假若内应力未被控制或释放，Sn晶须便很容易在晶界的缺陷处生长，如图13所示。Sn晶须在室温下较易生长（1.5个月晶须长度可达1.5μm，见图14），从而造成电气上的短路，特别是对精细间距与长使用寿命器件影响较大。在PCBA组装中Sn晶须是从元器件和接头的Sn镀层上生长出来的，在Sn中加入一些杂质可避免Sn晶须的生长。

图13

图14

四、Sn晶须生长的抑制

影响晶须生长的因素可以分为内部因素和外部因素。内部因素包括：镀层和基底的材料本性（热膨胀系数、原子扩散能力、反应生成IMC 的能力等）、镀层合金、厚度、结构、表面状况等。外部因素则包括外部机械应力、温度、湿度、环境气氛、电迁移、外部气压、辐射等。通过控制这些因素的变化，就可以达到抑制晶须生长的目的。由于电子产品服役条件和环境千差万别，所以抑制晶须生长通用方法一般从内部因素入手。（1）Pb可以有效减缓Sn晶须的生长，原因在于Pb和Sn不会形成金属间化合物，而且Sn晶界上的Pb阻碍了Sn原子的扩散，从而降低晶须密度。（2）镀层的粗晶粒与细晶粒相比，粗晶粒可以有效缓解晶须生长。原因在于粗晶粒晶界较少，有效抑制了原子扩散。（3）采用较厚的镀层可以延长Cu在Sn中扩散的距离，减小表面受到的压应力，从而减缓晶须生长。2μm左右的Sn镀层厚度最容易生长晶须，因此采用更厚些或更薄些的Sn镀层是一种对策。例如，Sn镀层薄到2μm以下，则由于铜的扩散，镀层就会在极短的时间内全部成为金属间化合物（Cu6Sn5）。这又将导致湿润性劣化和接触电阻增高而受到实用上的限制。当采用厚镀层时，镀层内部应力发生变化，结晶取向性、粒子尺寸及构造等也会随之发生变化。镀速和杂质等也是重要的影响因素，必须综合考虑这些工艺参数。（4）在Cu引脚与Sn镀层之间预镀一薄层Ni 作为扩散阻挡层，也可起到有效抑制Sn晶须生长的作用。但是在-55～+85℃的温度循环条件下，即使有Ni预镀层，晶须依然会加速生长。（5）SnCu薄膜比纯Sn更容易形成晶须。Cu原子通过在薄膜内形成Cu6Sn5金属间化合物，沉淀在晶界而增加了内部应力梯度，促使Sn晶须生成。据此有人提出退火可以有效缓解SnCu和纯Sn薄膜的晶须的生成。（6）Sn晶须的生长是一个自发的过程，对于铜引脚的纯Sn镀层而言，生长Sn晶须是绝对的，而生长的快慢则可以从镀层工艺等方面进行相应的抑制，以减缓在规定时间内Sn晶须的生长长度和密度。（7）抑制界面和晶界化合物形成是抑制室温晶须生长的对策。为了防止沿着Sn晶界处形成Cu6Sn5，最好避免使用铜引线架，而改用“42”合金、黄铜或镀镍层为基底镀层等都是可行的对策。（8）150℃时热处理30～60min，或者施行再流焊处理可以起到一定的抑制作用，这是因为Cu/Sn界面上形成的IMC可以在室温下作为Cu的扩散阻挡层。Cu原子在化合物层中的扩散相当缓慢，因此也有抑制Sn晶须的效果。欧美主张的150℃热处理就是根据这一原理提出的。例如，在150℃下烘烤2h退火：由于高温能增加原子在结晶体内的摆动，促进原子在结晶体内活动的能力，能治愈晶格缺陷，所以能消除内应力，如图15所示。

图15 高温烘烤去Sn晶须机理

（9）电镀雾Sn，改变其结晶的结构，减小应力，以降低Sn晶须发生的概率。（10）浸Sn工艺添加少量的有机金属添加剂，能改变Sn层的晶体结构，限制Cu6Sn5金属间化合物的生成，如图16所示。

图16

（11）在焊接中形成的温度应力应尽可能低，这也是采用线性式升温再流曲线的理由之一。（12）关注钎料中Sn含量的变化，纯Sn含量越高，形成Sn晶须的可能性就越大。（13）使用喷Sn、Sn合金、再流Sn等表面处理工艺。（14）Sn晶须生长取决于温度和湿度，生长的关键条件是温度在50℃以上，相对湿度大于50%RH。因此，在应用中应尽力避开上述环境条件。根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编