一、錫與銅的相互擴散

錫與銅之間相互擴散，會形成金屬互化物。在這個過程中，錫層內壓應力迅速增長。例如在電路板的線路連接部位，如果使用錫和銅的組合，隨著時間推移和環境因素影響，這種擴散作用就容易發生。由于應力的變化，錫原子沿著晶體邊界進行擴散，從而形成錫須。這一現象在許多電路板的實際應用場景中都可能出現，特別是在一些長期使用、高溫環境或者電路板過載的情況下，錫與銅的相互擴散速度會加快，進而促使錫須的生長 。

二、電鍍后鍍層的殘余應力

電鍍工藝在電子元器件制造過程中較為常見。當進行電鍍操作后，鍍層往往存在殘余應力。這種殘余應力猶如一種潛在的驅動力，推動著錫原子的遷移。具體而言，鍍層中的原子在殘余應力的作用下，其原有的穩定結構被打破，錫原子開始移動并逐步聚集、生長，最終形成錫須。從微觀角度看，鍍層原子的排列受到這種殘余應力干擾，使得錫原子更容易突破原有的位置限制而開始生長。在一些大規模生產電路板的工廠流水線上，如果電鍍工藝的控制參數存在偏差，或者電鍍后沒有進行有效的應力釋放處理，那么這種電鍍后鍍層的殘余應力就很容易導致錫須的生長 。

三、應力的影響

1. 機械應力

• 在電路板組裝過程中，機械應力的產生較為常見。例如，與軟性印刷電路板連接時，大多以連接器夾持FPC引腳的方式進行連接。在此過程中，軟性印刷電路板FPC上的金屬引腳會受到來自連接器內金屬的夾持壓力，這種外部施加的壓縮性機械應力，容易加速錫須的生長。就像在生產手機主板時，主板與其他部件的連接如果設計不合理或者組裝過程中受到外力擠壓等情況，就會產生類似的機械應力問題。在軟性印刷電路板受壓力的邊緣處，經常容易發現錫須的出現，這是因為這里的機械應力最為集中和明顯，直接影響了錫原子的狀態，促使其形成錫須 。

2. 熱應力

• 當產品遭受高、低溫度變化時，結合的兩種材料會因膨脹系數的不同而產生壓縮或拉張力。以錫（Sn）和銅（Cu）為例，Sn的膨脹系數比Cu高。在制程中，常常會有回流焊這個工藝過程，在從回流焊的高溫到室溫的過程中，Sn鍍層實際上承受著Cu底材牽制產生的拉張力。盡管如此，仍然可能出現錫須現象。其原因在于化學應力促使錫須自發性成長的應力遠大于熱應力，并且鍍層中任何不均勻性會造成局部性壓縮應力，這些因素綜合起來導致了錫須的產生 。

3. 化學應力

• 以常見的Cu底材金屬腳為例，Sn和Cu產生介面金屬合金IMC的反應是化學應力的主要來源。通常在室溫下，Cu原子便會自然地擴散進入Sn，從而產生Cu6Sn5介面金屬合金IMC。這種物質介于Sn和Cu之間，會形成一股推力。因為這種反應在室溫下就可以持續進行，不斷地提供化學應力，迫使Sn層受到推擠的應力，進而為錫須的生長創造了條件。在一些對電子元器件要求較高、化學環境復雜的電子設備中，例如化工行業中的某些檢測儀器電路板，化學應力導致的錫須生長可能會影響設備的準確性和穩定性 。

四、微觀結構與成分相關

1. 鍍層晶粒大小與取向

• 鍍層的晶粒大小和取向對錫須生長有影響。如果鍍層的晶粒較為細小，那么錫原子之間的束縛相對較弱，原子更容易移動。而晶粒取向在一定程度上決定了原子擴散的路徑。例如，在一些晶界處，原子的排列較為混亂，能量相對較高，成為錫原子擴散的優先途徑。如果晶粒取向不利于原子的穩定存在，就會促使錫原子沿著晶界等地方擴散，最終導致錫須的生長。在電子電鍍工藝中，如果不能精確控制鍍層晶粒的大小與取向，就可能引發錫須生長的隱患。

