一、錫與銅的相互擴(kuò)散

錫與銅之間相互擴(kuò)散，會(huì)形成金屬互化物。在這個(gè)過(guò)程中，錫層內(nèi)壓應(yīng)力迅速增長(zhǎng)。例如在電路板的線路連接部位，如果使用錫和銅的組合，隨著時(shí)間推移和環(huán)境因素影響，這種擴(kuò)散作用就容易發(fā)生。由于應(yīng)力的變化，錫原子沿著晶體邊界進(jìn)行擴(kuò)散，從而形成錫須。這一現(xiàn)象在許多電路板的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中都可能出現(xiàn)，特別是在一些長(zhǎng)期使用、高溫環(huán)境或者電路板過(guò)載的情況下，錫與銅的相互擴(kuò)散速度會(huì)加快，進(jìn)而促使錫須的生長(zhǎng) 。

二、電鍍后鍍層的殘余應(yīng)力

電鍍工藝在電子元器件制造過(guò)程中較為常見(jiàn)。當(dāng)進(jìn)行電鍍操作后，鍍層往往存在殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力猶如一種潛在的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)著錫原子的遷移。具體而言，鍍層中的原子在殘余應(yīng)力的作用下，其原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被打破，錫原子開(kāi)始移動(dòng)并逐步聚集、生長(zhǎng)，最終形成錫須。從微觀角度看，鍍層原子的排列受到這種殘余應(yīng)力干擾，使得錫原子更容易突破原有的位置限制而開(kāi)始生長(zhǎng)。在一些大規(guī)模生產(chǎn)電路板的工廠流水線上，如果電鍍工藝的控制參數(shù)存在偏差，或者電鍍后沒(méi)有進(jìn)行有效的應(yīng)力釋放處理，那么這種電鍍后鍍層的殘余應(yīng)力就很容易導(dǎo)致錫須的生長(zhǎng) 。

三、應(yīng)力的影響

1. 機(jī)械應(yīng)力

• 在電路板組裝過(guò)程中，機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生較為常見(jiàn)。例如，與軟性印刷電路板連接時(shí)，大多以連接器夾持FPC引腳的方式進(jìn)行連接。在此過(guò)程中，軟性印刷電路板FPC上的金屬引腳會(huì)受到來(lái)自連接器內(nèi)金屬的夾持壓力，這種外部施加的壓縮性機(jī)械應(yīng)力，容易加速錫須的生長(zhǎng)。就像在生產(chǎn)手機(jī)主板時(shí)，主板與其他部件的連接如果設(shè)計(jì)不合理或者組裝過(guò)程中受到外力擠壓等情況，就會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的機(jī)械應(yīng)力問(wèn)題。在軟性印刷電路板受壓力的邊緣處，經(jīng)常容易發(fā)現(xiàn)錫須的出現(xiàn)，這是因?yàn)檫@里的機(jī)械應(yīng)力最為集中和明顯，直接影響了錫原子的狀態(tài)，促使其形成錫須 。

2. 熱應(yīng)力

• 當(dāng)產(chǎn)品遭受高、低溫度變化時(shí)，結(jié)合的兩種材料會(huì)因膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生壓縮或拉張力。以錫（Sn）和銅（Cu）為例，Sn的膨脹系數(shù)比Cu高。在制程中，常常會(huì)有回流焊這個(gè)工藝過(guò)程，在從回流焊的高溫到室溫的過(guò)程中，Sn鍍層實(shí)際上承受著Cu底材牽制產(chǎn)生的拉張力。盡管如此，仍然可能出現(xiàn)錫須現(xiàn)象。其原因在于化學(xué)應(yīng)力促使錫須自發(fā)性成長(zhǎng)的應(yīng)力遠(yuǎn)大于熱應(yīng)力，并且鍍層中任何不均勻性會(huì)造成局部性壓縮應(yīng)力，這些因素綜合起來(lái)導(dǎo)致了錫須的產(chǎn)生 。

3. 化學(xué)應(yīng)力

• 以常見(jiàn)的Cu底材金屬腳為例，Sn和Cu產(chǎn)生介面金屬合金IMC的反應(yīng)是化學(xué)應(yīng)力的主要來(lái)源。通常在室溫下，Cu原子便會(huì)自然地?cái)U(kuò)散進(jìn)入Sn，從而產(chǎn)生Cu6Sn5介面金屬合金IMC。這種物質(zhì)介于Sn和Cu之間，會(huì)形成一股推力。因?yàn)檫@種反應(yīng)在室溫下就可以持續(xù)進(jìn)行，不斷地提供化學(xué)應(yīng)力，迫使Sn層受到推擠的應(yīng)力，進(jìn)而為錫須的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。在一些對(duì)電子元器件要求較高、化學(xué)環(huán)境復(fù)雜的電子設(shè)備中，例如化工行業(yè)中的某些檢測(cè)儀器電路板，化學(xué)應(yīng)力導(dǎo)致的錫須生長(zhǎng)可能會(huì)影響設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性 。

四、微觀結(jié)構(gòu)與成分相關(guān)

1. 鍍層晶粒大小與取向

• 鍍層的晶粒大小和取向?qū)﹀a須生長(zhǎng)有影響。如果鍍層的晶粒較為細(xì)小，那么錫原子之間的束縛相對(duì)較弱，原子更容易移動(dòng)。而晶粒取向在一定程度上決定了原子擴(kuò)散的路徑。例如，在一些晶界處，原子的排列較為混亂，能量相對(duì)較高，成為錫原子擴(kuò)散的優(yōu)先途徑。如果晶粒取向不利于原子的穩(wěn)定存在，就會(huì)促使錫原子沿著晶界等地方擴(kuò)散，最終導(dǎo)致錫須的生長(zhǎng)。在電子電鍍工藝中，如果不能精確控制鍍層晶粒的大小與取向，就可能引發(fā)錫須生長(zhǎng)的隱患。

