油局部產(chǎn)生微小剝離或某些表面處理的破壞(如OSP)，使電子產(chǎn)品露銅更嚴(yán)重，爬行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)增加。由于無(wú)鉛再流溫度更高，故此問(wèn)題尤其值得關(guān)注；

②波峰焊接：據(jù)報(bào)導(dǎo)在某爬行腐蝕失效的案例中，腐蝕點(diǎn)均發(fā)生在夾具波峰焊的陰影區(qū)域周?chē)虼苏J(rèn)為助焊劑殘留過(guò)多對(duì)爬行腐蝕有加速作用。可能原因如下：

? 助焊劑殘留物較易吸潮，造成局部相對(duì)濕度增加，反應(yīng)速率加快；

? 助焊劑中含有大量污染離子，酸性的H+還可以分解銅的氧化物，會(huì)對(duì)腐蝕有一定的加速作用。

2.4 爬行腐蝕的防護(hù)措施

隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，大氣將進(jìn)一步惡化，腐蝕性氣體環(huán)境普遍存在，因此，爬行腐蝕引起電子產(chǎn)品失效越來(lái)越多。對(duì)爬行腐蝕的防護(hù)措施勢(shì)在必行，主要有防護(hù)措施：

1）采用三防涂敷是防止PCBA腐蝕的最有效措施；

2）設(shè)計(jì)和工藝上要減小PCB、元器件露銅的概率；

3）組裝過(guò)程要盡力減少熱沖擊引起阻焊膜剝離，及污染離子殘留；

4）整機(jī)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)溫、濕度的控制；

5）機(jī)房選址應(yīng)避開(kāi)明顯的硫污染。

3.錫晶須現(xiàn)象（錫須現(xiàn)象）

3.1 定義與特征

1）定義：是在純錫鍍層或錫合金鍍層表面自發(fā)生長(zhǎng)出來(lái)的一種長(zhǎng)出胡須一樣的純錫的結(jié)晶或纖維細(xì)絲，電子行業(yè)稱(chēng)之為“錫晶須”。

這種胡須一樣的纖維細(xì)絲有各種形狀與尺寸，如纖維細(xì)絲的螺旋狀、結(jié)節(jié)狀、柱狀和小丘狀，如圖58所示各種典型的錫須形態(tài)。

2）特征：晶須生長(zhǎng)本質(zhì)上屬于一種自發(fā)的，不受電場(chǎng)、濕度和氣壓等條件限制的表面突起生長(zhǎng)現(xiàn)象，而以含 Sn鍍層表面生長(zhǎng)的Sn晶須最典型。錫須通常都是單晶體，具有導(dǎo)電性、非常脆，且只能形成很細(xì)的長(zhǎng)絲。晶須在靜電或氣流作用下可能變形彎曲，在電子設(shè)備運(yùn)動(dòng)中可能脫落造成短路或損壞。在低氣壓環(huán)境中，Sn晶須與鄰近導(dǎo)體之間甚至可能發(fā)生電弧放電，造成嚴(yán)重破壞。如F15 戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈、核武器等各種電子產(chǎn)品中都曾發(fā)生過(guò)因晶須問(wèn)題而導(dǎo)致的事故，在衛(wèi)星等太空電子產(chǎn)品中也發(fā)生了數(shù)起由晶須問(wèn)題引起的故障甚至嚴(yán)重事故。如圖6所示錫鍍層引腳上長(zhǎng)出Sn須造成引腳間的短路。

3.2 錫晶須產(chǎn)生危害

錫晶須具有晶體結(jié)構(gòu)，有時(shí)會(huì)長(zhǎng)到幾毫米，但是，一般不會(huì)超過(guò)1毫米，直徑一般也只有幾微米。錫晶須會(huì)生長(zhǎng)，但也會(huì)自行消失。如果電流強(qiáng)度足夠大，電流可能把錫須熔化掉。使錫須熔化的電流隨著錫須的長(zhǎng)度與直徑而變化（往往需要超過(guò)50mA）。所引起的危害問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 永久性短路

當(dāng)錫晶須生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后，會(huì)使兩個(gè)不同的導(dǎo)體短路。低電壓、高阻抗電路的電流不足以熔斷錫須，造成永久性的短路。當(dāng)錫須直徑較大時(shí)，可以傳輸較高的電流；