2. 合金元素與合金結構

• 不同的合金元素組成的合金結構對錫須生長的敏感性不同。例如在錫鉛（Sn - Pb）合金中，曾發現鉛的存在可以在一定程度上減小錫須的生長傾向，但由于鉛是一種有毒的重金屬，并且電子產品中焊料用鉛在技術上難以回收，隨著環保要求提高，無鉛化成為趨勢，純Sn、Sn - Bi、Sn - Cu、Sn - Ag等合金被廣泛研究，然而它們均被發現有潛在的錫須自發生長問題。這是因為不同的合金元素改變了錫原子的化學鍵環境、原子排列等微觀結構，從而影響了應力分布和原子擴散行為，進而影響錫須的萌發與生長 。

五、環境因素

1. 溫度

• 溫度對錫須生長影響顯著。適度的溫度能夠為錫原子提供足夠的能量進行表面擴散。一般認為50 - 60°C是最適宜錫須生長的溫度，這是因為在此溫度區間，錫原子獲得的能量既能滿足其擴散需求，又不會過于活躍造成其他影響。當溫度超過100°C后，應力（錫須生長的驅動力）會被松弛，反而不利于錫須生長，據報導，錫須在115°C時生長變慢，到150°C以上就停止生長。例如在一些高溫環境的電子設備中，如高溫爐附近使用的電路板，錫須生長情況可能與常溫環境會有很大不同。如果不小心遭遇高溫，原本可能出現的錫須生長現象也許會減緩或者停止，但如果在最適宜溫度范圍內長時間放置，錫須生長就會加劇 。

2. 濕度

• 濕度是影響錫須生長的另一個關鍵因素。相對濕度越高，錫須生長越快，尤其當相對濕度達到85%以上時。這是因為在適宜的濕度條件下，錫表面能夠形成一層氧化膜，該氧化膜能夠促進錫須的生長。然而，過高的濕度可能導致氧化膜過厚，從而阻礙錫須的正常生長。例如在潮濕的南方地區，電路板在沒有良好防護的情況下，如果濕度持續處于高位，電路板上電子元器件的錫須生長情況可能就比較嚴重。在一些對濕度敏感的電子元器件制造工藝和使用場景中，必須要對濕度進行嚴格管控，以避免錫須生長影響產品質量和性能 。

3. 離子污染

• 環境中的離子污染也會影響錫須生長。如果電路板暴露在含有較多離子污染物（如氯離子、硫酸根離子等）的環境中，這些離子可能會與錫層發生化學反應。例如，氯離子可能會腐蝕錫層，破壞其原有的結構穩定性。這種腐蝕作用會改變錫層的應力狀態和原子鍵合情況，促使錫原子更容易擴散并生長成為錫須。在一些化工生產車間或者沿海地區的電子設備中，如果沒有做好防護，含有鹽分和化學污染物的空氣容易侵入設備內部，引發電路板元件的錫須生長問題。

4. 電遷移現象

• 在有電流通過的情況下，可能會出現電遷移現象。電遷移是指在電流應力作用下，原子或離子隨電子遷移而導致的成分偏析以致出現丘凸和空洞等材料結構缺陷的現象。對于錫鍍層，電遷移會加速錫原子的擴散。例如，在高密度電流通過電路板的電子元件時，電遷移會導致在陰極首先出現圓形空洞，隨后在兩極均形成圓形空洞，并且在陰極處還發現有微裂紋存在。隨著電遷移時間的增加，錫須長度不斷增加，在0.3×104A/cm2恒定電流密度下，隨著電遷移時間分別為0，48，144和240h的增加，陽極錫須的最大長度明顯比陰極的要長。這是因為電遷移導致原子擴散而產生的壓應力，成為了錫須生長的驅動力之一 。