Mechanismus der Bildung von Zinnschnurrbart und Methoden zur Vorbeugung

Was genau ist der Grund, warum sich auf den auf dem Kupfersubstrat aufgebrachten Zinnschichten Whiskers bilden? Lesen Sie auch, was ihre Bildung verhindern kann.

16.11.2021
 

Galvanisches Zinn und überwiegend Zinnlegierungen werden derzeit in den meisten elektronischen Bauteilen als Alternative zu Zinn- und Bleilegierungen verwendet. Es ist jedoch bekannt, dass diese Alternativen anfällig für die Bildung von Zinnwhiskern sind, den sogenannten "Wiskern", die in elektronischen Systemen Kurzschlüsse verursachen können.

Im Fall der Zinnveredelung eines Kupfersubstrats (oder einer Kupferlegierungsbasis) ist die Hauptursache für Zinnwhisker die Druckspannung. Die Spannungen werden hauptsächlich durch das unregelmäßige Wachstum der intermetallischen Verbindungsschicht (IMC) selbst unter Standardumgebungsbedingungen verursacht.

Es ist bekannt, dass Zinnwhisker auf galvanisierten Zinnablagerungen, die auf einer Kupferschicht gebildet sind, leicht gebildet werden und andererseits bei galvanischen Zinn-Blei-Ablagerungen nicht beobachtet werden. Dabei ist zu beachten, dass es erhebliche Unterschiede im metallischen Gefüge der Zinnabscheidung und der Zinn-Blei-Legierung gibt und dies einen direkten Einfluss auf die Bildung von Zinnwhiskern hat.

Der durch die Kristallstruktur modifizierte Zinnzunder (ähnlich dem Blei-Zinn-Zunder) ist in der Lage, die Whiskerbildung zu verhindern, indem die Spannungen, die die Whiskerbildung verursachen, zerstreut und verschoben werden.



Abbildung 1. Diagramm zur Herstellung von Zinn-Whiskern.

Quelle: Die Eliminierung von Schnurrhaaren aus galvanisiertem Zinn, © Uyemura

Wie in Abbildung 1 gezeigt, sind die Spannungen entlang der inneren Grenzen der großen, säulenförmigen Struktur der Zinnablagerung für die Bildung von Zinnwhiskern verantwortlich. Stress kann intern oder extern sein. Die Hauptquelle für innere Spannungen ist die ungleichmäßige Zunahme der Dicke der IMC-Schicht im Laufe der Zeit unter Standardumgebungsbedingungen (30 °C, 60 % RH für 4.000 Stunden). Ein weiterer Faktor, der das Auftreten von inneren Spannungen verursacht, ist die Einwirkung von erhöhten Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit (55 °C, 85 % RH, 4.000 Stunden), die Oxidation und / oder Korrosion begünstigen. Auch durch thermische Zyklen (-55 °C bis 85 °C, 1.500 Zyklen) können aufgrund des nicht übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien innere Spannungen induziert werden.

Es ist auch bekannt, dass äußere Belastungen auch das Wachstum des Schnurrbarts initiieren, ein Beispiel dafür ist die Belastung durch die Einpressverbindungen.

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2020/04/20
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