2） 短暫性短路

當(dāng)錫晶須所構(gòu)成的短路電流超過(guò)其所能承受的電流（一般50mA）時(shí)，錫須將被熔斷，造成間斷的短路脈沖，這種情況一般較難被發(fā)現(xiàn)；

3） 殘屑污染

由于機(jī)械沖擊或震動(dòng)等會(huì)造成錫須從鍍層表面脫落，形成殘屑。一旦這些殘屑導(dǎo)電物質(zhì)顆粒自由運(yùn)動(dòng)，將會(huì)干擾敏感的光信號(hào)或微機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行，另外殘屑也可能造成短路；

4） 錫晶須起電弧

在大電流和高電壓下，錫須會(huì)蒸發(fā)，變成離子化的金屬氣體，這時(shí)可能出現(xiàn)金屬電弧。如果錫晶須傳送電流較大（幾個(gè)安培）或電壓較大（大約18伏），錫須將會(huì)蒸發(fā)變成離子并能傳送幾百安培的電流，電流電弧的維持依靠鍍層表面的錫，直到耗完或電流終止為止。這種現(xiàn)象容易發(fā)生在保險(xiǎn)管等器件內(nèi)或線路斷開(kāi)時(shí)，曾經(jīng)有一商業(yè)衛(wèi)星發(fā)生此種問(wèn)題，導(dǎo)致衛(wèi)星偏離軌道；

5） 多余的天線

產(chǎn)生錫晶須很像微型天線，從而影響電路的阻抗而導(dǎo)致反射。

3.3 錫晶須形成機(jī)理

錫晶須生長(zhǎng)的機(jī)理主要與鍍層內(nèi)部的壓應(yīng)力有關(guān)。

1） 主要原因：錫與銅之間的相互擴(kuò)散導(dǎo)致金屬化合物的形成，進(jìn)而引起錫層內(nèi)

壓應(yīng)力的迅速增長(zhǎng)，促使錫原子沿著晶體邊界擴(kuò)散，形成Sn晶須；如圖60所示晶須生長(zhǎng)主要模式；

2）次要原因：電鍍后殘余應(yīng)力，導(dǎo)致錫須生長(zhǎng)。如電鍍化學(xué)過(guò)程、鍍層與基體材料的熱膨脹系數(shù)不一致、外部機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力以及錫的表面氧化物。

3.4 錫晶須種類(lèi)

按照錫晶須發(fā)生生長(zhǎng)的環(huán)境條件不同，大致可以理解為以下5種：

1） 室溫下生長(zhǎng)的晶須

研究發(fā)現(xiàn)，Sn與Cu室溫快速反應(yīng)、壓應(yīng)力、Sn表面穩(wěn)定的氧化層，是Sn晶須生長(zhǎng)的充分必要條件，是共同作用的結(jié)果。但在室溫下晶須的發(fā)生最主要是在Sn鍍層和銅界面上形成Cu6Sn5化合物，該化合物在鍍層內(nèi)部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力是發(fā)生晶須的主要作用力，如圖8所示在室溫下銅基表面錫鍍層上產(chǎn)生錫須；

2）溫度循環(huán)中生長(zhǎng)的晶須

在溫度循環(huán)和熱沖擊作用下產(chǎn)生的錫須，是使用與Sn鍍層的熱膨脹率相差較大的材料（如42合金電極和陶瓷元件）時(shí)常常遇到的問(wèn)題。由于42合金電極（指含42%鎳的鐵合金）和陶瓷元件等材料膨脹率高，在錫鍍層中引起壓應(yīng)力（升溫過(guò)程），進(jìn)而導(dǎo)致錫須的高速生長(zhǎng)。如圖9所示陶瓷芯片元件的引腳上在溫度循環(huán)條件下發(fā)生的晶須。這種類(lèi)型的晶須是因?yàn)?/span>Sn鍍層與基材合金的熱膨脹系數(shù)的偏移越大，越會(huì)增大晶須發(fā)生密度及生長(zhǎng)速度。銅引線元件的熱膨脹系數(shù)接近于Sn，在溫度循環(huán)和熱沖擊作用下幾乎不會(huì)發(fā)生晶須；

