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随着电子封装无铅化的发展,无铅锡基镀层已全面取代了锡铅镀层。但是,纯锡及锡基合金镀层具有自发生长锡晶须的倾向,而导电的锡晶须的生成会引起电路引脚间的桥连,产生电路短路,进而导致电子元器件失效。这一现象严重影响电子产品的可靠性,如对卫星、导弹、核武器系统等的安全性有潜在威胁。因此研究并阐明锡晶须的生长机理,并寻求有效的预防措施,成为目前科学界关注的焦点。为此,本文对无铅纯锡镀层中锡晶须生长的行为及机制进行了研究。
实验采用三种传统的镀液配方(硫酸盐镀液、碱性镀液、卤化物镀液)在磷青铜基体上制备不同的锡镀层,观察和研究晶须在室温和高温高湿(55℃/100RH%)条件下的生长行为;并在纯锡中添加稀土来研究稀土元素对晶须生长过程的作用;另外自行设计了一种脉冲电路方法,研究脉冲电流对晶须生长的作用。
实验结果表明:所选三种镀液中,碱性镀液配方制备的镀层的锡晶须生长趋势最大;通过对单根晶须生长的连续观察,发现锡晶须具有跳跃式的不连续生长的特点;添加稀土元素后,在大块锡合金表面观察到晶须生长,晶须生长在锡/稀土化合物附近,并且随着稀土添加量的增加,晶须的生长趋势增大;脉冲电流通过基体时将影响晶须生长的趋势,当电流密度过高时(1.0×105A/dm2),通电15天后未观察到晶须生成。