汽車發(fā)動機(jī)控制單元的錫晶須分析

錫的晶須簡稱錫須，其是從錫鍍層表面自發(fā)生長出來的一種細(xì)長狀錫結(jié)晶。對于可靠性要求很高的系統(tǒng)如汽車電子，需要特別關(guān)注錫須，其生長是潛在的，不可預(yù)測的，會產(chǎn)生難以預(yù)料的后果。汽車電子產(chǎn)品使用純錫鍍層，當(dāng)錫須所構(gòu)成的短路電流超過其所能承受的電流時，可將錫須熔斷，造成斷路故障。低電壓、高阻抗電路的電流不足以熔斷錫須，當(dāng)錫須生長到一定長度后，會使兩個不同的導(dǎo)體短路，造成汽車發(fā)動機(jī)控制單元（ECU）故障。發(fā)動機(jī)振動時可能會使晶須從表面脫落，使相鄰部件存在短路的風(fēng)險。

普遍認(rèn)為，產(chǎn)生錫須的主要原因是錫鍍層中的壓應(yīng)力（有可能是電鍍過程的殘余應(yīng)力）。電鍍材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)不一致也能導(dǎo)致錫須的產(chǎn)生。許多研究者認(rèn)為，在純錫鍍層使用鎳作為下鍍層（隔離層）可使錫須的生長緩慢。為檢查錫須的生長特性，對ECU進(jìn)行溫度/濕度循環(huán)試驗。測試配置文件盡可能地模擬在ECU下的使用條件，試驗的兩個極限條件為：溫度25℃、相對濕度50%;溫度85℃、相對濕度85%。共進(jìn)行5次循環(huán)試驗，歷時1250h。通過觀察錫須的微觀結(jié)構(gòu)，可以看出用鎳作為下鍍層不能阻止錫須的產(chǎn)生。

為消除錫須，制造商應(yīng)在汽車電子中避免使用純錫鍍層。考慮到成本問題，替代產(chǎn)品可以是鎳鈀、鎳金、鎳鈀金以及銀基鍍層。其它方法可以是浸銀、熱風(fēng)整平以及化學(xué)鎳金。

刊名：Microelectronics Reliability（英）

刊期：2014年第1期

作者：Elviz George et al

編譯：倪媛媛