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焊錫膏產(chǎn)生錫須的成因以及預(yù)防抑制措施

作者:綠志島 2023-02-09 0

上一篇文章我們講到了焊錫膏在焊接后有可能出現(xiàn)錫須生長(zhǎng)的情況。晶須是導(dǎo)電的金屬絲,自發(fā)的從電子或者電氣產(chǎn)品的焊盤(pán)生長(zhǎng)出來(lái)的。比如:電子器件端子,金屬屏蔽殼等。最容易生產(chǎn)晶須的金屬包括錫、鎘、鋅等,最著名的就是錫須了,小鵬汽車(chē)就曾因逆變器產(chǎn)生錫須可能造成短路而召回了一萬(wàn)多輛汽車(chē)。

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現(xiàn)如今的科技產(chǎn)品大多需要焊錫膏等焊接材料來(lái)實(shí)現(xiàn)電通路,其中焊錫膏是使用最多的,如果不多加注意,放任錫須的產(chǎn)生,可能會(huì)帶來(lái)隱患,今天綠志島來(lái)帶大家了解下錫須的成因以及解決辦法。

一、錫須的性質(zhì)及成因

錫須是一種純錫或者高錫含量物體上自發(fā)形成的表面缺陷,錫須的產(chǎn)生原因,目前業(yè)界對(duì)其原理還沒(méi)有定論,但一般認(rèn)為是因?yàn)閮?nèi)層錫的應(yīng)力所引起的。普遍的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,錫須的生長(zhǎng)是從純錫電鍍層上開(kāi)始的,一旦生長(zhǎng)過(guò)程開(kāi)始,錫須就從“下部”開(kāi)始生長(zhǎng),而且材料的供給是從一個(gè)較大的區(qū)域中通過(guò)錫原子擴(kuò)散供給的,所以在錫須的根部并不存在層厚的減少,生長(zhǎng)的方向有時(shí)可能突然發(fā)生變化,從而導(dǎo)致錫須的彎曲。

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二、錫須的危害

1.殘屑污染

由于機(jī)械沖擊或震動(dòng)等會(huì)造成錫須從鍍層表面脫落,形成殘屑。一旦這些殘屑導(dǎo)電物質(zhì)顆粒自由運(yùn)動(dòng),將會(huì)干擾敏感的光信號(hào)或微機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行,另外殘屑也可能造成短路。

2.短暫性短路

當(dāng)錫須所構(gòu)成的短路電流超過(guò)其所能承受的電流(一般30mA)時(shí),錫須將被熔斷,造成間斷的短路脈沖,這種情況一般較難被發(fā)現(xiàn)。

3.永久性短路

當(dāng)錫須生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后,會(huì)使兩個(gè)不同的導(dǎo)體短路。低電壓、高阻抗電路的電流不足以熔斷開(kāi)錫須,造成永久性的短路。當(dāng)錫須直徑較大時(shí),可以傳輸較高的電流。

4.真空中的金屬蒸汽電弧

在真空(或氣壓較低)條件下,如果錫須傳送電流較大(幾個(gè)安培)或電壓較大(大約18伏),錫須將會(huì)蒸發(fā)變成離子并能傳送幾百安培的電流,電流電弧的維持依靠鍍層表面的錫,直到耗完或電流終止為止。這種現(xiàn)象容易發(fā)生在保險(xiǎn)管等器件內(nèi)或線(xiàn)路斷開(kāi)時(shí),曾經(jīng)有一商業(yè)衛(wèi)星發(fā)生此種問(wèn)題,導(dǎo)致衛(wèi)星偏離軌道。

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三、錫須的預(yù)防和抑制措施

由于錫須的出現(xiàn)是一段較長(zhǎng)的時(shí)間,并且出現(xiàn)后可能造成嚴(yán)重危害,因此解決錫須問(wèn)題需要從預(yù)防和抑制錫須生長(zhǎng)開(kāi)始。到目前為止普遍有效的方法還不是很明確,不過(guò)一般都是盡量避免焊錫鍍層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。

1.在錫中加入少量其他金屬元素防止錫須的產(chǎn)生,如鉍、銻等。向焊料中增加一定量的第三種元素,可以減少錫須生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。

2.優(yōu)化回流曲線(xiàn),釋放多余的熱應(yīng)力。將直接電鍍的純錫鍍層進(jìn)行回流熔化,或通過(guò)電鍍后的烘烤處理(在惰性氣體中),釋放其內(nèi)部應(yīng)力。鍍層在回流時(shí)熔化,再凝固后的顯微組織與先前不同,內(nèi)部應(yīng)力得到有效釋放,會(huì)減緩錫須生長(zhǎng)。

3.使用較厚的純錫鍍層。研究報(bào)告表明,純錫鍍層越厚,越能有效防止錫須的生長(zhǎng),一般要求最好厚度大于10um,但厚度的增加會(huì)影響器件的成本。

4.減少鍍層在潮濕空氣中暴露,防止生成過(guò)多的氧化物,有利于減少鍍層內(nèi)部的壓應(yīng)力。

5.不同電鍍而采用熱浸鍍層。熱浸鍍層的內(nèi)部應(yīng)力較小,會(huì)減緩錫須的生長(zhǎng)。

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