锡须检测与判定标准.
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LF_ Tin Whisker
目 錄
錫須的定義及危害 錫須的形成機理 錫須的預防措施 錫須測試的方法 錫須測試的標准 案例分析 錫須測試的儀器_SEM簡單介紹
錫須定義及危害
定義：锡须是从元器件和接头的锡镀层表面生长出来的一種
細長形狀的錫單晶，直徑0.3-10um(典型1-3um)，長度 在1-1000um不等，錫須有不同的形狀，如針狀，小丘狀 ，柱狀，花狀，發散狀等，見圖1
生长机理
Cu6Sn5擠壓純錫晶格疆 界，純錫的晶界出現錫 須 FIB cross-sections of whiskers
錫須預防措施
預防措施
不要使用亮錫，最好使用霧錫 霧錫與亮錫的比較：
a.有機物或碳含量較亮錫少的多(亮錫約為霧錫的X20-100) b. 微晶顆粒較大1-5um(亮錫0.5-0.8um),大晶粒(>2um)鍍層有利 於降低晶須的生長.因為大晶粒較小晶粒間隙少，為Cu擴散提 供較少的邊界，大晶粒具有零值壓應力或較低壓應力 使用較厚的霧錫鍍層(8-10um),以抑制應力的釋放 電鍍後24小時內退火(150℃/2hrs或170℃/1hrs )，以減少錫層的應力 電鍍後24小時內回流焊接，作用同退火 用Ni或Ag做阻擋層(1.3-2um),防止Cu擴散形成Cu6Sn5的IMC
三種老化測試
分類 D TCT 測試標準 S -55°C to + 85°C -35°C to + 125°C 1000 cycles Ramp rate 20C/min, 1000 cycles Ramp rate 10 min 20C/min, 10 min 60°C/95% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours) 85°C/85% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours)
錫表面電鍍高溫高濕之後
錫表面電鍍之後
小丘
圖2 Non-whisker
錫須形成機理
錫須產生的原因
錫與銅之間相互擴散，形成金屬間化合物(IMC),致使 錫層內應力迅速增長，導致錫原子沿著晶體邊界進行擴散， 產生錫須 電鍍之後鍍層的殘余應力，導致錫須的生長
機械應力：沖壓，冷卻，加工造成基底初使應力，外在的機械負 載(固定件的扭轉)和震動沖擊產生應力 化學應力：電鍍化學物質(如有機添加劑，光亮劑)可能增加鍍層 殘余應力 熱應力 ： 鍍層與基體之間熱膨脹系數不匹配
THT
AS
20°C to 25°C 30% to 50% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours
20°C to 25°C 30 to 50% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours
危害：如果这些导电的锡须长得太长的话，可能连到其他线
路上，并导致电气短路，斷裂後落在某些移動及光學 器件中引起這些器件的機械損害，如處於相鄰導體之 間可能產生弧光放電，燒壞電氣元件等 由於錫須通常在電鍍之後幾年甚至幾十年才開始生長， 因而會對產品的可靠性造成潛自在的危害比較大
圖1 錫須的各種形狀
凝固狀
See Diagram below Must be 400x
Detailed Scan
Measure from top and 2 sides Record count of all whiskers between 20-30um
Record count and length of all whiskers that are 30um or greater 1. Length recording not necessary if whisker >30um exist 2. If no whiskers >30um are found, must record the maximum whisker length per sample
錫須檢測
錫須分類
種類
恆溫錫須
Байду номын сангаас
產生機理
基材金屬（Cu）擴散至Sn 而引起的內應力
測試方法
常溫儲存（AS）︰ 20-25℃， 55±25%RH 1000小時
濕熱錫須
Sn氧化而產生的內應力
濕熱試驗（THT）︰ 60℃，90±5%RH,1000小時
熱衝擊錫須
基材金屬（Cu）/過渡層 溫度衝擊試驗（TCT） ︰ 金屬和Sn鍍層之間熱膨脹 -40℃/-55℃ ～85℃，1000循環 系數不同引起的內應力
Full Scan
Record all whiskers that are 30um or greater Magnification minimum 150x 250x SEM Measurement. Must be able to resolve whisker >30um
Tin whisker Record
Measurem ent Type General Method Comments
Minimum Sample Size 10 pins
1. If pin during full scan has whisker >30um, use that pin for Detailed scan. 2. If no pin >30um is found during full scan, randomly select pins from each side of component. 3. If less than 10 pins are found during full scan with >30um, randomly select other pins (max 10) for detailed scan
Tin whisker Record
Measurem General Method ent Type Measure from top and 2 sides of all leads. Comments 1. Measurement full length of whisker to be measured. 2. Side measurement at 45 degrees. 3. Measure the complete top side of the lead - not just to top of it (including bend points)