2. 合金元素與合金結(jié)構(gòu)

• 不同的合金元素組成的合金結(jié)構(gòu)對(duì)錫須生長(zhǎng)的敏感性不同。例如在錫鉛（Sn - Pb）合金中，曾發(fā)現(xiàn)鉛的存在可以在一定程度上減小錫須的生長(zhǎng)傾向，但由于鉛是一種有毒的重金屬，并且電子產(chǎn)品中焊料用鉛在技術(shù)上難以回收，隨著環(huán)保要求提高，無(wú)鉛化成為趨勢(shì)，純Sn、Sn - Bi、Sn - Cu、Sn - Ag等合金被廣泛研究，然而它們均被發(fā)現(xiàn)有潛在的錫須自發(fā)生長(zhǎng)問(wèn)題。這是因?yàn)椴煌暮辖鹪馗淖兞隋a原子的化學(xué)鍵環(huán)境、原子排列等微觀結(jié)構(gòu)，從而影響了應(yīng)力分布和原子擴(kuò)散行為，進(jìn)而影響錫須的萌發(fā)與生長(zhǎng) 。

五、環(huán)境因素

1. 溫度

• 溫度對(duì)錫須生長(zhǎng)影響顯著。適度的溫度能夠?yàn)殄a原子提供足夠的能量進(jìn)行表面擴(kuò)散。一般認(rèn)為50 - 60°C是最適宜錫須生長(zhǎng)的溫度，這是因?yàn)樵诖藴囟葏^(qū)間，錫原子獲得的能量既能滿足其擴(kuò)散需求，又不會(huì)過(guò)于活躍造成其他影響。當(dāng)溫度超過(guò)100°C后，應(yīng)力（錫須生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力）會(huì)被松弛，反而不利于錫須生長(zhǎng)，據(jù)報(bào)導(dǎo)，錫須在115°C時(shí)生長(zhǎng)變慢，到150°C以上就停止生長(zhǎng)。例如在一些高溫環(huán)境的電子設(shè)備中，如高溫爐附近使用的電路板，錫須生長(zhǎng)情況可能與常溫環(huán)境會(huì)有很大不同。如果不小心遭遇高溫，原本可能出現(xiàn)的錫須生長(zhǎng)現(xiàn)象也許會(huì)減緩或者停止，但如果在最適宜溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間放置，錫須生長(zhǎng)就會(huì)加劇 。

2. 濕度

• 濕度是影響錫須生長(zhǎng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素。相對(duì)濕度越高，錫須生長(zhǎng)越快，尤其當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到85%以上時(shí)。這是因?yàn)樵谶m宜的濕度條件下，錫表面能夠形成一層氧化膜，該氧化膜能夠促進(jìn)錫須的生長(zhǎng)。然而，過(guò)高的濕度可能導(dǎo)致氧化膜過(guò)厚，從而阻礙錫須的正常生長(zhǎng)。例如在潮濕的南方地區(qū)，電路板在沒(méi)有良好防護(hù)的情況下，如果濕度持續(xù)處于高位，電路板上電子元器件的錫須生長(zhǎng)情況可能就比較嚴(yán)重。在一些對(duì)濕度敏感的電子元器件制造工藝和使用場(chǎng)景中，必須要對(duì)濕度進(jìn)行嚴(yán)格管控，以避免錫須生長(zhǎng)影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能 。

3. 離子污染

• 環(huán)境中的離子污染也會(huì)影響錫須生長(zhǎng)。如果電路板暴露在含有較多離子污染物（如氯離子、硫酸根離子等）的環(huán)境中，這些離子可能會(huì)與錫層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如，氯離子可能會(huì)腐蝕錫層，破壞其原有的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種腐蝕作用會(huì)改變錫層的應(yīng)力狀態(tài)和原子鍵合情況，促使錫原子更容易擴(kuò)散并生長(zhǎng)成為錫須。在一些化工生產(chǎn)車(chē)間或者沿海地區(qū)的電子設(shè)備中，如果沒(méi)有做好防護(hù)，含有鹽分和化學(xué)污染物的空氣容易侵入設(shè)備內(nèi)部，引發(fā)電路板元件的錫須生長(zhǎng)問(wèn)題。

4. 電遷移現(xiàn)象

• 在有電流通過(guò)的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)電遷移現(xiàn)象。電遷移是指在電流應(yīng)力作用下，原子或離子隨電子遷移而導(dǎo)致的成分偏析以致出現(xiàn)丘凸和空洞等材料結(jié)構(gòu)缺陷的現(xiàn)象。對(duì)于錫鍍層，電遷移會(huì)加速錫原子的擴(kuò)散。例如，在高密度電流通過(guò)電路板的電子元件時(shí)，電遷移會(huì)導(dǎo)致在陰極首先出現(xiàn)圓形空洞，隨后在兩極均形成圓形空洞，并且在陰極處還發(fā)現(xiàn)有微裂紋存在。隨著電遷移時(shí)間的增加，錫須長(zhǎng)度不斷增加，在0.3×104A/cm2恒定電流密度下，隨著電遷移時(shí)間分別為0，48，144和240h的增加，陽(yáng)極錫須的最大長(zhǎng)度明顯比陰極的要長(zhǎng)。這是因?yàn)殡娺w移導(dǎo)致原子擴(kuò)散而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，成為了錫須生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一 。