12、电子元件失效分析相关问题研究

电子元件失效分析相关问题研究

一、锡须问题

1.1 背景与现状

近年来，由于立法压力，电子行业正努力消除产品和制造过程中的铅。锡铅合金镀层虽有诸多优点，但为了环保和健康，纯锡作为替代方案受到关注。然而，纯锡镀层易产生锡须，这给电子组件的可靠性带来了严重风险。

1.2 锡须造成的危害

锡须可能导致多种危害，具体如下表所示：
| 失效模式 | 描述 |
| — | — |
| 永久短路 | 在低压高阻抗电路中，可能没有足够电流熔断锡须，从而导致稳定短路。熔断锡须可能需要超过30毫安的电流。 |
| 瞬态短路 | 在正常大气条件下，如果可用电流超过锡须的熔断电流（通常小于30毫安，可能高达75毫安），电路可能仅经历瞬态故障。 |
| 真空中的金属蒸汽（等离子体）电弧 | 在真空（气压降低）环境中，可能发生更具破坏性的短路现象。如果有几安培以上的电流且电源电压约为18V以上，锡须可能汽化，产生可传导数百安培电流的锡离子等离子体。 |
| 碎屑/污染 | 机械冲击、振动或处理可能使锡须从镀层表面脱落，这些导电颗粒可能干扰敏感光学表面或微机电系统（MEMS）的运动，还可能导致短路。 |

1.3 产生锡须的元件

许多纯锡镀层的元件都出现过锡须生长的情况，包括电磁继电器、IC引线框架、晶体管和二极管封装、混合微电路盖子、连接器外壳、端子接线片、金属垫圈、印刷线路板走线和镀通孔，以及最近发现的陶瓷片式电容器。

1.4 锡须生长机制

虽然专家尚未就锡须形成机制达成共识，但普遍认为锡须生长是为了缓解锡层内的机械应力。目前，多数专