电迁移诱发镀层锡须生长行为分析
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第３ ８ 卷 第４ 期
２ ０ １ ７年 ４ 月
焊 接 学 报
Ｔ Ｒ ＡＮＳ ＡＣ Ｔ Ｉ ＯＮＳ ＯＦ Ｔ ＨＥ Ｃ ＨＩ Ｎ Ａ ＷＥＬ ＤＩ ＮＧ Ｉ Ｎ Ｓ ＩＴ Ｔ Ｕ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｖ ｏ １ ． ３ ８ Ｎ ｏ ． ４
Ａ ｐ ｒ ｉ ｌ ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０ １ ７
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ ２—１ ０
线 性稳 压 电源 ， 电 流密 度 为 ０ ． ３×１ ０ Ａ ／ ｍ ， 加 载 时 间（ 电迁移 时 间 ） 分别 为 ０ ， ４ ８ ， １ ４ ４和 ２ ４ ０ ｈ ．经历 电 流加 载后 的试 样 分 别 在 室 温 环 境 下 放 置 （ 时效） ２ ０
锡层表面锡须生长行为 的影响 ， 以及不 同电流密度对 阴极 裂纹宽度的影响．结果表 明， 电迁移加速 了镀层表面锡须
的形成与生长 ， 随着电迁移时间的延长 ， 锡须 长度不 断增 加．此外 ， 电迁移 导致 在阴极首先 出现 了圆形空洞 ， 随后在 两极均形成 了圆形空洞 ， 并且 在阴极处还发现有微裂 纹存在 ， 随着 电流密度 增加 ， 阴极裂 纹宽度也 随之增加 ， 电流
就是 电迁移 导 致原子 扩散 而产 生 的压应 力 ． 电迁移 （ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｍ， Ｅ Ｍ） 是 伴 随 电 子微 互 试 验 采用 的无氧 纯铜 片 的尺寸 为 ４ ０ ｍ ｍ ×１ ｍｉ ｌ ｌ × ０ ． ２ ｍ ｍ， 为 使 镀 层 有 较 好 的 附着 性 和 均 匀 性 ， 首
１ 试 验 方 法
４ ０ ０ ０号 ） 打磨 ， 再用 Ａ １ ０ 粉 进 连 日益 极小 化 以及 电子元 器件 不 断趋 向微 型 化 和精 先将 铜片用 细 砂 纸 （ 抛光 好 的铜片先 后 置 于酒精 、 丙 酮 中进 密 化 而 出现 的一 个 问题 ， 它是指 在 电流应 力作 用 下 ， 行 抛光 处理 ； 清洗时间为 １ ０ ｍ ｉ ｎ左 右 ； 清 洗 完 毕 原 子或 离子 随 电子迁 移 而导致 的成 分偏 析 以致 出现 行 超 声 波 清 洗 ， 用 电吹风机 将其 吹 干．然 后 ， 利 用酸 性 电镀 液 丘 凸 和空洞 等材 料结 构缺 陷的现 象 Ｊ ．尽 管对 电迁 之 后 ，
镀 层 的平 均厚 度 为 ６ ． ５ 移与 锡须 的分 析 较 多 ， 但关 于 电迁 移 对 锡 须 生 长 影 在铜 基 底 上 电镀 纯 锡 膜 ， 电镀 后 的试片用 冷 热 水交 替 反 复 清洗 ， 直 至 完 响的理 解还 远 远 不 够 ， Ｌ ｉ ｕ和 Ｌ ｉ ｎ等 人 认 为 较 高
重庆 摘 ４ ０ １ ３ ３ １ ； ３ ．哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室 ， 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 分析 了 ０ 。 ３×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 恒定 电流 密度 和四种不 同加 载时间（ ０， ４ ８ ， １ ４ ４和 ２ ４ ０ ｈ ） 电迁移条件对６ ． ５ ｍ 厚镀
．
然后用吹风机将其吹干． 的电流密度 （ （ ０ ． ７ ５— １ ． ５ ０ ）×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 。 ） 会 加速 纯锡 全清除基体残留的电镀液 ，
将 电镀后 的试 样 进 行 如 图 １所 示 的 电迁 移 试 覆层 表面锡须 的生长 ； Ｆ ｕ ｋ ｕ ｄ ａ 等人 指 出低 电流 密度 最 后 ， 验， 其 中电流加 载采用 ０ —１ ５ Ｖ， ０～ ５ ０ Ａ精密 直流
０ 序
言
（ Ｏ ． ４ ８× １ ０ Ａ ／ ｃ ｍ２ ） 也 能 增 大锡 须 的最 大 长 度 ， 但 也
有 分析 认为 电流 对锡须 的生长影 响不大 ．因此 ， 电