目 錄
錫須的定義及危害 錫須的形成機理 錫須的預防措施 錫須測試的方法 錫須測試的標准 案例分析 錫須測試的儀器_SEM簡單介紹
錫須定義及危害
定義：锡须是从元器件和接头的锡镀层表面生长出来的一種
細長形狀的錫單晶，直徑0.3-10um(典型1-3um)，長度 在1-1000um不等，錫須有不同的形狀，如針狀，小丘狀 ，柱狀，花狀，發散狀等，見圖1
生长机理
Cu6Sn5擠壓純錫晶格疆 界，純錫的晶界出現錫 須 FIB cross-sections of whiskers
錫須預防措施
預防措施
不要使用亮錫，最好使用霧錫 霧錫與亮錫的比較：
a.有機物或碳含量較亮錫少的多(亮錫約為霧錫的X20-100) b. 微晶顆粒較大1-5um(亮錫0.5-0.8um),大晶粒(>2um)鍍層有利 於降低晶須的生長.因為大晶粒較小晶粒間隙少，為Cu擴散提 供較少的邊界，大晶粒具有零值壓應力或較低壓應力 使用較厚的霧錫鍍層(8-10um),以抑制應力的釋放 電鍍後24小時內退火(150℃/2hrs或170℃/1hrs )，以減少錫層的應力 電鍍後24小時內回流焊接，作用同退火 用Ni或Ag做阻擋層(1.3-2um),防止Cu擴散形成Cu6Sn5的IMC
三種老化測試
分類 D TCT 測試標準 S -55°C to + 85°C -35°C to + 125°C 1000 cycles Ramp rate 20C/min, 1000 cycles Ramp rate 10 min 20C/min, 10 min 60°C/95% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours) 85°C/85% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours)
錫表面電鍍高溫高濕之後
錫表面電鍍之後
小丘
圖2 Non-whisker
錫須形成機理
錫須產生的原因
錫與銅之間相互擴散，形成金屬間化合物(IMC),致使 錫層內應力迅速增長，導致錫原子沿著晶體邊界進行擴散， 產生錫須 電鍍之後鍍層的殘余應力，導致錫須的生長
機械應力：沖壓，冷卻，加工造成基底初使應力，外在的機械負 載(固定件的扭轉)和震動沖擊產生應力 化學應力：電鍍化學物質(如有機添加劑，光亮劑)可能增加鍍層 殘余應力 熱應力 ： 鍍層與基體之間熱膨脹系數不匹配
THT
AS
20°C to 25°C 30% to 50% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours
20°C to 25°C 30 to 50% 1000 hours (IC Type: 4000 hours - FFC/FPC: 2000 hours
危害：如果这些导电的锡须长得太长的话，可能连到其他线
路上，并导致电气短路，斷裂後落在某些移動及光學 器件中引起這些器件的機械損害，如處於相鄰導體之 間可能產生弧光放電，燒壞電氣元件等 由於錫須通常在電鍍之後幾年甚至幾十年才開始生長， 因而會對產品的可靠性造成潛自在的危害比較大
圖1 錫須的各種形狀
凝固狀
See Diagram below Must be 400x
Detailed Scan
Measure from top and 2 sides Record count of all whiskers between 20-30um
Record count and length of all whiskers that are 30um or greater 1. Length recording not necessary if whisker >30um exist 2. If no whiskers >30um are found, must record the maximum whisker length per sample
錫須檢測
錫須分類
種類
恆溫錫須
Байду номын сангаас
產生機理
基材金屬（Cu）擴散至Sn 而引起的內應力
測試方法
常溫儲存（AS）︰ 20-25℃， 55±25%RH 1000小時
濕熱錫須
Sn氧化而產生的內應力
濕熱試驗（THT）︰ 60℃，90±5%RH,1000小時
熱衝擊錫須
基材金屬（Cu）/過渡層 溫度衝擊試驗（TCT） ︰ 金屬和Sn鍍層之間熱膨脹 -40℃/-55℃ ～85℃，1000循環 系數不同引起的內應力
Full Scan
Record all whiskers that are 30um or greater Magnification minimum 150x 250x SEM Measurement. Must be able to resolve whisker >30um
Tin whisker Record
Measurem ent Type General Method Comments
Minimum Sample Size 10 pins
1. If pin during full scan has whisker >30um, use that pin for Detailed scan. 2. If no pin >30um is found during full scan, randomly select pins from each side of component. 3. If less than 10 pins are found during full scan with >30um, randomly select other pins (max 10) for detailed scan
Tin whisker Record
Measurem General Method ent Type Measure from top and 2 sides of all leads. Comments 1. Measurement full length of whisker to be measured. 2. Side measurement at 45 degrees. 3. Measure the complete top side of the lead - not just to top of it (including bend points)