3）氧化和腐蝕中生長(zhǎng)的晶須

在室溫下生長(zhǎng)的晶須不會(huì)受使用溫度的影響而加速，少許濕度變化沒(méi)有影響。如果環(huán)境中有明顯的濕度變化，錫的氧化就會(huì)異常進(jìn)行，形成不均勻的氧化膜，導(dǎo)致鍍層發(fā)生內(nèi)應(yīng)力；專(zhuān)家經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)研究后表明晶須最易生長(zhǎng)的條件是60℃、93%RH。此外，在多數(shù)情況下氧化/腐蝕晶須存在潛伏期。如圖10所示SnZn類(lèi)釬料在85℃/85%RH的條件下進(jìn)行高溫高濕試驗(yàn)以后的表面生成的晶須。表面附近Zn集積在晶界上，變化成氧化鋅(Zn0)。隨著試驗(yàn)時(shí)間的推移，形成氧化鋅(Zn0)從表面往深度增加時(shí)，還會(huì)受到第3元素存在的影響(如存在Bi或Pb，則會(huì)加速氧化)，在Zn氧化為Zn0的反應(yīng)中體積膨脹達(dá)到57%，因而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力而發(fā)生晶須。此外，含有容易氧化的In時(shí)也會(huì)發(fā)生晶須；

4）外界壓力下生長(zhǎng)的晶須

鍍覆SnCu合金層的觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的接觸力，相當(dāng)于在觸點(diǎn)尖端的Sn鍍層上產(chǎn)生大的塑性變形，這種塑性變形是Sn的柔軟性造成的，它可以賦予良好的電氣接觸的同時(shí)會(huì)加速晶須生長(zhǎng)；

5）電遷移中生長(zhǎng)的晶須

其實(shí)就是電子遷移產(chǎn)生的晶須，嚴(yán)格區(qū)分的話是屬于電化學(xué)腐蝕范籌；

上述5種環(huán)境在錫鍍層內(nèi)部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，促進(jìn)元素的擴(kuò)散而發(fā)生晶須。

3.5 錫晶須的預(yù)防和抑制措施

錫晶須的出現(xiàn)需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間，一旦出現(xiàn)后可能造成嚴(yán)重危害，因此解決錫須問(wèn)題需要從預(yù)防和抑制錫須生長(zhǎng)開(kāi)始。目前普遍有效的方法不是很明確，一般盡量避免純錫鍍層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。

1） 退火處理。對(duì)錫合金鍍層完成電鍍后的24h之內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行退火處理，150℃

溫度下進(jìn)行1～1.5h的熱處理。這是目前控制錫須發(fā)生的主要措施；

2) 在純錫鍍層中加入少量其他金屬元素（鉍、銻、鎳）防止錫須的產(chǎn)生。如無(wú)論是純錫還是錫合金鍍層，在電鍍前先鍍1um以上厚度的鎳作為阻擋層，以降低基底Cu與Sn的擴(kuò)散；

3) 使用霧錫鍍層。目前市場(chǎng)上已開(kāi)發(fā)出一些能有效防止錫須生成的無(wú)鉛純錫電鍍添加劑，該添加劑具有結(jié)晶細(xì)致、可焊性好、能量消耗低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，從而建立了一種抑制錫須的有效方法。比較流行的就是鍍霧錫；

4) 向焊料中增加一定量的第三種元素，可以減少錫須生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力；

5) 使用較厚的純錫鍍層。研究報(bào)告表明，純錫鍍層越厚，越能有效防止錫須的生長(zhǎng)，一般要求最好厚度大于10um，但厚度的增加會(huì)增加元器件的成本；

6）采用無(wú)錫替代材料。電子元器件電極選擇無(wú)鉛涂層時(shí)，最好采用Ni\Pd\Au鍍層，Ni\Pd\Au焊料涂層由于無(wú)錫成分存在，不會(huì)有錫須發(fā)生，是一個(gè)徹底的解決方案。只是成本稍高，在航空、航天等高可靠性要求產(chǎn)品可以考慮；

7）優(yōu)化回流曲線，釋放多余的熱應(yīng)力。將直接電鍍的純錫鍍層進(jìn)行回流熔化，或通過(guò)電鍍后的烘烤處理（在惰性氣體中），釋放其內(nèi)部應(yīng)力。鍍層在回流時(shí)熔化，再凝固后的顯微組織與回流前不同，內(nèi)部應(yīng)力得到有效釋放，會(huì)減緩錫須生長(zhǎng)；