在 电子元 器 件 的引线框 架或 引脚 表 面覆 盖一 层 迁 移对锡须生 长行为的影 响有待进 一步深入分析 ． 以纯铜 表 面的 锡 镀 层 为研 究 对 象 ， 分 析 其 在 接 锡 或锡 基合金 层 ， 虽然 可 以增加 润 湿性 和 可焊 性 ， 但 易 在无 铅镀 锡 层 表 面生 长 出锡 须 ， 锡 须 极 易 引 发 短 近 服役 条件 的 高密 度 电流 作用 下 的表 面 形 貌 特 征 ， 路、 辉 光放 电和 掉落造 成 机械磨 损 等 问题 ， 从 而造 成 对 比分析 电迁 移 时 间对 镀 层 表 面锡 须 生 长 的影 响 ，
密度为 ０ ． ５×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 时， 平均最大裂纹宽度约 为 ９ ． ２ ｔ ａ ｍ． 关键词 ：电迁移 ；锡须 ；镀 层 ；空洞 ；裂 纹
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ２ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ２ ５ ３— ３ ６ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ４— ０ ０ ３ ５— ４ ０
并 巨大 经济损 失 Ｊ ．截 至 目前 为 止 ， 尽 管 有 许 多 分 析 以期进 一步 理 解 电迁 移 对 锡 须生 长 的影 响 问 题 ， 提 出了 一 些 锡 须 生 长 模 型 ， 剖 析 了锡 须 生 长 的 原 为抑 制或减 缓锡 须生 长 的方 法提 供指 导．
因 Ｊ ， 但 是影 响锡 须萌 发 与生长 的 因素众 多 ， 科学 界 并 没有 就锡 须生 长机理 达成 一 致．普 遍 认 为压 应 力 是 锡须 生 长的 驱 动力 ｊ ， 其 中应 力 的重 要 来 源 之 一
电迁 移 诱 发 镀 层 锡 须 生 长 行 为 分 析
姚 宗 湘 ， 一 ， 罗 键 ， 尹 立 孟 ， 蒋德 平 ， 王 刚 ， 陈志 刚
（ １ ．重庆大学 机械传动 国家重点实验室 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ０ ； ２ ．重庆科技学 院 冶金与材料工程学院 ，
２ ０ １ ７年 ４ 月
焊 接 学 报
Ｔ Ｒ ＡＮＳ ＡＣ Ｔ Ｉ ＯＮＳ ＯＦ Ｔ ＨＥ Ｃ ＨＩ Ｎ Ａ ＷＥＬ ＤＩ ＮＧ Ｉ Ｎ Ｓ ＩＴ Ｔ Ｕ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｖ ｏ １ ． ３ ８ Ｎ ｏ ． ４
Ａ ｐ ｒ ｉ ｌ ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０ １ ７
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ ２—１ ０
线 性稳 压 电源 ， 电 流密 度 为 ０ ． ３×１ ０ Ａ ／ ｍ ， 加 载 时 间（ 电迁移 时 间 ） 分别 为 ０ ， ４ ８ ， １ ４ ４和 ２ ４ ０ ｈ ．经历 电 流加 载后 的试 样 分 别 在 室 温 环 境 下 放 置 （ 时效） ２ ０
锡层表面锡须生长行为 的影响 ， 以及不 同电流密度对 阴极 裂纹宽度的影响．结果表 明， 电迁移加速 了镀层表面锡须
的形成与生长 ， 随着电迁移时间的延长 ， 锡须 长度不 断增 加．此外 ， 电迁移 导致 在阴极首先 出现 了圆形空洞 ， 随后在 两极均形成 了圆形空洞 ， 并且 在阴极处还发现有微裂 纹存在 ， 随着 电流密度 增加 ， 阴极裂 纹宽度也 随之增加 ， 电流
就是 电迁移 导 致原子 扩散 而产 生 的压应 力 ． 电迁移 （ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｍ， Ｅ Ｍ） 是 伴 随 电 子微 互 试 验 采用 的无氧 纯铜 片 的尺寸 为 ４ ０ ｍ ｍ ×１ ｍｉ ｌ ｌ × ０ ． ２ ｍ ｍ， 为 使 镀 层 有 较 好 的 附着 性 和 均 匀 性 ， 首
１ 试 验 方 法
