基于非平衡热力学的可靠性科学研究

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：上面给出的可靠性问题的例子表明焊料接头中由时间决定的微结构变化或不稳定性不同于传统冶金系统中的相变。此外，在热迁移中，相变的产生源自温度梯度，所以温度不是恒定的，只能将该过程定义为稳态而无法定义为平衡态。室温下的晶须生长也是蠕变现象。它们是非平衡热力学中的不可逆过程。因此，以下章节分为两部分：第一部分讨论Cu-Sn反应，第二部分讨论电迁移和热迁移。

上面给出的可靠性问题的例子表明焊料接头中由时间决定的微结构变化或不稳定性不同于传统冶金系统中的相变。后者通常发生在两个平衡终止态之间，例如在GP区中的沉淀析出或在记忆合金中的马氏体转变[30-32]。当给出恒定温度和恒定压力下的焓和熵时，终止态的吉布斯自由能就能够确定。温度-时间-转变曲线（TTT）描述了由时间决定的动力学行为。然而，在电子可靠性问题中，实际上是电迁移过程中的外力作用（例如在电势不恒定的地方）导致材料的相变，继而在阴极端由于孔洞形成造成电路开路，或在阳极端被挤出而造成短路。此外，在热迁移中，相变的产生源自温度梯度，所以温度不是恒定的，只能将该过程定义为稳态而无法定义为平衡态。应力迁移引起的孔洞形成是在应力或压力梯度下的蠕变现象，因此压力也不是恒定的。室温下的晶须生长也是蠕变现象。因此，这些微观结构失效或失稳问题是由外力造成的，它们没有如恒温和恒压这样均匀的边界条件。它们是非平衡热力学中的不可逆过程。然而，我们应该思考在这些不可逆过程中什么是新现象和新问题，我们在下面提到三个有趣的特点。

第一个是界面效应，在界面处产生扩散通量的差异，而过饱和的空位将导致孔洞的形核和长大。第二个是在互连处和倒装芯片焊料接头中的电流拥挤现象（将在第8章和第9章讨论），导致驱动力不保持恒定。第三个特点是具有两相微结构的共晶体系，所以存在彼此相互作用的扩散通量（将在第9章和第12章中讨论）。

然而，除温度变化外，在没有外力作用的情况下，焊料接头工艺中也存在相变，如润湿反应和焊料接头固态老化过程。因此，以下章节分为两部分：第一部分讨论Cu-Sn反应，第二部分讨论电迁移和热迁移。

基于非平衡热力学的可靠性科学研究

相关推荐