8) 減少鍍層在潮濕空氣中暴露，防止生成過(guò)多的氧化物，有利于減少鍍層內(nèi)部的壓應(yīng)力；

9）Sn晶須生長(zhǎng)取決于溫度和濕度，生長(zhǎng)的關(guān)鍵條件是溫度在50℃以上，相對(duì)

濕度在50%RH以上。研究表明溫度60℃、濕度93%RH是Sn晶須最易生長(zhǎng)的環(huán)境，因此，在應(yīng)用中應(yīng)盡量避免上述環(huán)境條件。

4.柯肯達(dá)爾效應(yīng)

4.1 定義與特征

1）定義：在兩種不相同的材料之間,由于擴(kuò)散速率的不同所產(chǎn)生的空洞稱(chēng)為柯肯達(dá)爾(Kirkendall)效應(yīng)。

2）特征：實(shí)驗(yàn)證明除Cu-Sn金屬對(duì)之外，還有許多金屬對(duì)，如Cu-Ni、Cu-Au、Ag-Au、Ni-Co、Ni-Au 等中也存在柯肯達(dá)爾效應(yīng)。這種空洞產(chǎn)生機(jī)制在SnPb釬料和無(wú)鉛釬料中均存在，但很少發(fā)現(xiàn)因?yàn)榭驴?/span>達(dá)爾空洞導(dǎo)致產(chǎn)品失效的報(bào)告。在無(wú)鉛釬料中，柯肯達(dá)爾效應(yīng)主要是在長(zhǎng)期的高溫條件下在IMC Cu3Sn下面形成微小空洞，這些微小的孔洞隨著時(shí)間的積累越來(lái)越大越來(lái)越多，最后會(huì)連成一條細(xì)縫，導(dǎo)致焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度減弱甚至斷裂。

4.2 柯肯達(dá)爾效應(yīng)形成機(jī)理

柯肯達(dá)爾效應(yīng)最典型的就是Cu-Sn金屬對(duì)形成的柯肯達(dá)爾空洞，本質(zhì)的原因就是焊接完成后焊點(diǎn)的Cu6Sn5 IMC層呈扇貝型，在后續(xù)的老化中Cu6Sn5 IMC會(huì)由于Cu底不斷向Sn中擴(kuò)散而生長(zhǎng)形成CuSn3相，CuSn3相的形成過(guò)程中，由于Sn和Cu不同的擴(kuò)散速度使其物質(zhì)遷移不平衡或不等量的原子擴(kuò)散，使得在Cu與CuSn3 IMC的界面產(chǎn)生空位，這些空位聚集起來(lái)就會(huì)形成空洞。

如圖11所示柯肯達(dá)爾空洞形成過(guò)程。

4.3 預(yù)防柯肯達(dá)爾效應(yīng)措施

1）銅焊盤(pán)上鍍上Ni阻擋層

柯肯達(dá)爾空洞一般出現(xiàn)在Cu基底焊點(diǎn)，因?yàn)镃u在焊錫中擴(kuò)散速度相對(duì)較快，常溫下擴(kuò)散也持續(xù)進(jìn)行；Ni底在焊錫中擴(kuò)散速度慢，焊接后擴(kuò)散基本停止；

2） 焊料中加Cu

焊料中加少量的Cu即可有效抑制Cu底在焊錫中的擴(kuò)散，從而阻止柯肯達(dá)爾空洞產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

《工藝不良與組裝可靠性》賈忠中 著 電子工業(yè)出版社

《現(xiàn)代電子裝聯(lián)工藝可靠性》樊融融 著 電子工業(yè)出版社

《產(chǎn)品失效機(jī)理及預(yù)防對(duì)策》薛廣輝 著

《電子組裝工藝可靠性》王文利 著 電子工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介：

郭宏飛 現(xiàn)任職于正泰低壓智能電器研究院。從事電子行業(yè)20年，精通PCBA失效分析、PCBA工藝可靠性、PCBA可靠性設(shè)計(jì)。熟悉從印刷電路板、電子元器件封裝、焊接材料、焊接工藝、DFM到PCBA電子裝聯(lián)的每一道工序的全流程制程，具有較豐富的電子組裝工藝經(jīng)驗(yàn)，善于分析實(shí)際生產(chǎn)中電子組裝過(guò)程及客戶(hù)使用期間PCBA工藝可靠性熱點(diǎn)問(wèn)題，提出有效的解決方案。