iNEMI对用于高可靠性产品的组件无铅涂层的建议

iNEMI对用于高可靠性产品的组件无铅涂层的建议

iNEMI对用于高可靠性产品的组件无铅涂层的建议

来源：作者：发布时间：2007-10-30

作者：iNEMI锡晶须用户小组成员

I. 执行概况

iNEMI锡晶须用户小组由8家大型高可靠性电子组装的制造厂家组成。这几家公司年购置元器件达几百万美元，由这几家公司组成用户小组，就有关高可靠性电子应用领域的无铅表面涂覆材料提出一些建议，旨在使由于锡晶须产生故障的可能性降低到最低极限。iNEMI

用户小组成员一致认为纯锡电镀在高可靠性应用中存在有风险，而采用成本合理的替代产品可降低这种风险。

电子组装行业在解决锡晶须问题和测试方面所采用的方法的标准化工作中取得了长足的进步。在2005年和2006年出版发行的标准和相关出版物中重点论述了锡晶须测试、环境可接受要求和解决方案（JEDEC标准JESD22A121.01，测量锡和锡合金表面涂层上晶须生长和JESD201，锡和锡合金表面涂层的锡晶须敏感度的环境可接受要求和JEDEC/IPC焊点出版物JP002，当前锡晶须原理和解决方案指南）。用户小组完全支持并同意将这些文件作为解决方案中综合策略的一部分，锡晶须测试和镀覆工艺控制对于降低与锡晶须相关的故障的风险来说是很有必要的。

本文件对该小组2003年6月出版发行和2005年5月修订的原报告进行了再次修订。该文件对用于不同用途的元器件涂层提出了建议，并根据用户小组成员自身的经验和可靠的数据给出了其最佳的评判。有关无铅组件涂层迁移的27条通用指南已用于这些建议的制订中。本文件不适用于关键应用领域，如像：航空领域。这些指南通常满足不了这些类型应用的需求。

在制定JESD201和JP002过程中，用户小组与JEDEC和IPC密切合作。不过，锡晶须的问题仍没有得到解决，而且这个问题一直是威胁到产品可靠性的一个重要问题，成为人们时常谈论的热点话题。用户小组当前的目标是将重点放在这个问题上，并持续为用户和供货商提供指南，以便降低由锡晶须导致产品在功能或可靠性方面产生问题的可能性。通过将已知的解决方案与工艺控制和某些等级的测试结合起来可以达到这个效果。锡晶须的问题一直是电子产品可靠性的关键问题。每年使用的组件量达亿万个，但是，只要有一个缺陷就会产生一类问题。

Ⅱ.背景说明

在电镀非合金锡中形成锡晶须和锡晶须生长已有很长的历史了，锡晶须的形成和生长会使各种类型的电子设备产生可靠性的问题1。50多年来，在解决锡晶须问题中所采用的主要方法就是往镀锡液中添加铅（Pb）。法规限制在出口到欧盟和世界其它地区的电子产品中使用铅，因此，使得电子元器件的供货商将镀锡-铅（SnPb）中的Pb取消，只采用纯锡成分。这

是最常用的方法，而且对于多数制造厂家来说是一种成本低廉的取消铅的方案。然而，对于高可靠性用户来说，由于镀覆纯锡和锡合金存在着形成锡晶须的趋向，纯锡方法存在可靠性方面的问题。

本报告给出了用于不同用途的适用的无铅涂覆材料的替代品。iNEMI成员根据个人的经验，结合有关锡晶须形成和生长方面的技术文献给出了他们的见解。用户小组在几个国际联合体的赞助下正在进行锡晶须形成和生长方面的研究工作，其工作内容包括iNEMI锡晶须仿真项目（iNEMI Tin Whisker Modeling Project）、锡晶须加速测试项目（iNEMI Tin Whisker Accelerated Test Project）和马里兰大学计算器辅助寿命循环工程―CALCE‖小组（University of Maryland’s Computer Aided Life Cycle Engineering）

（/lead-free/tin-whiskers/）。在此特别感谢NASA Goddard Space Center website （/whisker/）就有关锡晶须问题的背景信息和研究提供的列表。

在过去的几年中，在了解锡晶须形成和基础原理方面取得了显著的进步。锡晶须的形成是由于锡膜中的压缩应力所致，通常，人们对这种说法是可以接受的2。这种应力源自诸多不同的渠道，包括金属间化合物形成、氧化作用和腐蚀、热循环或机械方面的因素。仍有许多因素需要我们去了解，以便对锡晶须形成和生长过程进行全面的描述。对锡晶须生长进行预测和描述的量化模型是不存在的。因此，根据解决方案和指南，在防止Sn膜和基体间产生压缩应力所获得的实验数据是有根据的，这些数据支持实际应用。除此之外，已制订了标准的测试条件和可接受标准。然而，相对于实际现场使用条件而言，这些标准的测试条件是可以加速的或者是不可以加速的，而且与使用环境和服务条件也没有直接联系。因此，断言镀锡工艺―无锡晶须‖或保证使用寿命期限内不会出现锡晶须缺陷，此时，必须抱以怀疑的态度。用户小组特别鼓励对锡晶须的问题进行持续不断地研究，并制定出解决方案。

Ⅲ. 向符合RoHS的涂料转移的通用指南

出版界对于锡晶须形成和向无铅表面涂层材料转移的方案已有大量的最新信息报道。在决策之前，应对有效数据和替代产品有个全面的了解，这是合乎情理的。各公司需根据可靠性方面的风险和市场应用方面的成本效益对替代产品进行评估。

应告知用户锡晶须实验相对于生长速率、潜伏期的时间和许多其它参数缺乏一致性。除非某些解决锡晶须指南得到iNEMI用户小组的支持。对于读者来说，了解本文中讨论的各种解决方案和技术是很重要的，不过，这些解决方案和技术对于排除锡晶须的问题并不是特别灵验，不应将其作为防止锡晶须的方法，只能作为降低锡晶须的方法。对于这些技术，在有效降低锡晶须的产生因素方面，如果在技术上有很大争议的话，某些用户就会考虑使用其它材料系列和这些材料的组合，因此，需要一些锡晶须测试数据的支持（作为后备方案）。特定用户和供货商必须对替代产品解决方案和/或锡须测试步骤达成一致意见。第四节中的表1给出了无铅涂层的优先级。

A. 通用的解决方案（优先级）

1. 非锡镀覆：应首先将镍-钯-金（或纯镍-钯）用于引线框架的镀覆。这种镀层在生产现场应用中具有较长的历史（1992-现在）。早期的可焊性问题已得到了解决。此外，业已证实，