无铅器件的锡须风险

vivian_heng

  全球电子行业已经进入无铅电子时代.为了适应这个趋势，器件厂家纷纷采用无铅镀层.常见的五种外部镀层.

每一种解决方案都有优势和劣势。这五种外部镀层包括：锡-银(Sn-Ag)镀层、锡-铋(Sn-Bi)镀层、锡-铜(Sn-Cu)镀层、预镀镍-钯-金(Ni-Pd-Au)引脚框架和纯雾锡(Pure matte tin)镀层。

Sn-Ag镀层的锡含量约为3.5%，具有良好的可焊性和机械属性。但是Sn-Ag镀层容易产生锡毛刺，这是所有高锡含量替代方案的主要可靠性风险。由于材料成本较高，并且镀浴(plating bath，电镀溶液)控制程序复杂，Sn-Ag镀层比较昂贵。从“总拥有成本”的角度考虑，Sn-Ag镀层并不能作为一种完全可行的选择。

自2000年以来， Sn-Bi作为引脚镀层已在日本得到广泛应用，因此人们开始对其密切关注。当铋含量为3%时，Sn-Bi的熔点约为220℃，选择该镀层肯定可行。但是Sn-Bi 材料易碎，镀层控制复杂，而且它会产生锡毛刺。关于铋的真实毒性也有疑问，且含铅焊料后向兼容性问题仍存在争议。内部筛选实验和研究确认了这些Sn-Bi问题的存在，所以这种镀层只能作为临时解决方案。

Sn-Cu镀层可形成一种铜含量为0.7%的高强度低熔点合金，其熔点为227℃。此镀层的价格相对低廉，且具有良好的可焊性。但是Sn-Cu容易产生锡毛刺，甚至合金成份的微小改变就会大大改变共晶温度。由于精确控制镀层成份困难，且Sn-Cu引脚加工与合金(Alloy)42引脚框架不兼容，所以该系统不能作为一种可行的解决方案。

预镀的Ni-Pd和Ni-Pd-Au引脚框架作为无铅焊接的一种可选方案，于1989年首先由德州仪器(TI)引进。其主要优势在于该技术适于商业应用，且封装工艺得以简化。但是对大批量产品应用而言，Ni-Pd-Au解决方案不具备优势，主要原因在于其成本较高，而且根据现有资料记录，该方案存在可靠性问题。此外，镀层在弯曲时会发生断裂，而且在焊接、引线接合和成模时也存在问题。钯和金成本高且难以预计，引脚框架的供货商数量也有限，这些都是该方案的劣势所在。由于此镀层系统与Alloy 42引脚框架不兼容，其应用范围进一步受限。因此，对于大批量生产线而言，这种解决方案不是一种可行的备选方案。

纯雾锡是大批量半导体制造商镀层应用的首选。其原因众多：对于各种引脚框架而言，雾锡工艺不仅具有良好焊接特性，而且它是一种低成本解决方案，不存在Sn-Ag、Sn-Bi和Sn-Cu系统中的双合金成份控制问题。



许多电子元件制造商用纯锡和含锡量很高的无铅合金取代铅合金进行表面处理。制造商是根据它们的价格、耐腐蚀性以及它们与含铅焊料和无铅焊料的兼容性作出这个选择的。
使用不含铅的锡进行表面处理的缺点是会形成锡须。锡须是在用锡进行了处理的表面自然形成的，通常呈针状，能导电.据报导，从1990年开始，在现场因锡须引起的失效已经造成了数百万美元的损失。失效引起的主要问题是因锡须桥接引起的电流泄漏和短路。

rain1232001

对于SMD元件，以前锡须的问题倒常有，现在比较少了