４ ０ ０ ０号 ） 打磨 ， 再用 Ａ １ ０ 粉 进 连 日益 极小 化 以及 电子元 器件 不 断趋 向微 型 化 和精 先将 铜片用 细 砂 纸 （ 抛光 好 的铜片先 后 置 于酒精 、 丙 酮 中进 密 化 而 出现 的一 个 问题 ， 它是指 在 电流应 力作 用 下 ， 行 抛光 处理 ； 清洗时间为 １ ０ ｍ ｉ ｎ左 右 ； 清 洗 完 毕 原 子或 离子 随 电子迁 移 而导致 的成 分偏 析 以致 出现 行 超 声 波 清 洗 ， 用 电吹风机 将其 吹 干．然 后 ， 利 用酸 性 电镀 液 丘 凸 和空洞 等材 料结 构缺 陷的现 象 Ｊ ．尽 管对 电迁 之 后 ，
镀 层 的平 均厚 度 为 ６ ． ５ 移与 锡须 的分 析 较 多 ， 但关 于 电迁 移 对 锡 须 生 长 影 在铜 基 底 上 电镀 纯 锡 膜 ， 电镀 后 的试片用 冷 热 水交 替 反 复 清洗 ， 直 至 完 响的理 解还 远 远 不 够 ， Ｌ ｉ ｕ和 Ｌ ｉ ｎ等 人 认 为 较 高
重庆 摘 ４ ０ １ ３ ３ １ ； ３ ．哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室 ， 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 分析 了 ０ 。 ３×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 恒定 电流 密度 和四种不 同加 载时间（ ０， ４ ８ ， １ ４ ４和 ２ ４ ０ ｈ ） 电迁移条件对６ ． ５ ｍ 厚镀
．
然后用吹风机将其吹干． 的电流密度 （ （ ０ ． ７ ５— １ ． ５ ０ ）×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 。 ） 会 加速 纯锡 全清除基体残留的电镀液 ，
将 电镀后 的试 样 进 行 如 图 １所 示 的 电迁 移 试 覆层 表面锡须 的生长 ； Ｆ ｕ ｋ ｕ ｄ ａ 等人 指 出低 电流 密度 最 后 ， 验， 其 中电流加 载采用 ０ —１ ５ Ｖ， ０～ ５ ０ Ａ精密 直流
０ 序
言
（ Ｏ ． ４ ８× １ ０ Ａ ／ ｃ ｍ２ ） 也 能 增 大锡 须 的最 大 长 度 ， 但 也
有 分析 认为 电流 对锡须 的生长影 响不大 ．因此 ， 电
在 电子元 器 件 的引线框 架或 引脚 表 面覆 盖一 层 迁 移对锡须生 长行为的影 响有待进 一步深入分析 ． 以纯铜 表 面的 锡 镀 层 为研 究 对 象 ， 分 析 其 在 接 锡 或锡 基合金 层 ， 虽然 可 以增加 润 湿性 和 可焊 性 ， 但 易 在无 铅镀 锡 层 表 面生 长 出锡 须 ， 锡 须 极 易 引 发 短 近 服役 条件 的 高密 度 电流 作用 下 的表 面 形 貌 特 征 ， 路、 辉 光放 电和 掉落造 成 机械磨 损 等 问题 ， 从 而造 成 对 比分析 电迁 移 时 间对 镀 层 表 面锡 须 生 长 的影 响 ，
密度为 ０ ． ５×１ ０ Ａ ／ ｃ ｍ 时， 平均最大裂纹宽度约 为 ９ ． ２ ｔ ａ ｍ． 关键词 ：电迁移 ；锡须 ；镀 层 ；空洞 ；裂 纹
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ２ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ２ ５ ３— ３ ６ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ４— ０ ０ ３ ５— ４ ０
并 巨大 经济损 失 Ｊ ．截 至 目前 为 止 ， 尽 管 有 许 多 分 析 以期进 一步 理 解 电迁 移 对 锡 须生 长 的影 响 问 题 ， 提 出了 一 些 锡 须 生 长 模 型 ， 剖 析 了锡 须 生 长 的 原 为抑 制或减 缓锡 须生 长 的方 法提 供指 导．
因 Ｊ ， 但 是影 响锡 须萌 发 与生长 的 因素众 多 ， 科学 界 并 没有 就锡 须生 长机理 达成 一 致．普 遍 认 为压 应 力 是 锡须 生 长的 驱 动力 ｊ ， 其 中应 力 的重 要 来 源 之 一
电迁 移 诱 发 镀 层 锡 须 生 长 行 为 分 析
姚 宗 湘 ， 一 ， 罗 键 ， 尹 立 孟 ， 蒋德 平 ， 王 刚 ， 陈志 刚
（ １ ．重庆大学 机械传动 国家重点实验室 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ０ ； ２ ．重庆科技学 院 冶金与材料工程学院 ，